OCH/OC2. Halogenderiváty 2. část

Podobné dokumenty
Vlastnosti. Pozor! H 3 C CH 3 H CH 3

Organická chemie (KATA) rychlý souhrn a opakování

Halogenderiváty. Halogenderiváty

Vlastnosti. Pozor! OCH/OC2_02_Alkeny

HALOGENDERIVÁTY - PART 1

Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty

1.1.2 VLASTNOSTI HALOGENDERIVÁTŮ, U KTERÝCH NENÍ HALOGEN VÁZÁN NA AROMATICKÉM JÁDŘE

Úvod do studia organické chemie

Alkeny. Alkeny. Největšíprůmyslový význam majíethen (ethylen) a propen (propylen) jako suroviny pro další přeměny nebo pro polymerace

Karbonylové sloučeniny

Aminy a další dusíkaté deriváty

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

Reakce alkanů 75. mechanismem), iniciované světlem nebo radikálovými iniciátory: Oxidace kyslíkem, hoření, tvorba hydroperoxidů.

Obsah. 2. Mechanismus a syntetické využití nejdůležitějších organických reakcí Adiční reakce Elektrofilní adice (A E

HALOGENDERIVÁTY UHLOVODÍKŮ

18. Reakce v organické chemii

Ethery. dimethylether tetrahydrofuran. O R O R O R ortoester R 1 O R R 2 O R. acetal

Příklady k semináři z organické chemie OCH/SOCHA. Doc. RNDr. Jakub Stýskala, Ph.D.

H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

Názvosloví Konformace Isomerie. Uhlíky: primární (1 o ) sekundární (2 o ) terciární (3 o ) kvartérní (4 o )

Kyselost, bazicita, pka

Úvod Obecný vzorec alkoholů je R-OH.

Alkyny. C n H 2n-2 (obsahuje jednu trojnou vazbu) uhlíky v sp hybridizaci

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

Radikály jsou zároveň velmi reaktivní - stabilních radikálů, které lze izolovat a skladovat, není příliš mnoho.

Karboxylové kyseliny

Substituce na aromatickém jádře S E Ar, S N Ar. Elektrofilní aromatická substituce S E Ar

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

2016 Organická chemie testové otázky

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

Halogenalkany H 3 CH 3. 2-brom-6-methylheptan. 6-brom-2,5-dimethylnonan

1. ročník Počet hodin

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

6. Roztřídění reakcí a principy jejich zařazení do jednotlivých typů

Hydroxysloučeniny Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje Únor

Metodika pro učitele Reakce organických sloučenin (teoretické cvičení s tablety)

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

OCH/OC2. Karbonylové sloučeniny 2

HYDROXYDERIVÁTY. Alkoholy Fenoly Bc. Miroslava Wilczková

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Výroby založené na nukleofilní substituci. Nu: + R-LG R-Nu + LG: R X + Nu - R Nu + X - Nukleofil Nu Produkt R Nu Název reakce

PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2011

OCH/OC2. Karbonylové sloučeniny 1

Název: Deriváty uhlovodíků II S N 1, S N 2

Reakce aldehydů a ketonů s N-nukleofily

1. Jeden elementární záporný náboj 1, C nese částice: a) neutron b) elektron c) proton d) foton

Ethery, thioly a sulfidy

Organická chemie pro biochemiky II část 15 a 16 15,16-1

Rozdělení uhlovodíků

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Zápočet udělil(a)...

17. DUSÍKATÉ DERIVÁTY, EL. POSUNY

Aromacké uhlovodíky reakce

5. CHEMICKÉ REAKCE. KLASIFIKACE CHEMICKÝCH REAKCÍ a) Podle vnějších změn Reakce skládání = SYNTÉZY z jednodušších -> složitější 2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

CH 2 = CH 2 ethen systematický název propen CH 2 = CH CH 3 but-1-en CH 2 = CH CH 2 CH 3 but-2-en CH 3 CH = CH CH 3 buta-1,3-dien CH 2 = CH CH = CH 2

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +. 1, 3, 5,... (lichý) OE +. EE +

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

ALKOHOLY, FENOLY A ETHERY. b. Jaké zdroje cukru znáte a jak se nazývají produkty jejich kvašení?

Alkoholy. Alkoholy. sekundární. a terciární

Organické látky. Organická geochemie a rozpuštěný organický uhlík

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

ORGANICKÁ CHEMIE II pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

Kyslíkaté deriváty. 1) Hydroxyderiváty: a) Alkoholy b) Fenoly. řešení. Dle OH = hydroxylová skupina

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

3.1 HALOGENDERIVÁTY. Umístění halogenů v periodické soustavě prvků. Obr. 3.1 Obecná elektronová konfigurace valenční vrstvy atomů halogenů

Řešené příklady k procvičení

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Charakteristika Teorie kyselin a zásad. Příprava kyselin Vlastnosti + typické reakce. Významné kyseliny. Arrheniova teorie Teorie Brönsted-Lowryho

Teorie kyselin a zásad poznámky 5.A GVN

P Ř ÍRODOVĚ DECKÁ FAKULTA

Pericycklické reakce

(Z)-but-2-en 2.2 ALKENY A CYKLOALKENY

Organická chemie pro biochemiky II část

PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE Bakalářský studijní obor Bioorganická chemie a chemická biologie 2016

Ethery. oxetan je stabilnější vůči kyselinovému štěpení, ale kruh opět štěpí

EU peníze středním školám digitální učební materiál

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

VY_32_INOVACE_29_HBENO5

ŘEŠENÍ. PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE Bakalářský studijní obor Bioorganická chemie a chemická biologie 2016

7. Pericyklické reakce

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +.

Autoři: Pavel Zachař, David Sýkora Ukázky spekter k procvičování na semináři: Tento soubor je pouze prvním ilustrativním seznámením se základními prin

Organická chemie II. Aldehydy a ketony II. Zdeněk Friedl. Kapitola 20. Solomons & Fryhle: Organic Chemistry 8th Ed., Wiley 2004

16.IZOMERIE a UHLOVODÍKY 1) Co je to izomerie a jak se dělí? 2) Co je konstituce, konfigurace a konformace? 3) V čem se izomery shodují a v čem liší?

16.UHLOVODÍKY A IZOMERIE ORGANICKÝCH SLOUČENIN IZOMERIE:

Reaktivita karboxylové funkce

4. Chemická ionizace. (E el = ev, p CH4 = Pa, p M = 0,05 0,1 Pa) => 0,1 % analytu)

Jednou z nejdůležitějších skupin derivátů uhlovodíků jsou sloučeniny obsahující jednovazné hydroxylové skupiny OH, proto hydroxyderiváty:

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Opakování

SEMINÁRNÍ PRÁCE. Jméno: Obor: 1. Pojmenujte následující sloučeniny:

2.4 AROMATICKÉ UHLOVODÍKY

6. Adiční reakce alkenů a alkynů

Oxidace. Radikálová substituce alkanů. Elektrofilní adice. Dehydrogenace CH 3 CH 3 H 2 C=CH H. Oxygenace (hoření)

CHEMIE - Úvod do organické chemie

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

VLASTNOSTI ALKANŮ 2. RADIKÁLOVÁ SUBSTITUCE 3. ELIMINAČNÍ REAKCE VÝZNAMNÉ ALKANY. Substituční reakce. Sulfochlorace alkanů. Termolýza.

Substituční deriváty karboxylových kyselin

Transkript:

OCH/OC2 Halogenderiváty 2. část 1

Příprava halogenalkanů I. Reakce založené na S N z alkoholů, štěpením etherů, vzájemnou výměnou halogenů II. III. IV. Reakce založené na S R z alkanů nebo alkenů, halogenace v allylové poloze Reakce založené na S E - kysele katalyzovaná halogenace ketonů, Liebennova reakce Reakce založené na adičních reakcích halogenace alkenů nebo alkynů viz. minulá přednáška. 2

Substituce Reaktivita halogenalkanů substituce - konkurenční reakce s eliminací Eliminace 3

Reaktivita halogenalkanů 4

Reaktivita halogenalkanů S N 1 Mechanismus: pomalu R-X R X Příklad: rychle R Y R-Y H 3 C CH 3 C CH 3 Br H 3 C C CH 3 CH 3 OH2 + Br H 3 C C CH 3 CH 3 H O H H 3 C CH 3 C CH 3 OH + H 3 O + rychlost určující krok OH 2 Reakce závisí pouze na koncentraci tert-bubr Formace karbokationtu je rychlost určující krok Reakce nezávisí na koncentraci ani reaktivitě nukleofilu, avšak POZOR na konkurenční eliminační reakce volíme tedy slabé, nebazické nukleofily

Reaktivita halogenalkanů Stericky průběh - vzniká racemát S N 1 McMurry, Organická chemie, str. 359 6

Reaktivita halogenalkanů S N 1 Existence iontových párů ovlivňuje stereoselektivitu McMurry, Organická chemie, str. 360 7

Význačné rysy S N 1 reakcí: substrát - čím stabilnější karbokation vzniká, tím rychleji S N 1-reakce probíhá nukleofil reakce S N 1 probíhá přes rychlost určující krok, ve kterém daný nukleofil nehraje žádnou kinetickou roli; neutrální nukleofily jsou stejně účinné jako nukleofily nesoucí záporný náboj, proto se S N 1-reakce často provádí v neutrálním či kyselém prostředí odstupující skupina mezi nejlépe odstupující skupiny patří ty, které budou nejlépe stabilizovat záporný náboj (nejslabší báze; konjugované báze silných kyselin) méně reaktivní Reaktivita halogenalkanů S N 1 H 2 O Cl - Br - I - TsO - více reaktivní rozpouštědlo polární rozpouštědla urychlují reakcí tím, že stabilizují intermediární karbokation 8

Mechanismus: Reaktivita halogenalkanů S N 2 R-X Y Y R X R-Y X Příklad: HO H H 3 CH 2 C CH 3 C Br HO H CH 3 C Br CH 2 CH 3 CH 3 H HO C CH 2 CH 3 + Br (S)-2-brombutan přechodový stav (R)-butan-2-ol 9

Reaktivita halogenalkanů Stericky průběh - inverze konfigurace S N 2 Nu + C X Nu C X Nu C + X McMurry, Organická chemie, str. 349 10

Reaktivita halogenalkanů S N 2 Stericky průběh intramolekulární průběh 11

Význačné rysy S N 2 reakcí: Reaktivita halogenalkanů S N 2 substrát - S N 2 reakce probíhá jen na stericky relativně nebráněných atomech nukleofil nukleofilita přibližně koreluje s bazicitou v daném sloupci periodické tabulky zpravidla roste nukleofilita s rostoucím atomovým číslem (HS - je nukleofilnější než HO -, I - >Br - >Cl - ) nukleofily se záporným nábojem jsou obvykle reaktivnější než nukleofily neutrální odstupující skupina mezi nejlépe odstupující skupiny patří ty, které budou nejlépe stabilizovat záporný náboj (nejslabší báze) rozpouštědlo polární aprotická rozpouštědla (protická zpomalují S N 2 tím, že obklopují, resp. solvatují reagující nukleofil) 12

Význačné rysy S N 2 reakcí: Reaktivita halogenalkanů S N 2 McMurry, Organická chemie, str. 350 13

Reaktivita halogenalkanů konstituce atakované molekuly S N 1 nebo S N 2? typ substituované částice (odstupující skupina) typ nukleofilu silný nukleofil S N 2 slabý nukleofil S N 1 14

Reaktivita halogenalkanů S N 1 nebo S N 2? Odstupující skupina hraje roli jak při S N 1 tak S N 2, jelikož na ní v obou případech závisí rychlost reakce obecně: dobré nukleofily jsou špatně odstupující skupiny stabilní anion je dobrá odstupující skupina, ale slabý nukleofil anionty slabých kyselin jsou špatně odstupující skupiny, ale dobré nukleofily anionty jsou lepšími nukleofily než neutrální sloučeniny faktory, které ovlivňují nukleofilitu: náboj elektronegativita rozpouštědlo sterické zábrany 15

Reaktivita halogenalkanů I. S N reakce minulá přednáška II. III. reakce halogenderivátů s kovy minulá přednáška eliminace 16

Eliminace α-eliminace proces, při kterém se dva atomy nebo skupiny atomů oddělí z jednoho a téhož atomu β-eliminace proces, při kterém atomy nebo skupiny atomů odstupují ze dvou sousedních atomů uhlíku za vzniku násobné vazby 17

C H C X Eliminace β-eliminace C C + HX -eliminace - eliminují-li se ze dvou sousedních atomů mechanismus E 1 - monomolekulární nejprve disociuje sloučenina na ionty nebo radikály a rychlost jejich vzniku určuje zároveň rychlost celé reakce; reakce poté končí odštěpením druhé částice, nejčastěji atomu vodíku mechanismus E 2 - bimolekulární reakce obě částice se odštěpují současně stericky průběh - syn-eliminace (ze synklinálních poloh) - anti-eliminace (anti-periplanární uspořádání) konkurence S N 1, S N 2 18

Eliminace β-eliminace K eliminaci dochází, pokud nukleofil atakuje vodík místo uhlíku. př. E2 eliminace př. E1 eliminace 19

Eliminace Vliv nukleofilu na eliminace versus substituce 20

1. Bazicita Eliminace Vliv nukleofilu na eliminace versus substituce Silné báze atakují proton čím bazičtější nukleofil, tím pravděpodobněji dojde k eliminaci 21

2. Velikost Eliminace Vliv nukleofilu na eliminace versus substituce 22

Eliminace Vliv nukleofilu na eliminace versus substituce 3. Teplota Vysoká teplota upřednostňuje eliminaci před substitucí. Roli hraje entropie. 23

Eliminace β-eliminace E 2 jednostupňový pochod, při kterém eliminované skupiny zaujímají v tranzitním stavu antiperiplanární konformaci a odcházejí z molekuly substrátu současně bimolekulární reakce rychlost reakce závisí na obou částicích uskutečňuje se atakem báze na vodíkový atom Odstupující částice X musí být schopna z molekuly odejít v podobě neutrální molekuly nebo stálého aniontu. 24

Eliminace β-eliminace E 2 základní rysy 1. Rychlost eliminační reakce roste se zvyšující se bazicitou činidla CH 3 COO - < OH - < EtO - < t-buo - < NH 2-2. Rychlost eliminace stoupá se schopností odstupující částice vázat elektronový pár za vzniku stabilizovaného aniontu. Alkoholy a ethery nepodléhají eliminaci mechanismem E 2, protože částice OH - a RO - jsou vysoce nestálé a energeticky bohaté. Sulfonáty a halogenidy eliminují snadno. 3. Pořadí reaktivity alkylů: terciární > sekundární > primární Termodynamická stabilita násobné vazby roste s počtem alkylových skupin k ní připojených. 25

Eliminace β-eliminace E 2 základní rysy 4. Snadnost eliminace roste s rostoucí konjugací s dalšími násobnými vazbami. Např. eliminace bromovodíku z CH 2 =CHCH 2 CH 2 Br na buta-1,3-dien probíhá snáze než z 2-brombutanu na buten. Je-li v molekule substrátu přítomna skupina s (-)-M efektem, eliminace bude probíhat snáze a rychleji v případě, že eliminovaný proton bude v α-poloze k této skupině, neboť je možná stabilizace karbaniontu konjugací. 26

Eliminace β-eliminace E 2 základní rysy 5. Eliminace probíhá rychleji, mohou-li obě odstupující částice zaujmout antiperiplanární konformaci. 27

Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh anti-mechanismus - E 2 eliminace probíhají přes antiperiplanární rovinné uspořádání původní sp 3 orbitaly vazeb C-H a C-X výchozí látky se mají překrýt a vytvořit v produktu p-orbitaly a vazbu, musí dojít k překryvu již v přechodovém stavu a to tehdy, jsou-li orbitaly na začátku eliminace ve stejné rovině H báze : H X antiperiplanární uspořádání reaktantu přechodový stav anti X alken McMurry, Organická chemie, str. 370. 28

Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh anti-mechanismus - E 2 eliminace probíhají přes antiperiplanární rovinné uspořádání 29

Stereospecifická reakce Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh 30

Stereospecifická reakce Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh 31

Regioselektivita Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh báze atakuje methylový vodík, protože je méně stericky bráněný E 2 eliminace se stericky náročnými bázemi dává typicky méně substituovanou dvojnou vazbu, protože nejrychlejší E 2 reakce zahrnuje deprotonaci na nejméně substituovaném místě 32

Regioselektivita Eliminace β-eliminace E 2 sterický průběh báze atakuje methylový vodík, protože je méně stericky bráněný E 2 eliminace se stericky náročnými bázemi dává typicky méně substituovanou dvojnou vazbu, protože nejrychlejší E 2 reakce zahrnuje deprotonaci na nejméně substituovaném místě 33

Eliminace β-eliminace E 1 Konkurence S N 1 H Y H Y Faktory ovlivňující poměr produktů E 1 a S N 1 : konstituce alkylu čím stabilnější karbokation vzniká, tím rychleji reakce probíhá vliv rozpouštědla - polární rozpouštědla stabilizují intermediární karbokation vliv činidla báze usnadňuje E 1, neutrální nukleofil S N 1 34

Vsuvka - Struktura a stabilita kationtů karbokationty jsou planární trojvazný atom uhlíku sp 2 R R C R atom uhlíku má pouze 6 valenčních elektronů stabilita souvisí s: energií potřebnou k rozštěpení vazby C-X induktivními efekty částečně s hyperkonjugací 35

Eliminace β-eliminace E 1 základní rysy 1. Reaktivita klesá v pořadí: terciární > sekundární > primární Protože rychlost určujícím krokem je tvorba karbokationtu a jeho stabilita Rychlost eliminace primárního alkyl derivátu je prakticky nulová 2. Povaha odstupující skupiny má na rychlost eliminační reakce stejný vliv jako při eliminacích probíhajících mechanismem E 2. 3. Karbokationt nemusí pouze eliminovat proton, ale může i připojit jinou nukleofilní částici za vzniku substitučního produktu (S N 1). Reakce typu E 1 a S N 1 jsou kompetitivní. Vedle těchto procesů může ještě docházet k přesmykům uhlíkatého skeletu. 4. Mechanismem E 1 se řídí i intramolekulární β-eliminace probíhající přes cyklický tranzitní stav pyrolitické syn-eliminace acetátů, xanthátů, aminoxidů, sulfoxidů a selenoxidů. 36

Eliminace β-eliminace E 1 Faktory ovlivňující poměr produktů E 1 a S N 1 struktura substrátu 37

Eliminace β-eliminace E 1 Faktory ovlivňující poměr produktů E 1 a S N 1 struktura substrátu 38

Eliminace β-eliminace E 1 Faktory ovlivňující poměr produktů E 1 a S N 1 rozpouštědlo polární rozpouštědla stabilizují intermediární karbokation např. eliminace vody z alkoholů ve vodném nebo alkoholickém roztoku používají se kyselé katalyzátory, které usnadní ztrátu vody 39

Eliminace β-eliminace E 1 - sterický průběh stereoselektivní reakce při E 1 eliminaci mohou vznikat teoreticky dva produkty, ale ze sterických důvodu je jeden produkt upřednostňován méně sterický bráněný E alken 40

Eliminace β-eliminace E 1 - sterický průběh regioselektivní reakce více substituované alkeny jsou stabilnější systém dvojné vazby je stabilizován, když může prázdný protivazebný orbital interagovat se zaplněnými orbitaly paralelních C-H a C-C vazeb čím více C-C a C-H vazeb tam je, tím stabilnější je alken 41

Eliminace β-eliminace E 1 - sterický průběh 42

Eliminace β-eliminace E 1 43

Eliminace Orientace při β-eliminačních reakcích Relativní zastoupení Zajcevových a Hofmanových produktů závisí do značné míry na: struktuře substrátu objemnosti použité báze velikosti odstupující skupiny polaritě rozpouštědla 44

Eliminace Orientace při β-eliminačních reakcích Zajcevovo pravidlo: Vodík se odštěpuje přednostně z toho atomu uhlíku, který nese nejméně vodíkových atomů. (Vzniká více subsituovaný (stabilnější) alken.) X 45

Eliminace Orientace při β-eliminačních reakcích Zajcevovo pravidlo: 46

Zajcevovo pravidlo: Eliminace Orientace při β-eliminačních reakcích 47

Eliminace Orientace při β-eliminačních reakcích Hofmannovo pravidlo Při štěpení kvarterních amoniových zásad nebo jiných oniových solí vzniká přednostně ten olefin, který má nejméně alkylskupin na uhlících, z nichž vychází dvojná vazba. H 3 C CH 2 CH 3 CH 2 N CH2 CH 3 CH 3 H 2 C CH 2 H 3 C C H CH 2 98 % 2 % probíhá u oniových solí vysvětlení pomocí indukčního a sterického efektu vodíkové atomy na více substituovaném atomu uhlíku jsou v důsledku kladného indukčního efektu alkylových skupin méně kyselé 48

Eliminace Faktory ovlivňující poměr produktů E 2 a S N 2 konstituce alkylu vliv činidla vliv rozpouštědla polární aprotická rozpouštědla (AcCN, DMF, DMSO) H H C H O CH 3 H C O CH 3 CH 3 H 3 C C O CH 3 objemný nukleofil S N 2 E 2 O H 3 C O slabá báze H 3 C CH2 O silná báze 49

1. Dehydrohalogenace Eliminace Příklady anti-eliminace 50

Eliminace Příklady anti-eliminace 2. dehydratace 3. dehalogenace 51

Eliminace Příklady anti-eliminace 4. Štěpení kvarterních amoniových solí R 1 R 2 X NR 3 H R 3 R 4 S N R 1 R 2 NR 3 H R 3 R 4 OH T H 2 O NR 3 R 1 R 2 R 3 R 4 52

Eliminace Příklady syn-eliminace 1. Pyrolýza esterů R R 2 1 O H R 4 R 3 O R T R O OH R 1 R 2 R 3 R 4 2. Pyrolýza xantátů C C O H S RS O C SH SR COS + RSH 53

Eliminace Příklady syn-eliminace 3. Pyrolýza N-oxidů (Copeho reakce) O H NR 2 R 2 NOH 4. Pyrolýza anhydridů O O H O O CH 2 C O OH CH 3 54

Eliminace Příklady eliminace s přesmykem retropinakolinový přesmyk 55

Souhrn substitučních a eliminačních reakcí Typ alkylhalogenidu RCH 2 X (primární) S N 1 S N 2 E 1 E 2 neprobíhá velmi preferovaná neprobíhá probíhá se silnými bázemi R 2 CHX (sekundární) může nastat u ally- a benzylhalogenidů probíhá v konkurenci s E 2 - reakcí může nastat u allyl- a benzylhalogenidů příznivá při aplikaci silných bází R 3 CX (terciární) příznivá v rozpouštědlech se skupinami OH neprobíhá probíhá v konkurenci s SN1-reakcí preferovaná při použití bází McMurry, Organická chemie, str. 376. 56

Souhrn substitučních a eliminačních reakcí S N 2 Stereochemie: 100% inverze konfigurace Substrát: CH 3 > 1 > 2 >> 3 Nukleofil: vyžaduje silný nukleofil, obvykle anionický Odstupující skupina: X- nebo OSO 2 R Rozpouštědlo: polární aprotické (DMF, DMSO, HMPA, MeCN, Me 2 CO ad.) S N 1 Stereochemie: úplná nebo částečná racemizace Substrát: 3 > 2 >> 1, allylový nebo benzylový typ podléhá S N 1, i když je primární Nukleofil: obecně slabý (H 2 O, ROH, HX) Odstupující skupina: X- nebo OSO 2 R, v kyselém prostředí může být i OH dobře odstupující skupinou Rozpouštědlo: polární protické (voda, alkohol, kyselina, atd.) 57

Souhrn substitučních a eliminačních reakcí E 2 Stereochemie: C-H a C-X vazby musí být anti (trans) Substrát: 1, 2 nebo 3, pro 1 je nezbytná silná a stericky bráněná báze Typ báze: vyžaduje silnou bázi (NaOR, NaNR 2, také KOR, LiOR ad.) Odstupující skupina: X- nebo OSO 2 R Rozpouštědlo: polární protické nebo aprotické E 1 Stereochemie: vzniká směs E, Z (podle termodynamické stability, viz Zajcevovo pravidlo) Substrát: 3 > 2 >> 1, allylový nebo benzylový typ podléhá S N 1, i když je primární Báze: obecně slabá (H 2 O, ROH, H 2 SO4) Odstupující skupina: X- nebo OSO 2 R, v kyselém prostředí může být i OH dobře odstupující skupinou Rozpouštědlo: polární protické!!!zvýšená TEPLOTA PODPORUJE ELIMINACI!!! 58

Souhrn substitučních a eliminačních reakcí Nukleofily (místo Na může být i Li nebo K, R = uhlíkatá skupina) Silné a bazické nukleofily: NaOH, NaOR, NaNH 2, NaNR 2, NaCCR Silné a nebazické nukleofily: NaSH, NaSR, NaCN, NaN 3, NaO 2 CR, NH 3, NR 3, X Slabé a nebazické nukleofily: H 2 O, ROH, RCO 2 H 59

Řešené příklady Vysvětlete závislost distribuce produktů eliminace na použité bázi! 60

Řešené příklady Ethanolát sodný jako stericky méně náročná báze poskytuje přednostně 2- methylbut-2-en, což je termodynamicky stabilnější produkt, reakce probíhá podle Zajcevova pravidla. Naopak objemné báze, jako například t-buok, odštěpují přednostně stericky méně bráněné atomy vodíku, což vede ke vzniku alkenu s menším počtem substituentů na atomech dvojné vazby, v tomto případě 2-methylbut-1-enu. 61

Řešené příklady Odhadněte, jakým mechanismem (S N 1 nebo S N 2, E 1 nebo E 2 ) bude reagovat 2- bromhexan za uvedených podmínek. Doplňte hlavní produkty reakcí! 62

Řešené příklady V přítomnosti alkoholátu, který je velice silnou zásadou a dobrým nukleofilem, začne převažovat bimolekulární mechanismus a naprostá většina produktu vznikne tímto mechanismem. Můžeme očekávat, že reakce s methanolátem sodným povede spíše k eliminaci a produkt substituce bude minoritním produktem. 63

Řešené příklady 2-Bromhexan může reagovat současně monomolekulárním i bimolekulárním mechanismem - odstoupením bromidového anionu vzniká relativně stabilní sekundární karbokation, současně také v molekule není velká sterická zábrana, která by bránila průběhu bimolekulární reakce. V přítomnosti slabé bazické a slabé nukleofilní látky, jakou je samotný methanol, bude produkt substituce i eliminace vznikat monomolekulárním mechanismem, protože rychlost konkurenčního bimolekulárního mechanismu bude snížena nízkou bazicitou a nukleofilitou alkoholu. 64

Řešené příklady Jakým mechanismem dochází k eliminaci? Nemůže se vytvořit stabilizovaný kation, tudíž E 1 je nemožný, je zde přítomna silná báze, která podporuje E 2 E 2 mechanismus 65

Řešené příklady Jakým mechanismem dochází k eliminaci? Vytváří se stabilní terciární karbokation (může dojít jak k E 1 tak E 2 ), ale není zde žádná silná báze E 1 mechanismus 66

Řešené příklady Syntéza dienu mechanismus? 67

Řešené příklady Eliminace E 2 tosylátu 68

Řešené příklady Eliminace E 1 alkoholu při tvorbě tamoxifenu 69

Řešené příklady Adice bromu 70

Řešené příklady Dihydroxylace 71

Halogenderiváty aromatických uhlovodíků 72

Vlastnosti vyšší stabilita, menší reaktivita ve srovnání s alifatickými uhlovodíky X X X X menší ochota k S E, orientace - o, p rozpouštědla, desinfekce, fungicidy, insekticidy, průmyslové intermediáty 73

Vlastnosti Cl CCl 3 O Cl Cl x O Cl y HCB Pesticid, fungicid Výroba pyrotechniky DDT dioxiny x(cl) PCB (Cl) y 74

Vlastnosti Řeka Hudson byla v letech 1947 až 1977 zamořena 590t PCB - 50% vyšší výskyt srdečního infarktu - 36% vyšší výskyt ischemické choroby srdce 75

Vlastnosti Chemické zbraně yperit NH 2 protein S Cl HN Cl S Cl Cl S protein 76

Vlastnosti Alkylační léčiva 77

Příprava I. Substituce elektrofilní viz aromatické sloučeniny 78

Příprava II. Substituce nukleofilní Balz-Schiemannova reakce 79

Sandmeyerova reakce Příprava III. Substituce radikálová Využití pro přípravu jinak těžko přístupných sloučenin 80

Reaktivita I. Substituce elektrofilní Viz aromatické sloučeniny X X X NO 2 NO 2 NO 2 81

Reaktivita II. Eliminačně-adiční reakce viz aromatické uhlovodíky 82

Reaktivita III. Substituce nukleofilní adičně-eliminační reakce 83

Reaktivita III. Substituce nukleofilní adičně-eliminační reakce Reakce usnadněna přítomností skupin s M efektem 84

Reaktivita IV. Reakce katalyzované kovem (coupling reactions) Ullmanova reakce 85

Sonogashira coupling Reaktivita IV. Reakce katalyzované kovem (coupling reactions) H C C R R-X Pd, L, Cu +, B R C C R HX R = Ar, alkenyl Heckova reakce R-X R Pd o B R R 86

Procvičování 1. Jak připravíte z benzenu 1,3-dichlorobenzen? 2. Co vznikne za produkty, pokud necháme reagovat chlorcyklohexan s diethylesterem kyseliny malonové za bazické katalýzy a vzniklý produkt následně okyselíme? 3. Jakou karboxylovou kyselinu získáme, pokud necháme reagovat butan-2-on s bromem v alkalickém prostředí? 4. Porovnejte reakční produkty při reakci kyanidových iontů s následujícími sloučeninami: Cl CN CN Cl 87

Procvičování 5. Seřaďte následující substráty podle stoupající dispozice k S N 1 reakci: H 3 C CH 3 Cl CH 3 CH 3 CH 3 Cl H 3 C CH 3 Cl H a. b. c. 6. Seřaďte následující substráty podle jejich klesající dispozice k S N2 reakci: a. fenylbromid, tert.butylbromid, neopentylbromid, isopropylbromid, ethylbromid, methylbromid b. Cl Cl a. b. c. d. Cl Cl 7. Proč aromatické uhlovodíky (např. benzen) nepodléhají klasické S N 1 či S N 2 reakci? 88

Procvičování 8. Které z uvedených reakcí budou probíhat: a) Br F KF KBr b) Cl KI I KCl c) OH HBr Br H 2 O d) OH HBr Br H 2 O e) OH NaOH NaCl Cl 89

9. Napište produkt reakce: a. buten + chlorovodík b. buten + brom c. buten + NBS + záření d. cyklohexylchlorid + octan sodný e. butanol + SOCl 2 f. butanol + bromid fosforitý g. toluen + chlor + chlorid hlinitý h. toluen + chlor + záření Procvičování 10. Napište hlavní produkt radikálové bromace pent-2-enu N-bromsukcinimidem. Které další produkty mohou vznikat jako minoritní? 11. Který z derivátů bude při S N 2 reakcích s OH - reagovat rychleji? a. methylbormid, methyljodid b. metylbromid, tertbutylbromid c. methyljodid v metanolu nebo dimethylsulfoxidu 90

Procvičování 12. Určete hlavní produkty následujících reakcí: a) b) NaNO 2 O Tos O Tos CN c) OH HBr d) H 3 C O CH 3 H 3 C CH 3 HCl 91

Procvičování 13. Navrhněte reakční schéma pro přípravu a. styrenu z benzenu a formaldehydu b. 2-methylnaftalen z cyklohexanu c. 1-chlorbutanu z 1-butenu d. 2-brombutanu z 1-brombutanu 14. Jaký derivát vznikne: a. dehydratací 2R,3S- diphenyl-pentan-2-olu? b. dehydratací 1,3-butan-diolu c. dehalogenací meso-2,3-dibrombutanu d. Diels-Alderovou reakcí 1,4-benzochinonu s cyklopentadienem 92