Organická chemie II (Přednášky pro posluchače kombinovaného studia studijního oboru Klinická biologie a chemie)

Transkript

1 UIVEZITA PADUBIE FAKULTA EMIK-TELGIKÁ Katedra organické chemie Jiří anusek 2003 rganická chemie II (Přednášky pro posluchače kombinovaného studia studijního oboru Klinická biologie a chemie) Ing. Jiří anusek, Ph.D. PADUBIE 2003

2 předmět rganická chemie Jiří anusek 2003 eakce jednotlivých tříd sloučenin = reakce funkčních skupin ( I) Přípravy monofunkčních resp. polyfunkčních sloučenin = ( II) etrosyntetická analýza - metoda diskonekcí myšlenkový postup isolace polyfunkční sloučeniny z jednoduchých sloučenin pomocí známých reakcí v logické návaznosti a opačném pořadí kroků než při syntéze: např. při návrhu syntézy 3-nitrobrombenzenu existují formálně dvě možnosti zavedení substituentů na benzenové jádro avšak pouze jeden je reálně proveditelný!!! 2 2 etrosyntetická analýza 2 2 eálná syntéza: S 4 Fe 3

3 I. Přehled příprav alkanů a cykloalkanů: Jiří anusek ) Z alkenů: 2 =, alkyl, aryl, =, alkyl, aryl, B kat. 2 kat. = Pt 2, Pt, Pd, i 3 B Katalytická hydrogenace za normálního resp. zvýšeného tlaku. Probíhá stereoselektivně jako syn-adice. (A ) ydroborace za normálního tlaku a teploty. Probíhá stereospecificky jako syn-adice. (A E ) 2 Pt 2-methylbut-2-en 2-methylbutan dicyklopentadien 2 Pt All 3 isomerace adamantan Pd / ( 2 ) 7 =( 2 ) 7 2 ( 2 ) 16 kyselina olejová (kyselina cis-oktadec-9-enová) kyselina stearová (kyselina oktadekanová) karboxylová skupina za daných podmínek nereaguje Simmons- Smithova reakce cyklopropylbenzen Zn 2 I 2 styren (vinylbenzen) 2 B B tris(2-fenylethyl)boran 3 2 ethylbenzen

4 2) Z alkynů: =, alkyl, aryl, 2 kat. 2 2 Katalytická hydrogenace za normálního resp. zvýšeného tlaku. (A ). Mezistupněm je alken který se však nedá zachytit. kat. = Pt 2, Pt, Pd, i Jiří anusek ) Z aromátů: benzen naftalen 2 i/si ; 1 MPa 2 cyklohexan Pt 2 / 25 0,1 MPa MoS MPa cis-dekalin Katalytická hydrogenace vyžaduje drastičtější podmínky - vysoký tlak a teplotu. (A ). (Vysoká delokalizační energie aromátů.) Volbou podmínek a katalyzátoru lze připravit i tetralin trans-dekalin 4) Z cykloalkanů: 2 / i 2 / i Katalytická hydrogenace cykloalkanů s napjatým kruhem vede k jeho otevření.

5 Jiří anusek ) Z halogenderivátů: X Mg ether MgX činidla: LiAl 4 / ether Zn / l 2 / Pd X = l,, I edukce a X ether X = l,, I Wurtzova reakce (zdvojení) l LiAl 4 ether 1-chlor-2-methylbutan 2-methylbutan Mg ether l / 2 Zn Mgl 1,5-dibrompentan 1-jodbutan I cyklopentan a ether oktan 2 Pd/a 3 25, 0,1 MPa 1,3-dibromadamantan adamantan 6) Z alkoholů: jen ve výjimečných případech za uvedených podmínek je pravděpodobná předřazená eliminace vody ( 2 ) 14 2 hexadekan-1-ol WS ; 30 MPa ( 2 ) 14 hexadekan 2 2 Pd

6 7) Z aldehydů a ketonů: () redukce = alkyl, aryl 2 () Jako činidla lze použít např. 2 /Pd- resp. LiAl 4 / All 3 Jiří anusek 2003 lemmensen: Zng x / konc. l (var) - pro substráty stálé v kyselém prostředí Wolff-Kižněr: 1) 2 4 ; 2) K/glykol (var) - pro substráty stálé v bazickém prostředí Mozingo: 1) S2 2 S; 2) aney-i - pro substráty citlivé na kyselé i bazické prostředí 2 Zng x / konc. l K TEG 1-fenylethanon (acetofenon) = ethylbenzen S S cykloheptanon cykloheptanon-hydrazon cykloheptan S S aney-i is 3 3-(2-methoxyfenyl)propanal 2-[(2 -methoxyfenyl)ethyl]-1,3-dithiolan methyl(2-propylfenyl)eth S S S S aney-i is metoda je velice šetrná - dvojná vazba za daných podmínek nereaguje

7 8) Ze solí karboxylových kyselin: Jiří anusek 2003 M edukce - jako činidlo nějčastěji tzv. natronové vápno (směs a a a) Zdvojení - elektrolýzou vzniklé radikály se rekombinují (Kolbe-Schmittova elektrosyntéza). a octan sodný a / a methan ( 2 ) 12 a kyselina myristová (kyselina tetradekanová) 2e - ( 2 ) 12 ( 2 ) 24 tridecylový radikál hexakosan (tridecyl) Výroba alkanů (motorový benzin, nafta, palivo, vosk, maziva ) zdrojem alkanů je hlavně ropa (složitá směs uhlovodíků - hlavně cyklopentan, cyklohexan jejich deriváty; aromatické a heteroaromatické sloučeniny; plynné alkany aj.). a zemní plyn (60% methan 5%ethan, propan, butan; zbytek sulfan, oxid uhličitý, helium). Synteticky např. Bergiův (vysokotlaká hydrogenace uhelného prachu) resp. Fischerův- Tropschův způsob (hydrogenace oxidu uhelnatého). 2 FeS n 2n2 WS 2, MoS 2 z 1t uhlí cca 0,5t benzinu oktanového čísla výroba benzinu s nízkým oktanovým číslem (ca 40). s 60% výtěžkem) 2 o-th n 2n2 n 2n (alkoholy, karbonylové sl.)

8 II. Přehled příprav alkenů: 1) Z alkanů: Katalytická dehydrogenace Jiří anusek 2003 =, alkyl, aryl, 2 kat. Krakování - β-štěpení - výroba ethylenu 2 kat. = Pt 2, Pt, Pd, i butan 2 Al2 3, r Al 2 3, r but-1-en (E)-but-2-en 2 2 but-1,3-dien (Z)-but-2-en 2) Z alkenů: - Diels-Alderovou [42]resp. [22] cykloadicí (tepelně nebo fotochemicky) 20 cyklopentadien "dicyklopentadien isopren (2-methylbut-1,3-dien) limonen (4-(1-methylethenyl)-1-methylcyklohexen) allen (propadien) směs 1,2- a 1,4-dimethylencyklobutan

9 3) Z alkynů: 2 Pd/BaS 4 chinolin (Pb(Ac) 2 ) LiAl 4 / TF (E)-hex-3-en LiAl 4 TF Katalytická hydrogenace na deaktivovaném katalyzátoru (Lindlarův kat.) vede k cis-alkenům (A ) Alternativou je hydroborace a následný rozklad v prostředí karboxylové kyseliny. edukce komplexními hydridy poskytuje trans-olefiny alternativou je a/ 3 (l) 2 2 Pd/BaS chinolin hex-3-yn (Z)-hex-3-en Jiří anusek ) Z halogenderivátů: dehydrohalogenací a dehalogenací (eliminace E1, E2) X X X báze Zn (var) X = F, l,, I l 2-chlor-2-methylpropan a (var) 1,2-dibrom-1,3-difenylbutan 2 2-methylbuten Zn ethanol U l,, I derivátů platí Zajcevovo pravidlo u F derivátů ofmannovo pravidlo 1,3-difenylbut-1-en

10 5) Z alkoholů: kysele katalyzovaná dehydratace 2 Jiří anusek 2003 eliminace probíhá podle Zajcevova pravidla možnost doprovodných přesmyků (při použití 2 S 4 ). Průmyslově lze jako kat. použít Al methylcyklohexan-1-ol 3 P 4 1-methylcyklohex-1-en 3-methylbutan-2-ol 3 P methylbut-2-en 6) Z esterů, xanthátů, aminoxidů a kvarterních amonium hydroxidů: eliminace probíhá podle ofmannova pravidla -pyrolýzou při vznikají méně rozvětvené alkeny. Z Z =, S, 2, 3 S Z ) methylcyklohexyl-acetát S 2 3 P 4 methylencyklohexan 3-methylbut-1-en hlavní produkt

11 7) Z aldehydů a ketonů: Jiří anusek l Ph3 P 2 P(Ph) 3 l Bu-Li P(Ph) 3 Wittigova reakce: benzylchlorid benzyl-trifenylfosfonium chlorid benzyliden-trifenylfosfonium ylid 1 1 l 1) Ph 3 P 2) Bu-Li 3) 2 = 1 2 benzaldehyd stilben (1,2-difenylethen) Ph 3 P= P Ph Ph Ph Mc Murryho reakce: Til 3, K cyklohexanon Til 3, K cyklohexylidencyklohexan reduktivní zdvojování ketonů

12 III. Přehled příprav alkynů: Jiří anusek ) Z alkanů: acetylen (ethyn) se průmyslově vyrábí pyrolýzou methanu ev. ethanu methan ethyn alternativně se acetylen připraví: a a 2 a 2 2 a() 2 2) Z alkynů: prodlužování řetězce terminálních alkynů pomocí alkylačních činidel silná báze 1 X 1 = alkyl, aryl; 1 = primární a sekundární alkyl; X = l,, I jako báze se dá použít i a 2 MgI MgI 4 2 I 2 2,2-dimethylbut-1-yn 2,2-dimethylhex-1-yn příprava polyalkynů Glaserovou oxidací terminálních alkynů: u 2 pyridin =, alkyl, aryl 2 u 2 pyridin 3-fenylprop-1-yn 2 2 1,6-difenylhexa-2,4-diyn

13 3) Z halogenderivátů: dehydrohalogenací geminálních (1,1,-) a vicinálních (1,2-) dihalogenderivátů silnou bazí (K, a 2 ) l X X X X l 2,3-dichlorbutan l 2 l 2,2-dichlorbutan K K K K X = l,, I 2 2 but-2-yn 2 K 1,2-dibrom-1-fenylethan fenylethyn (fenylacetylen) but-1,3-dien 2 but-2-yn but-1-yn K 3 2 propyn 1,1-dibrompropan 4) Z 1,2-diketonů: převedením na dihydrazon a oxidací oxidem rtuťnatým Jiří anusek 2003 evýhodou je vznik 1,3- dienů (u vicinálních), resp. isomerního alkynu (u geminálních) pokud jsou dvě možnosti eliminace X g 2 2 cyklooktan-1,2-dion 1) 2 4 2) g / 2 2 cyklooktin

14 IV. Přehled příprav aromátů: 1) Z cykloalkanů: průmyslově dehydrogenací - tzv. reformováním benzínu methylcyklohexan Mo 2 3, Al , 3 MPa Jiří anusek 2003 toluen (methylbenzen) 2) Z alkenů: katalytickou dehydrogenací benzen 2 isopropylbenzen (kumen) cyklohexen dochází i k polyalkylaci benzen 3) Z alkynů: katalytickou trimerací Ph 3P i() 3 ethyn benzen styren 4) Z halogenderivátů: Friedel-raftsova alkylace 2 2 l All 3 benzen 1-chlorpropan kumen (isopropyl benzen) p diisopropylbenzen Wurtzova-Fittigova reakce: 2 2 a 2 2 brombenzen 1-brompropan propylbenzen

15 Ullmannova reakce: l 2 2-nitrochlorbenzen u 2 2 2,2 -dinitrobifenyl hydrolýzou Grignardových činidel 1-brom-2-methylnaftalen Mg ether Mg 1-(2-methylnaftyl)magnesium bromid 2 Jiří anusek methylnaftalen Dehalogenaci lze provést i hydrazinem za katalýzy palladiem resp. u jodaromátů reakcí s I. 5) Z fenolů: destilací s práškovým zinkem Zn 6) Z aminů: diazotací a redukcí diazo soli kyselinou fosfornou nebo varem s ethanolem fenanthren-9-ol 2 a 2 l 2,6-dimethylanilin fenanthren l 2,6-dimethylbenzendiazoniumchlorid 3 P 2 1,3-dimethylbenzen (m-kresol) 7) Ze sulfonových a karboxylových kyselin: desulfonace a dekarboxylace Průmyslově se aromáty získávají hlavně z dehtu (karbonizace uhlí) respektive reformováním některých ropných frakcí a následnou extrakcí (destilace není výhodná).

16 V. Přehled příprav halogenderivátů: Jiří anusek ) Z alkanů: radikálovou halogenací (S ) X 2 hν = alkyl, aryl X = l, X 2-methylpropan 2 hν 2-brom-2-methylpropan omace je mnohem selektivnější než chlorace. l 2 hν 2 l l 2 hν l 2 l 2 hν l toluen benzylchlorid benzylidendichlorid benzotrichlorid Za uvedených podmínek není atakováno benzenové jádro 2) Z alkenů: radikálovou resp. elektrofilní adicí halogenů, halogenvodíků (A, A E ) X X = F, l,, I X X X 2 2 l l X styren (1-fenylethen) trans-1,2-dibrom cyklohexan 2 cyklohexen F 35 1-chlor-1-fenylethan (1-chlorethylbenzen) F fluorcyklohexan orientace podle Markovnikova pravidla

17 2 X 2 hν 2 X = alkyl, aryl X = l, allylová halogenace probíhá jako radikálová substituce Jiří anusek ) Z alkynů: radikálovou resp. elektrofilní adicí halogenů, halogenvodíků (A, A E ) X l 2 gl 2 l ethyn chlorethen (acetylen) vinylchlorid X X X 2 X 2 l X X l l 1,1-dichlorethan X X X X X X 2-methylbut-3-yn-2-ol X X 2 a X = l,, I 4-brom-2-methylbut-3-yn-2-ol 4) Z aromátů: elektrofilní substitucí ( S EAr) - chlorace, bromace event. jodace. X l l platí orientační X 2 l 2 Fel pravidla; volbou FeX 3 3 podmínek i polyhalogenace. toluen 4-chlortoluen 2-chlortoluen X = l,

18 Jiří anusek ) Z halogenderivátů: substitucí halogenu jiným halogenem - zejména pro F a I deriváty. M(X 2 ) n 2 X 1 2 X 2 M = K X 2 = I n = 1 (v acetonu) M = Sb X 2 = F n = 3 ev. 5 (ev. gf 2 ) benzylchlorid 2 l KI aceton benzyljodid 2 I eakce primárních alkylchloridů a bromidů s KI v acetonu - Finkelsteinova reakce. eakce primárních alkylchloridů a bromidů s F SbF 5 ev. - Swartsova reakce. l 3 SbF 5 l 2 F SbF 5 lf 2 SbF 5 F 3 chloroform (trichlormethan) 250 dichlorfluormethan chlordifluormethan fluoroform (trifluormethan) F F F 6) Z alkoholů: reakcí s halogenačními činidly jako SX 2, PX 3, PX 5 event. i X halogenační X činidlo = alkyl X = l,, (I) Fluorderiváty vyžadují speciální činidla (SF 4, Ph 2 PF 3, Et 2 F 2 lf = Jarovenkovo činidlo, atd.) U jodderivátů hrozí redukce vnikajícím I až na alkan K, 2S butan-1-ol 1-brombutan 1-fenylethanol Sl 2 DMF l 1-chlor-1-fenylethan (1-chlorethylbenzen) cyklohexanol l al 2 l 1-chlorcyklohexan P, I 2 methanol I methyljodid l l 2-methylpropan-2-ol (terc.-butylalkohol) 2-chlor-2-methylpropan (terc.-butylchlorid)

19 7) Z etherů: štěpením etherů pomocí X (v případě I tzv. Zeiselovo štěpení etherů) I anisol (methoxybenzen) (fenyl(methyl)ether) fenol I methyljodid Jiří anusek 2003 tetrahydropyran 5-brompentan-1-ol 1,5-dibrompentan 8) Z karbonylových sloučenin: reakcí s halogenačními činidly jako PX 3, PX 5 () PX 5 X X () = alkyl, aryl X = l, benzaldehyd = l 2 Pl 5 benzylidendichlorid butan-2-on Pl 5 0 l l 2,2-dichlorbutan 9) Ze solí karboxylových kyselin: reakce s X 2 za současné dekarboxylace (unsdieckerova reakce) Ag Ag stříbrná sůl kyseliny adipové cyklopropankarboxylová kyselina 2 l 4 2 g ,4-dibrombutan bromcyklopropan 10) Z diazoniových solí: KI l u 2 X 2 I BF 4 X F Sandmayerova reakce (X = l, ) Schiemannova reakce Diazoniové soli se získají diazotací aromatických aminů

20 VI. Přehled příprav organokovových sloučenin: Zn ether ZnX X Mg ether MgX Li = alkyl, aryl Zn l ether X = l,, I Li Li l Li MgI propyn MgI propyn-1-ylmagnesium jodid 2-chlorpropan 1-chlorbutan hexan 4-bromfenyl(methyl)ether VII. Přehled příprav alkoholů: Mg ether Znl isopropylzinkium chlorid butyllithium rganokovové sloučeniny se neisolují v čistém stavu Mg - používají se ve formě roztoků 4-methoxyfenylmagnesium bromid 1) Z alkanů: řízenou oxidací vznikají směsi produktů (alkoholy, aldehydy, ketony, kyseliny) 2 o 3 cyklohexan cyklohexanol cyklohexanon ybnou silou je zde rozdílná acidita odpovídajících -kyselin. Jiří anusek 2003 Průmyslovou oxidací cyklohexanu při se získá směs, která se dá rozdělit (bisulfitový zp.) Lze provést i allylovou oxidaci (analogie chlorace)

21 Jiří anusek ) Z alkenů: kysele katalyzovanou hydratací (alkoholy) nebo oxidací (dioly) 2 2,3-dimethylbut-2-en 2 2,3-dimethylbutan-2-ol Jako katalyzátor se používá 2 S 4 nebo 3 P 4 ox. č. 2 cyklohexen KMn 4 2 cis-cyklohexan-1,2-diol Alternativou KMn 4 je s 4. eakce je stereospecifická (Wagnerova oxidace) ydroborací, následnou oxidací peroxidem vodíku a hydrolýzou vznikají alkoholy. 2 B B 2 2 a 2 B 3 2 =, alkyl, aryl, B B B 3 pent-1-en tris(pentyl)boran tris(pentyl)borát pentan-1-ol 3 Formálně se jedná o anti- Markovnikovu adici

22 Průmyslově se používá tzv. alfol proces: reakcí ethylenu s Al a 2 vzniká trialkyllaluminium, které se oxiduje a po hydrolýze poskytuje lineární alkoholy se sudým počtem. 2 Al, 2 2 p ethen ( 2 ) 3 Al 2 ( 2 2 ) n Jiří anusek [ 2 ( 2 2 ) n ] 3 Al 250 p 2 2 S 4 [ 2 ( 2 2 ) n ] 3 Al 3) Z aromátů (fenolů): katalytickou hydrogenací fenol i, MPa cyklohexanol průmyslová metoda i, MPa hydrochinon cyklohexan-1,4-diol 4) Z halogenderivátů: nukleofilní substitucí event. 2 X 2 = alkyl X = l,, I 2 l 2-chlorbutan 2 2 butan-2-ol Vedlejším produktem je alken vzniklý eliminací X 2 l 2 2 l 2 a 2 3 benzylchlorid benzylalkohol 1-chlor-1-methyl cyklohexan 1-methylcyklohexan-1-ol 1-methylcyklohex-1-en

23 5) Z Grignardových činidel: reakcí s karbonylovými sloučeninami a oxiranem MgX = alkyl, aryl MgX 2 1 MgX MgX 2 2 MgX primární alkoholy sekundární alkoholy terciární alkoholy primární alkoholy (delší o 2 uhlíky) Analogicky reagují i anhydridy, estery a chloridy karboxylových kyselin. Jiří anusek 2003 cyklohexylmagnesium chlorid Mgl 1) 2) l / 2 2 cyklohexylmethanol Mgl 2) l / 2 2 terc.-butylmagnesium 1,3,3-trimethylbutan-1-ol chlorid benzylmagnesium bromid 2 MgI ethylmagnesium jodid 2 Mg 1) 3 2) l / 2 fenyl(methyl)keton (acetofenon) 2) l / fenylpropan-2-ol 2 2-fenylbutan-2-ol

24 6) Z aldehydů a ketonů: kromě reakce s Grignardovými činidly redukcí LiAl 4, ab () redukce 1, 2 = alkyl, aryl 1 2 () Kromě komplexních hydridů lze použít i isopropylalkoholát hlinitý (Meerwein-Ponndorf-Verley) annizzarova reakce (a / 2 ) resp. zkřížena varianta / a cyklohexyl(methyl) keton 2, a-i 6 MPa benzylalkohol 1-cyklohexylethanol 2 za katalýzy aneyovým niklem fenylpropan-1-on (ethyl(fenyl)keton) kyselina benzoová aceton (propanon) a LiAl 4 2) / 2 i-pr- (i-pr-) 3 Al 2 benzaldehyd = a Mg 2) l / 2 2,3-dimethylbutan-2,3-diol (pinakol) 2 1-fenylpropan-1-ol Jiří anusek 2003 but-2-enal (krotonaldehyd) but-2-en-1-ol (krotylalkohol) benzylalkohol 2 Zdvojování sodíkem nebo hořčíkem (pinakolizace).

25 7) Z karboxylových kyselin a jejich funkčních derivátů : redukcí LiAl 4, ab 4... Jiří anusek 2003 Kyselina 2-naftoová LiAl 4 2) l / 2 naft-2-ylmethanol 2 2 ab 4 2) / 2 3 methyl 4-methylbenzoát 4-methylbenzylalkohol Bouveault-Blancova redukce: sodíkem v ethanolu a 2 2 ethyl 2-methylpropan-2-karboxylát 2 2,2-dimethylpropano VIII. Přehled příprav fenolů: 1) Z halogenaromátů: nukleofilní substitucí S Ar AE, EA l a p 2) l / 2 chlorbenzen fenol aschigův způsob výroby fenolu. 2 a 2 2) l / ,4,6-trinitrobrombenzen 2,4,6-trinitrofenol 2) Ze solí sulfonových kyselin: tavením s a (průmyslová i laboratorní metoda) 4-toluensulfonát sodný (4-methylbenzensulfonan a) S 3 a a (tavení) 2) l / methylfenol (p-kresol) S 3 a (tavení) 2) l / 2 naftalen-2-sulfonová kyselina 2-naftol

26 3) Z aromatických aminů: Buchererova reakce 1-naftylamin Výroby alkoholů a fenolů: Methanol: hydrogenace oxidu uhelnatého p 2 p = MPa kat. Zn 2 r 4 Propan-1-ol: hydroformylace ethylenu 2 2 ethen 2 as naftol p o 2 propan-1-ol Propan-2-ol: vyrábí se stejnou technologií jako ethanol (hydratace propenu). Griessova reakce - laboratorní metoda 2 3-nitroanilin a 2 2 S 4 2 Ethanol: hydratace ethylenu - 2 způsoby. 1) přímá hydratace - kat. 3 P 4 na křemelině ethen 2 ethanol 2) nepřímá hydratace - adicí 2 S 4 vzniká kyselina ethylsírová ( diethylsulfát), která hydrolyzuje na ethanol a 2 S 4. 2 S S 3 70 ethen kyselina ethylsírová l zř. 2 S nitrobenzendiazonium chlorid 2 Jiří anusek nitrofenol 2 T = ethanol Fenol: vyrábí se hlavně tzv. kumenovým způsobem: isopropylbenzen (kumen) S kumylhydroperoxid fenol aceton

27 IX. Přehled příprav etherů: Jiří anusek ) Z alkenů: kysele katalyzovanou adicí X, alkoholů nebo oxidací peroxykyselinami l a propen l 1-chlorpropan-2-ol methyloxiran (propylenoxid) 2-methylpropen (isobutylen) 2 methanol 2 S 4 lze adovat i alkyny terc.-butyl(methyl)ether Diethylether navíc vzniká jako vedlejší produkt při výrobě Et sulfátovým způsobem. 2) Z alkoholů a fenolů: kysele katalyzovanou dehydratací a Williamsonovou syntézou 2 2 S ethanol diethylether Průmyslově při katalyzátor: KAl(S 4 ) 2 1-fenylethanol 3-l fenylethyl(methyl)ether fenol eakce alkoholů a fenolů s diazoalkany I methyljodid a fenyl(methyl)ethe (anisol) 2, Ag propen oxiran (ethylenoxid) 2, i MPa furan tetrahydrofuran Williamsonova syntéza se hodí zejména na nesymetrické ethery Průmyslová syntéza oxiranu Tetrahydrofuran slouží jako rozpouštědlo

28 X. Přehled příprav aldehydů a ketonů: Jiří anusek ) Z alkanů: řízenou oxidací vznikají směsi produktů (alkoholy, aldehydy, ketony, kyseliny) a) xidací cyklohexanu se získá směs cyklohexanolu a cyklohexanonu. b) xidací kumenu se po kysele katalyzovaném rozkladu získá aceton a fenol. 2) Z alkenů: ozonolýza: ; l 4 80, 1, 2 =, alkyl, aryl, 1 2 Zn 2 3 ; l 4 2 Zn ,4-dimethylhex-3-en butan-2-on (ethyl(methyl)keton) synteticky vhodná pouze v případě symetrických a cyklických alkenů 1 2 1) 3 ; l ) Zn cyklohexen hexandial Wacker-proces: průmyslová výroba acetaldehydu tříkrokový mechanismus = ul 2, Pdl ethen 2 ethanal l, 2 (acetaldehyd) 2 2 Pdl 2 2 = Pd 2 l Pd 2 ul 2 Pdl 2 u 2 l 2 u 2 l 2 ½ 2 2 l 2 ul 2 2

29 hydroformylace - průmyslová metoda (výroba aldehydů) Jiří anusek , o 2 () klesající reaktivita, 1, 2 =, alkyl, aryl, (nevadí přítomnost,,, ) 2, o 2 () 8 propen butanal 2-methylpropanal 3) Z alkynů: kysele katalyzovaná adice vody 2 2 S 4 gs 4 =, alkyl, aryl 2 2 S ethyn 4 gs ethanal (acetylen) 4 (acetaldehyd) Kučerovova reakce - výroba acetaldehydu 2 3-fenylpropyn 2, o 2 () 8 cyklopenten cyklopentankarbaldehyd adicí vzniklý enol se tautomerizuje na keton (platí Markovnikovo pravidlo) S 4 gs 4 1-fenylpropanon (fenylaceton) 4) Z aromátů: oxidací postranního řetězce alkylaromátů (α-uhlík) 2 r 2 l 2 u Η lze i r 3 toluen r 2 l 2 benzaldehyd Ètardova reakce

30 Aromatické aldehydy: formylační činidlo Jiří anusek 2003 Gattermannova reakce: činidlem je směs l, a Znl 2 resp. l Zn() 2. ( =,,, alkyl) Gattermannova-Kochova reakce: činidlem je směs l a All 3.( =, 4-alkyl) toluen naftalen Zn() 2 l, l All 3 Aromatické ketony: 1 Y* All 3 4-methylbenzenkarbaldehyd (p-tolualdehyd) naftalen-1-karbaldehyd 1 =, alkyl,, halogen 1 = alkyl, aryl Y = halogen,, * lze použít i za katalýzy Znl 2 Vilsmeier-aackova reakce: činidlem je ( ) 2 a Pl 3 - následuje hydrolýza ( =, 2 ) eimer-tiemannova reakce: činidlem je dichlorkarben generovaný in-situ z l 3 a a. ( = 2-) methoxybenzen (anisol) ( ) 2 Pl 3 3 fenol a l 3 ( ) 2 Pl 2 2 Friedel-raftsova acylace - na rozdíl od alkylace nehrozí polysubstituce - k acylaci dochází většinou do para polohy. Jako acylační činidla slouží karboxylové kyseliny, jejich chloridy a anhydridy. 2-hydroxybenzaldehyd (salicylaldehyd) 4-methoxybenzenkarbaldehyd

31 benzen l chlorbenzen All 3 ftalanhydrid (benzen-1,2-dikarboxanhydrid) l All 3 l kyselina 2-benzoylbenzoová 4-chlorfenylethanon (4-chloracetofenon) 2 S 4 9,10-anthrachinon 1,3,5-trimethoxybenzen 2 Znl 2, l Průmyslová výroba 9,10- anthrachinonu ouben-oeschova reakce: jen pro = a -Alkyl Jiří anusek (1,3,5-trimethoxyfenyl)propan-1-on 5) Z halogenderivátů: hydrolýzou geminálních dihalogenderivátů nebo Sommeletovou reakcí l 2 a 2 4-nitrobenzylidendichlorid 2 4-nitrobenzaldehyd benzylchlorid 2 l 1) urotropin 2) l / 2 benzaldehyd 6) Z alkoholů: řízenou oxidací primárních a sekundárních alkoholů event. vicinálních diolů oxidační 2 činidlo 1 oxidační činidlo 1 ai 4 (Pb(Ac) 4 ) prim. alkoholy aldehydy sek. alkoholy ketony vic. dioly dva ketony

32 2 2 2 butan-1-ol K 2 r S butanal vznikající aldehyd je potřeba z reakční směsi oddestilovat (hrozí další oxidace) 2 Ag 700 průmyslová výroba formaldehydu 1-fenylethanol K 2 r S 4 2,3-difenylbutan-2,3-diol 1-fenylethanon (acetofenon) ai 4 Jiří anusek 2003 u ketonů nehrozí přeoxidování 1-fenylethanon (acetofenon) Jako oxidační činidlo lze použít i jiný aldehyd resp. keton za katalýzy (i-pr) 3 Al (ppenauer). Pinakolonový přesmyk: 2 S 4 2,3-dimethylbutan-2,3-diol (pinakol) 7) Z karboxylových kyselin a jejich funkčních derivátů: ( ) 2 M Vhodné pro M 3 symetrické ketony Zahříváním vápenatých, barnatých a manganatých solí karboxylových kyselin na 300 3,3-dimethylethanon (pinakolon) konkurenční reakcí je eliminace na dien (pomocí jen dien) ( ) 2 a a 3 octan vápenatý aceton Ba 2 adipát barnatý (hexandioát barnatý) Ba 3 cyklopentanon

33 Jiří anusek 2003 redukční l činidlo edukcí chloridů kyselin: osenmundova redukce: 2 Pd/BaS 4 (S) resp. pomocí LiAl(t-Bu) 3 2-fluorbenzoylchlorid l 2 Pd / BaS 4 (S) F F 2-fluorbenzaldehyd 3-ethylpentanoyl chlorid l LiAl(t-Bu) 3 3-ethylpentanal Z esterů laisenovou resp. Dieckannovou kondenzací a následnou kyselou hydrolýzou 2 1 zvláště výhodná pro přípravu ketonů s větším cyklem a dimethyl-adipát (dimethyl-hexynoát) 2 1,3-difenylaceton methyl-2-oxo cyklopentankarboxylát 2 1) a 2) / 2 l / b-ketoester cyklopentanon 1 1 / keton 2 2 1) a 2) / 2 methylacetát fenylaceton methyl-fenylacetát lze provést i zkříženou variantu laisenovy kondenzace. Ta je však synteticky užitečná pouze pokud je acidita obou esterů (α-) rozdílná.

34 eakcí orthoformiátu (ortho-esterů kyseliny mravenčí) s Grignardovými činidly: Mg 4-methylbenzenmagnesium bromid triethylorthoformiát 2 2 l / 2 4-methylbenzenkarbaldehyd-diethylacetal Z nitrilů Stephenovou redukcí resp. reakcí s Grignardovými činidly: l Snl = aryl event. alkyl do 6 l l alternativně lze použít jako redukční činidlo LiAl(Et) 3. 4-methylbenzenkarbaldehyd Jiří anusek MgX 1 MgX 2 1 reakce je univerzální, 1 = alkyl, aryl nafalen-2-karbonitril 1) Snl 2 / l 2) 2 nafalen-2-karbaldehyd ( ) Mg 2) l / 2 isopropylmagnesium bromid 4-methylbenzenkarbonitril hexannitril 1-(4-methylfenyl)-2-methylpropan-1-on (isopropyl(4-methylfenyl)keton) LiAl(Et) ) l / 2 hexanal Mg 4-methylfenylmagnesium bromid ( ) 2-methylpropannitr

35 Dikarbonylové sloučeniny: 2 a 2 l acetaldehyd nitrosoacetaldehyd a 2 l =, alkyl, aryl glyoxal-monooxim oxidace kyselinou dusitou nebo oxidem seleničitým 2 glyoxal 2 butan-2-on (ethyl(methyl)keton) varianta laisenovy kondenzace esteru a aldehydu nebo ketonu fenylethanon (acetofenon) , 2, 3 =, alkyl, aryl 3 methylacetát enasycené karbonylové sloučeniny: Keteny - dehalogenací halogenidů α-halogenkarboxylových kyselin dehydrohalogenací halogenidů kyselin 2 1-fenylbutan-2,3-dion (benzoylaceton) X X 2 2 1) a 2 / l 3 2) / 2 3 Jiří anusek 2003 butandion (dimethyldiketon) produktem jsou 1,3-dikarbonylové sloučeniny V případě aldehydů hrozí za uvedených podmínek i samokondenzace = aldolizace Zn Et 3 2 X

36 Jiří anusek 2003 l Et 3 cyklohexankarbonylchlorid cyklohexylidenmethanon 2 2-brombutanoylbromid Zn 2 ethylketen (but-1-en-1-on) ydroxykarbonylové sloučeniny: aldolizace - podle podmínek vznikají i nenasycené karbonylové sloučeniny , 1, 2 =, alkyl, aryl ( 2 ( 1 ) 1 ) = 2 Ba() 2 Ba() aceton 4-hydroxy-4-methylpentan-2-on 4-methylpent-3-en-2-on (mesityloxid) a() a() 2 acetaldehyd formaldehyd 2 pokud ani 1 nejsou - probíhá eliminace obtížněji za vzniku α,γ-ne nasycené karb. sl. 2 2 a() hydroxypropanal 2-hydroxymethyl-3-hydroxypropanal 2,2-bis(hydroxymethyl)- -3-hydroxypropanal 2 a()2 2 2 zkřížená varianta

37 Acyloinová kondenzace: zdvojováním esterů sodíkem v aprotickém rozpouštědle a hydrolýzou vzniklého enolátu a 1 1 a a 1 1 a Jiří anusek a a Benzoinová kondenzace: zdvojování některých aromatických aldehydů katalyzované. furan-2-karbaldehyd K Et benzaldehyd 1,2-bis(2-furyl)-2-hydroxyethanon (furoin) m K Et 1,2-difenyl-2-hydroxyethanon (benzoin) 1) a 2) 2 methylbenzoát 1) a 2) 2 methyl 2-methylpropanoát 4-hydroxy-2,5-dimethylhexan-3-o hinony: oxidací aromatických 1,2 a 1,4-dihydroxy resp. diaminoaromátů. 1,2-dihydroxybenzen (pyrokatechol) Ag 2 1,2-benzochinon 2 4-amino-1-naftol Ag 2 2 V 2 5 1,4-naftochinon naftalen oxidace V 2 5 se využívá průmyslově.

38 Sacharidy: v přírodním materiálu je zastoupeno velké množství sacharidů resp. polysacharidů isolují se. Sacharidy neobsažené v tomto materiálu se připravují buď prodlužováním nebo zkracováním uhlíkového řetězce. Jiří anusek V roztoku je 99.9 % cyklické formy Prodlužování řetězce: synteticky náročné - obvykle s malým výtěžkem (kyanhydrinová reakce) 2 L-arabinosa K = 2 ab směs L-mannosy a L-glukosy Zkracování řetězce: nejčastěji se používá tzv. Wohlovo odbourávání nitrilů vniklých z oximů. 2 D-glukosa 2 2 ( ) 2 2 Ag D-arabinosa posledním krokem je reakce opačná než kyanhydrinová reakce

39 XI. Přehled příprav nitrosloučenin: Jiří anusek ) Z alkanů: nitrací alkanů v plynné fázi (radikálově) pří nitraci delších alkanů vznikají isomery a částečně se štěpí řetězec nitropropan nitropropan propan nitroethan nitromethan cyklohexan nitrocyklohexan v kapalné fázi 2) Z aromátů: nitrací aromátů (S E Ar) - orientaci určují eventuální další substituenty na jádře, podle podmínek probíhá i polynitrace fenylnitromethan 2 4 us 4!!radikálově!! toluen 65% 3 85% 2 S 4 30 o-nitrotoluen 65% % % 2 S 4 85% 2 S p-nitrotoluen 2,4-dinitrotoluen 2,4,6-trinitrotoluen benzen 65% 3 85% 2 S 4 60 nitrobenzen 2 100% 3 100% 2 S ,3-dinitrobenzen 100% 3 20% oleum ,3,5-trinitrobenzen naftalen se nitruje na 1-nitronaftalen další nitrace probíhá do polohy 5 a 8.

40 3) Z halogenderivátů: nukleofilní substitucí (S 1, S 2 ) na alifatických halogenderivátech. Vedlejší reakcí vzniká ester kyseliny dusité. X 2 2 Jako činidlo se používá a 2 resp. Ag 2. = prim. a sek. alkyl; X = l,, I Výtěžek bývá okolo 60 %. benzylbromid 2 a2 DMF 2 2 fenylnitromethanbromcyklopentan 2 a 2 DMS nitrocyklopentan Ag butylbromid Jiří anusek nitrobutan 2-oktyljodid I a 2 DMS 2-nitrooktan 2 2 l kyselina chloroctová 1) a 2 3 2) a 2 a 2 2 nitrooctan sodný 1) l 2 2) 2 nitromethan 4) Z nitroalkanů: budování uhlíkového řetězce benzaldehyd 2 nitromethan XII. Přehled příprav nitrososloučenin fenol a 2 l p-nitrosobenzen fenyl-2-nitroethanol a 2 l,-dimethylanilin 4-nitroso-,-dimethylanilin 1-fenyl-2-nitroethen (ω-nitrostyren) 2 nitrosace na aromatickém jádře probíhá pouze u fenolů a,-disubstituovaných anilinů (silně aktivující M efekt a 2 ).

41 -methylanilin a 2 l l -nitroso--methylanilin 4-nitroso--methylanilin sekundární aromatické aminy se Jiří anusek 2003 rychle nitrosují na dusíku a vzniklé -nitrosaminy se v kyselém prostředí přesmykují (Fischerův-eppův přesmyk) nitrosace karbonylových sloučenin probíhá na α-uhlíku ale pokud je zde přítomen další vodík - dochází k tautomerii na oxim. 1,2-difenylpropan-1-on a 2 l 1 a 2 1 = 2 l 2 2-nitroso-1,2-difenylpropan-1-on itrososloučeniny lze připravit i oxidací hydroxylaminů: Alifatické nitrososloučeniny, u nichž není možná tautomerie připravujeme z Grignardových činidel reakcí s l. Mg terc.-butylmagnesium bromid l 2-methyl-2-nitroso propan 1 a l butan-2-on (ethyl(methyl)keton) fenylhydroxylamin a 2 r butandion-monooxim nitrosobenzen ximy: kromě tautomerie nitrososloučenin reakcí aldehydů a ketonů s hydroxylaminem. 2 aceton aceton-oxim hν l 2 propan

42 Jiří anusek 2003 XIII. Přehled příprav hydroxylaminů, hydrazinů a azosloučenin ydroxylaminy: redukcí nitrosloučenin zinkem v neutrálním prostředí nitrobenzen 2 Zn 4 l ydraziny: redukcí nitrosloučenin zinkem v alkalickém prostředí (1,2-disubst. hydrazin) nitrobenzen 2 Zn a 1,2-difenylhydrazin (hydrazobenzen) fenylhydroxylamin 2 nitromethan Zn 4 l methylhydroxylamin redukcí -nitrososloučenin zinkem v kyselém prostředí (1,1-disubstituované hydraziny) Zn l -nitroso--methylanilin 2 -fenyl--methylhydrazin redukcí diazoniových solí siřičitanem (monosubstituované hydraziny) Azosloučeniny: oxidací 1,2-disubstituovaných hydrazinů a, g, K 3 [Fe() 6 ]. 1,2-difenylhydrazin (hydrazobenzen) a = difenyldiazen (azobenzen) 2 l 3-nitrobenzendiazonium chlorid l a 2 S 3 nitrosobenzen 4-chloranilin l 3-nitrofenylhydrazin reakcí nitrosoaromátů s aminy (Millsova reakce) - vhodná pro nesymetrické deriváty = 4-chlorfenyl(fenyl)diazen

43 kopulace diazoniových solí na fenoly, terciární aromatické aminy, jiné aktivované aromáty a aktivované alifatické substráty l benzendiazonium chlorid benzendiazonium chlorid l l benzendiazonium chlorid 2-karboxybenzendiazonium chlorid l 3 2 Aca 2-benzylpropandinitril 2 butan-2-on (ethyl(methyl)keton),-dimethylanilin 1,3,5-trimethylbenzen (mesitylen) 3 S 2 2-benzyl-2-fenyldiazenylpropandinitr l 4-sulfobenzendiazonium chlorid fenyl(2,4,6-timethylfenyl)diazeno 3-fenyldiazenylbutan-2-on 3 2-(4-dimethylaminofenyldiazenyl)benzoová u kyselina (Methylčerveň) 2-naftol u primárních a sekundárních aromatických aminu probíha reakce podle p na dusíku - vznikají triazeny nebo na jádře l benzendiazonium benzenamin chlorid (anilin) p = 7 3-fenylhydrazonobutan-2-on difenyltriazen Jiří anusek S k 4-(2-hydroxynaftyldiazenyl)benzen sulfonová kyselina (ranž II) 2 U alifatických substrátů často azo-hydrazo tautomerie