OCH/OC2 Dusíkaté deriváty 1
2
1. Nitrosloučeniny 3
Vlastnosti silný I a M efekt vysoká polarizace vazeb N=O a C-N Silně polární látky => vysoké body varu t.v. = 101 o C t.v. = -16 o C malá rozpustnost ve vodě, dobrá v organických rozpouštědlech zápach hořkomandlový bezbarvé nebo nažloutlé kapaliny aromatické deriváty - toxické 4
Vlastnosti α vodíky kyselé (pk a ~ 9-10) vlivem kladně nabitého atomu dusíku dochází k uvolnění vazeb vodíku k uhlíku v poloze - tento vodík se štěpí jako proton, čímž dochází ke vzniku tautomerní formy nitrolátky, která pak vykazuje slabě kyselé vlastnosti (rozpouští se v roztoku NaOH) analogie enolátů 5
Zástupci CH 3 O N N O 2 N N F N H NO 2 Rohypnol Azomycin (sexuálně přenosné infekce) Cl NH Cl NO 2 Pyrrolnitrin (fungicid) TNT 6
Příprava 1. S E - nitrace činidla: HNO 3, C(NO 2 ) 4, N 2 O 5, NO 2 X S E u aromatických sloučenin viz aromáty S E u alifatických sloučenin Příklady: 7
Příprava 2. S N viz halogenderiváty Alifatické nitrolátky se snadno připraví reakcí alkyl halogenidů s dusitanem stříbrným v DMF. 8
Příprava 3. S r alifatické uhlovodíky - viz alkany aromatické uhlovodíky - Sandmeyerova reakce 9
Příprava 4. Adice Y NO 2 NO 2 Y Y = Cl, O 2 N-O-, HO - 10
Příprava 5. Oxidace 11
Reaktivita 1. Redukce průběh redukce závisí jednak na ph roztoku, jednak na způsobu provedení katalytická redukce R NO 2 3H 2 kat. R NH2 H 2 O redukce kovy kyselé prostředí (Fe, Zn, Al, H 3 O +, CH 3 COOH) R NO 2 R NH 2 neutrální prostředí (Zn/NH 4+, Al/Hg + ) R NO 2 R NH OH alkalické prostředí (Zn/OH -, Al/OH - ) R NO 2 R NH NH R 12
Reaktivita O R N O 2H 2 O 2OH H 2 O H 2 O OH 2H 3 O 2H 2 O O R N O 2e H H M M 2+ H 2 O R N O R N O 2e M M 2+ H 3 O H 2 O R N OH H 3 O H 2 O H 2 O OH R NH OH H 3 O R NH 2 H 2 O H 3 O R N H R N 2e H H 2 O H 2 O H R NH O H R NH OH H R N O R N OH R N O R N R N OH OH M M 2+ R N R N H O H R N O -H 2 O R N O 13
2. Nitrososloučeniny 14
Vlastnosti N-nitroso-N-methylmočovina (silný karcinogen, mutagen, terratogen) zbarvení zelené modré, rozpustné v organických rozpouštědlech toxické a karcinogenní látky nestálé sloučeniny => dimerizace, isomerizace R R N N O O R O 2 R N O N N O R Z-isomer E-isomer 15
Vlastnosti nestále sloučeniny, tautomerizace R H 2 C N O R C N OH aldoxim H R R CH N O R R C N OH ketoxim HO N O O N OH H OH R N N O N N R 16
Příprava nitrosylového kationtu z dusitanu Příprava z funkčních derivátů kyseliny dusité 17
Nitrosace na uhlíkovém atomu Kyselá - aromatické systémy Příprava! nutná aktivace 18
Nitrosace na uhlíkovém atomu Kyselá - alifatické systémy Příprava 19
Nitrosace na uhlíkovém atomu Bazická Příprava 20
Nitrosace na dusíkovém atomu Primární aminy Příprava 21
Nitrosace na dusíkovém atomu Sekundární aminy Příprava Terciární aminy R 1 N R 2 NO R 1 R 2 N R R 3 3 N O 22
Reaktivita Redukce R N O 2H 2e R H N OH 2H 2e R NH 2 H 2 O Oxidace R N O H 2 O - 2H - 2e O R N O 23
Reakce s Grignardovými činidly Reaktivita 24
3. Aminosloučeniny 25
~ deriváty amoniaku atom dusíku s volným el. párem = bazické a nukleofilní vlastnosti intermolekulární vodíkové vazby => vyšší teploty varu než alkany s podobnou Mr 26
Vlastnosti Volný elektronový pár osciluje z jedné strany na druhou a v důsledku toho se zbývající vazby také překlápějí. Jeden enantiomer rychle přechází v druhý a opačně (tzv. Waldenův zvrat). Velká rychlost překlápění (103-1010 s-1) způsobuje, že dosavadní technikou nelze izolovat optické izomery. 27
Vlastnosti rozpustné v organických rozpouštědlech, nižší i ve vodě kvartérní amoniové soli rozpustné ve vodě, ne v aprotických rozpouštědlech silný zápach Kadaverin (lat. cadaver = mrtvola) 28
Vlastnosti Bazicita NH 2 NH 2 H N NO 2 pkb = 9,42 pkb = 13,21 pkb = 13,00 Slabší báze nižší pk a amoniového iontu Silnější báze vyšší pk a amoniového iontu 29
Vlastnosti Bazicita Alifatické aminy: bazičtější než amoniak bazicita roste v řadě terciární < primární < sekundární Aromatické aminy: méně bazické než amoniak (vliv konjugace aromatického jádra) Ve srovnání s alkylaminy jsou aromatické aminy mnohem méně zásadité. Například anilin je 106x méně zásaditý než cyklohexylamin. Amidy jsou ve srovnání s aminy velmi slabě bazické. McMurry, Organická chemie, str. 899 30
Vlastnosti Reakce aminů se silnými kyselinami Reakcí silných kyselin s aminy vznikají alkylamoniové soli. Tvorba amonných solí se s výhodou používá na dělení a čištění aminů od neutrálních nebo látek nerozpustných v kyselém prostředí. 31
Vlastnosti Kyselost aminů V přítomnosti silných bází mohou primární a sekundární aminy vystupovat jako slabé kyseliny a být deprotonovány na amidy. 32
Vlastnosti dusík netvoří sloučeniny, které by měly na jednom uhlíku vázány dvě primární aminoskupiny, tyto útvary se stabilizují odštěpením amoniaku R NH 2 CH NH 2 R C H NH + NH 3 aldimin R NH 2 C R NH 2 R C NH R + NH 3 ketimin výjimka močovina, guanidin 33
Zástupci heroin morfin nikotin kokain 34
Příprava 1. Redukce redukcí nitrilů nebo amidů působením LiAlH 4 35
Příprava 1. Redukce redukce nitrolátek 36
Příprava 1. Redukce redukce azidů 37
Příprava 1. Redukce 38
Příprava 2. Substituce nukleofilní v alifatické řadě 39
Příprava 3. Gabrielova syntéza 40
Příprava 4. Hydroxyethylace aminů 41
Příprava 5. Substituce nukleofilní v aromatické řadě reakce halogenderivátů viz halogenderiváty Buchererova reakce viz hydroxysloučeniny 42
Příprava 6. Adice nukleofilní 43
Příprava 7. Reduktivní aminace 44
Příprava 7. Reduktivní aminace 45
Reaktivita 1. Substituce nukleofilní - viz halogenderiváty - viz příprava 2. Hofmannova eliminace 46
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N) R = OH R = NH 2 R = alkyl, Ar hydroxylamin oximy hydrazin hydrazony primární amin Schiffovy báze 47
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N) Příklady: 48
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N) 49
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N) Příklad: 50
Reaktivita Příprava nitrilů aminokyselin 51
Reaktivita Mannichova reakce 52
Reaktivita Reakce s nitrily kyselin amidiny 53
Reaktivita viz nitrososloučeniny Diazotace + Sandmayerovy reakce 54
4. Diazoniové soli 55
Vlastnosti Stabilita je-li diazoniová skupina v konjugaci se skupinou s +M efektem, je snížen její elektrofilní charakter a zvýšena stabilita N 2 N 2 N 2 H 3 C N N NO 2 NH 2 porovnej 56
Příprava 1. Diazotace Ar NH 2 NO 2 H 3 O Ar N 2 H 2 O - mechanismus viz nitrosace NH 2 NH 2 NO 2 H 3 O N 2 N 2 NH 2 NH 2 NO 2 H 3 O N N H N 57
Příprava 2. Oxidace arylhydrazinů Ar H N NH 2 H 2 HgO Ar N N 2Hg 2H 2 O 3. Oxidace některých azosoučenin Ar N N OH CrO 3 H 2 O O O Ar N N 58
Reaktivita 1. S E kopulace s aromáty O Ar N N Ar N N OH methylčerveň methyloranž 59
Reaktivita 1. S E kopulace s aromáty NH 2 Ar N N Ar N N H N 1-aryl-3-fenyltriazeny NH 2 H 2 N Ar N N Ar N N NH 2 NH 2
Reaktivita Substituenty, které přitahují elektrony v poloze ortho nebo para diazoniového iontu, zmenšují hustotu elektronů diazoskupiny a zvyšují tak její reaktivitu. Porovnej reaktivitu 61
Reaktivita 1. S E kopulace s C-kyselinami Ar N N CN H 2 C CN Ar H N N CN CN O C Ar N N H 2 C C O OCH 3 OCH 3 Ar H N N COOCH 3 COOCH 3 62
Reaktivita 2. S N 3. S R 63
Reaktivita 4. redukce siřičitanem sodným na arylhydraziny 64
5. Diazosloučeniny 65
Vlastnosti plynné kapalné pevné rozpustné v organických rozpouštědlech stabilní jen za nízkých teplot za vyšších teplot explozivní z alifatických sloučenin je nejdůležitější diazomethan žlutý, jedovatý plyn rozpustný v diethyletheru sklon k explosivním rozkladům použití methylace 66
Příprava 67
Reaktivita 68
Reaktivita Reakce s karboxylovými kyselinami (příprava methylesterů) 69
Reaktivita Reakce s karbonylovými sloučeninami Cyklické ketony => rozšíření kruhu 70
Reaktivita Příprava karbénů 71
Reaktivita 72
Sloučeniny síry 73
Rozdělení X H thioly, thiofenoly - - R thioethery Dialkylsulfoxidy Dialkylsulfony OH sulfenové kyseliny sulfinové kyseliny sulfonové kyseliny Cl Sulfenylchloridy Sulfinylchloridy Sulfonylchloridy OR estery sulfenových kyselin estery sulfinových kyselin (sulfináty) estery sulfonových kyselin (sulfonáty) NH 2 sulfenamidy sulfinamidy sulfonamidy 74
Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - S N R-X + HS -X R-SH R-X + R 1 -S -X R-S-R 1 75
Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - S N 76
Thioly a thiofenoly, thioethery Reaktivita R-S-R 1 ox. R S R 1 O ox. R O S R 1 O C H 3 S CH 3 O Dimethylsulfoxid DMSO sulfoxidy sulfony univerzální rozpouštědlo 77
Thioly a thiofenoly, thioethery Zástupci ClCH 2 CH 2 ClCH 2 CH 2 S S S O Yperit Allicin přírodní antibiotikum obsažen v česneku O HS NH 2 OH L-cystein přirozená aminokyselina H 3 C SH O N H O OH Tiopronin antidotum při otravě těžkými kovy
Sulfonové kyseliny Příprava 1. Oxidace thiolů R-SH H 2 O 2 R-SO 3 H 2. S R R-H + SO 2 + Cl 2 uv R-SO 2 Cl O H 2 -HCl R-SO 3 H 3. S E Ar-H H 2 SO 4 (SO 3 ) Ar-SO 3 H 79
Sulfonové kyseliny Příprava 80
Sulfonové kyseliny Reaktivita SO 2 -OH PCl 5 SO 2 -Cl NH 3 SO 2 -NH 2 -HCl -HCl benzensulfamid N H 2 SO 2 N H R léčiva - Sulfonamidy látky s baktericidními účinky N R= S Sulfathiazol 81
Příklady 1. Určete, která z uvedených dvojic látek je bazičtější: a. ethylamin a amid kyseliny octové b. pyridin a 4-nitropyridin c. ethylamin a triethylamin d. glycin a alanin 2. Nakreslete produkty reakce následujících sloučenin s dusitanem za přítomnosti zředěné H 2 SO 4 a. anilin b. N-ethylanilin c. N,N-dimethylanilin d. Trimethylfenylamoniová sůl 3. Jak připravíte: a. anilin z nitrobenzenu b. nitrobenzen z anilinu c. N-fenylhydroxylamin z nitrobenzenu d. N,N - difenylhydrazin z benzenu 82
Příklady 4. V jakém prostředí proběhne následující reakce, odůvodněte návrhem mechanismu. H 3 C O CH 3 HN H 3 C H 3 C CH 3 H 3 C CH 3 N CH 3 N CH 3 CH 3 5. Navrhněte jednostupňovou syntézu: a. diethyl-[(1h-indol-3-yl)-fenyl-methyl]-aminu reakcí třech výchozích sloučenin, z nichž jedna je benzaldehyd. b. N,N-dimethylaminoethanolu reakcí dvou výchozích sloučenin c. 1-buten zahříváním jediné výchozí dusíkaté sloučeniny d. cyklohexyl-cyklohexylidene-aminu ze dvou reakčních komponent 83
Příklady 6. Nakreslete strukturní vzorce sloučenin s daným sumárním vzorcem: Br NH 2 báze N 2 H 4 C 3 H 6 O + C 8 H 5 NO 2 C 15 H 11 NO 2 C 10 H 13 N + H H 2 O NaBH 4 H N 7. Jak bude reagovat benzaldehyd s: a. diethylesterem kyseliny malonové za katalýzy ethanolátem sodným b. acetanhydridem za katalýzy octanem sodným a vodou c. 50% molárním množstvím hydrazinu za kyselé katalýzy d. acetylchloridem za katalýzy chloridem hlinitým 8. Navrhněte přípravu 3-chlorethylbenzenu z benzenu. 84
Příklady 9. Která z uvedených sloučenin může tvořit geometrické izomery: a. 2-methyl-but-2-en b. penta-1,3-dien c. 3-methyl-penta-1,3-dien d. 2,2'-Dimethyl-bicyclohexyliden 10. Nakreslete strukturní vzorce opticky aktivních isomerů odvozených od sloučeniny se sumárním vzorcem C 7 H 16. 11. Nakreslete strukturní vzorec produktu, který by vznikl Diels-Alderovou reakcí cyklopentadienu a cyklopentenu. 85