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REAZIONI CARBONILI - Coggle Diagram
REAZIONI CARBONILI
condensazione aldolica intermolecolare incrociata
le 4 specie
reagiscono
tra loro
per dare
4 aldoli
e 4 enoli
(non considerando stereoisomeri)
(sono isomerie
che hanno stessa
2 more items...
ancora più complessa
è la situazione
con substrati carbonilici
con 2 posizioni enolizabili:
si ottengono
al massimo
16 aldoli
e 16 enoni
E SONO
ALD1 + ENOL2 --> ALDOLO B -->ENONE F
ALD2 + ENOL2 -->ALDOLO C --->ENONE G
ALD1 + ENOL1 --> ALDOLO A -->ENONE E
ALD2 + ENOL 1 -->ALDOLO D -->ENONE H
pertanto,
in condizioni d'equilibrio,
la condensazione
aldolica intermolecolare
incrociata
è sinteticamente
utilizzabile
solo se si fanno
1 more item...
esaminiamo un caso
semplice:
condensano
tra 2 diversi aldeidi
(entrambe hanno
1 sola posizione
analizzabile)
l'equilibrio di
alfa-deprotonazione
iniziale determina
la presenza di 4 specie
in miscela:
2 aldeidi (ALD1 e ALD2) 2 enolati (enol1 e enol2)
H3C-CH=O + OH (ALD1)<-->H2C-CH=O + H2O (ENOL1)
(in ALD1 l'O Dell'OH è -)
(in ENOL1 il C dell'H2C è -)
CH3-CH2-CH=O + OH (ALD2) <-->H3C-CH-CH=O + H2O (ENOL2)
(in ALD2 l'O dell'OH è -)
(in ENOL2 il C dell'CH è -)
la condensazione
aldolica intermolecolare
dell'equilibrio
tra 2 diversi substrati
carbonilici
determina
una situazione
molto complessa
H3C-CH=O +OH (su O c'è il -) <---(H2O)-->H2C(c'è il -)-CH=O +H2O
(il H3C-CH=O (è enolizzabile) solo generatrice dell'enolato)
CH2=O + H2C-CH=O <-->O(-)-CH2-CH2-CH=O <--- (H2)---> OH-CH2-CH2-CH=OH + OH- <---(-H2O)--> CH2=CH-CH=O (propene (o acroleina))
CH2=O + OH(su O c'è -) --(H2O) -->nessuna reazione
(CH2=O (non enolizabile) solo accettore )
esempio
1) Ph-CH=O + H3C-CH2-CH=OH
il primo è non enolizzabile il secondo enolizzabile
2) da questo --- (OH(sull'O c'è il -) ---> Ph-CH-CH-CH=OH
(sui CH (centrale) c'è OH e il C* è asimmetrico)
tornando indietro (da 2 a 1) aggiungo H2O
ultima parte
(da 2 a 3)
<---- (-H2O) --> 3) Ph-CH=C-CH=O
sul C legato anche un CH3
(è E ;Z)
(nome composto preceduto da
(E= insieme, z=opposto
per evitare che
l'enolato
reagisca anche
con l'aldeide enolizabile,
si opera sperimentalmente
aggiungendo
goccia a goccia
piccole quantità
1 more item...
nota bene:
biologicamente,
la condensazione
aldolica incrociata
è una reazione
molto comune,
mediata però
da enzimi
meccanismo generale con nucleofili carichi (Nu-)
il C sp2
non è sufficientemente
elettrofilo
da essere attaccato
da nucleofili deboli
il nucleofilo
è molto basico (Nu-)
con qualsiasi tipo
di Nu,
la reazione
segue una
cinetica del 2° ordine:
v=Kcin [carbonilico] [Nu]
ciò indica
uno ST (stato transizione) bimolecolare
un delta G
del processo
è negativo
ed elevato
perchè
si formano
2 legami sigma
da un pi greco
la reazione
è irreversibile
la parte superiore (ST)
nello ST (stato transizione)
la carica negativa
si ripartisce
fra il Nu- e l'ossigeno
nel prodotto
(alcossido)
la carica negativa
intera
si situa
sull'ossigeno
la forza trainante
della reazione
di addizione nucleofila
al carbonio
è la capacità
dell'ossigeno
di stabilizzare
una carica negativa
2 more items...
nucleofili deboli all'azoto
ammine primarie
reagiscono con
i carbonili
dando luogo
ad un processo di
addizione-eliminazione
il cui risultato
è la sostituzione del C=O
con C=N
1 more item...
non è indispensabile
la catalisi acida
(N più nucleofilo di O)
per l'attivazione
del carbonile,
ma in ambiente acido
la reazione è più veloce
nucleofili neutri:
NH3
il pH ottimale è 4
perchè viene minimizzata
la reazione competitiva
di protonazione del Nu
(nucleofilo)
che porterebbe
all'inattivazione
reazione generale di formazione
delle immine
R=H, alchile, arile, OH
le immine
sono biologicamente importanti
per esempio sono
intermedie
nella biosintesi
degli alfa-amminoacidi
addizione al carbonile
nucleofili all'idrogeno:
riduzione dei carbonili
lo ione idruro (H-)
è la base coniugata
(in teoria fortissima)
"dell'acido" H2
(debolissimo)
è ovviamente
una specie riducente
nei processi chimici
il reagente
che fornisce
lo ione idruro
è NaBH4
(sodio boro idruro)
lo ione H-
rilasciato da NaBH4
non è molto basico,
ma è fortemente nucleofilo
-dalle aldeidi
si ottengono sempre
alcoli primari
applicazioni sintetiche addizione al carbonio
-dai chetoni si ottengono sempre alcoli secondari
emiacetalizzazione intramolecolare
questo fenomeno
è centrale
nella chimica dei carboidrati
in questo caso
non è necessaria
la catalisi acida
e le molecole
che contengono
sia un C=O che un OH,
a distanza di 4 o 5 atomi
di carbonio,
esistono in equilibrio
spontaneo
con la loro forma
1 more item...
la reazione
di emiacetalizzazione
è spesso intramolecolare
epimeri al C2 in equilibrio
tra loro
e con la forma aperta
alfa-D-fruttofuranoso
(una forma ad anello del fruttosio)
nucleofili cariche al carbonio
tutti i Nu (nucleofili)
al carbonio
danno addizione irreversibile
al carbonile
conducendo
alla formazione
di legame C-C
1 more item...
a) nucleofilo CN-:
il gruppo -CN
delle cianidrine
può essere:
idrogenato
cataliticamente
per dare 2-idrossiammine
(con H2/Pd)
saponificato
per dare 2-idrossiacidi
preparazione
di cianidrine
gli enolati,
se preparati in situ,
danno luogo
alla condensazione
aldolica
mentre se
generati a parte
ed addizionate
in seguito all'accettore
carbonilico
danno la normale
addizione al C=O
sono tutti
carboanioni (Nu (nucleofili) carichi)
dotati di
elevata nucleofilicità
accoppiata
ad elevata basicità
fra questi
ricordiamo
cianuro (pKa=9,3)
(pKa=25)
enolati (pKa=10-25)
i nucleofili
al Carbonio,
sono stati
parzialmente
già trattati
nelle reazioni
b) acetiluri: sintesi di alchinoli
gli acetiluri
R-C (triplo legame) C-
preparati
in una diversa
reazione,
si addizionano
irreversibilmente
1 more item...
una successiva
lavorazione acida
libera alcoli
contenenti
un triplo legame
adiacente al C
che reca l'ossidrile
1 more item...
meccanismi generali della acetalizzazione
ciò permette
di utilizzare
gli acetali come
gruppi protettori
del carbonile
pertanto,
l'equilibrio viene spostato
a destra
usando
l'alcol
come solvente
ripristinando
il carbonile
complessivamente
è un processo di
addizione-sostituzione
2) e 3)
2) addizione nucleofila al carbonio
(semiacetale (riquadro in foto)
avviene solo in
reazioni di ciclizzazione)
3) sostituzione nucleofila
la componente di eliminazione
non avviene perchè
in Nu(nucleofilo) (ROH)
1 more item...
1)
pre-equilibrio veloce di attivazione del carbonile
i parametri termodinamici
dell'equilibrio
di acetalizzazione sono:
delta H< (Min)0; deta S <(min) 0; delta G> (mag) 0
reazione globale
nota bene:
aspetti stereochimici
non sono considerati
in quanto
non si genera C*
(C asimmetrico)
meccanismo generale con nucleofili neutri
b) addizione lenta
e ciò comporta
un'ulteriore evoluzione,
che dopo prototropia
porta
e eliminazione
di H2O,
porta ad
un carbonatine
1 more item...
nel prodotto
di addizione
il carbonio
che ha subito
l'addizione
reca un gruppo NuH
carico positivamente
e un gruppo OH
a) pre-equilibrio veloce
catalisi acida
( reazione acido-base)
i nucleofili neutri
utilizzati
(es. NH3,RNH2, ROH)
recano sempre
1 o 2 H legati
all'atomo nucleofilo
e vengono
schematizzati come NüH
il meccanismo prevede
3 step
ed è reversibile
i NuH sono
poco basici
e non hanno
la forza di attaccare
la carica delta +
frazionaria
presente sul C
carbonilico
1 more item...
c) eliminazione lenta di H2O
per dare un carbocatione
si forma
un carbocatione
all'ossigeno
o all'azoto,
a seconda del Nu
(nucleofilo)
l'evoluzione
finale
verso la sostituzione
o l'eliminazione dipende
dalla basicità di NuH
il carbocatione
può evolvere
via sostituzione
o l'eliminazione
la condensazione aldolica
3° stadio:
protonazione dell'alcossido
a carico del solvente
(formazione dell'aldolo)
equilibrio è fortemente
spostato
a destra
1 more item...
dalla reazione ho aldolo
e passo dalla molecola + ROH --< aldolo + RO-
(RO- ( si rigenera il catalizzatore)
2° stadio:
addizione dell'enolato all'accettore
accettore (substrato residuo (97%)) + enolato (3%) --->alcossido dell'aldolo
l'enolato
viene continuamente
sottratto
all'equilibrio
dello stadio 1:
se ne forma altro
per ripristinare
1 more item...
4° stadio:
eliminazione (disidratazione)
con formazione
degli enoli
(non può avvenire
se non è presente
alfa-H nell'aldolo)
nota:
l'eliminazione
(disidratazione)
avviene con
meccanismo E1cb
perchè si forma prima
il carbanione stabilizzato
1 more item...
e poi esce
1 more item...
dal punto
di vista termodinamico
la forza trainate
la reazione
è il fatto che
gli enoni
che si formano
1 more item...
1° stadio:
generazione dell'enolato
pKeq=20-7=3 --> Keq=10 alla-3 -->X(quadro)/(1-x)(quadro=10 alla-3 -->
(enolato)= X=0,03M
substrato=1-x=0,97M
(M=molare)
all'equilibrio
si è formato
solo in 3% di enolato
(Nu(nucleofili) al C)
è rimasto il 97%
di substrato
non deprotonato
(accettore elettrofilo)
da notare:
la base RO- (R=H, alchini)
si una in
quantità catalitica
l'enone
si forma solo
se nel substrato
sono presenti 2 alfa-H
la reazione è d'equilibrio,
il meccanismo
comporta
una sequenza
di addizione/eliminazione
al C=O in 4 stadi
reazione generale
da eldolato o 3-idrossicarbonilico, o beta-idrossicarbonilico
levo H2O
ho enone o carbonilico-alfa,beta-insatura
meccanismo generale di formazione delle immine
e comunque
un processo di
addizione-eliminazione0 sostituzione
nota bene:
aspetti stereochimici
non sono considerati
in quanto non
si generano C* (C asimmetrici)
2) addizione nucleofila al carbonio
(aminale (non isolabile) (riquadro in foto) )
1) pre-equilibrio veloce di attivazione del carbonile
3) eliminazione
la sostituzione è assente
perchè in Nu(nucleofilo) (RNH2)
è basico
ed estrae facilmente
il protone all'azoto
simile all'acetalizzazione
ma il 2° stadio
consiste
in una eliminazione
(ultimo riquadro a sinistra) immina
nota bene:
per la formazione
di immine è necessaria
la presenza di
2 protoni all'azoto
acetalizzazione del carbonile
gli 1,3-dioli danno 1,3-diossani)
gli 1,2-dioli
forniscono 1,3-diossolani,
invece di 2 moli di alcool,
si può utilizzare
1 mole di 1,2-diolo
o di un 1,3-diolo (glicoli):
il delta S diviene circa 0
e il delta G circa 0
(l'equilibrio
si sposta a destra)
esempi:
1) 1,1-dietossièpropano, 2) 1,1-dimetossiciclesano, 3) 2,2-di-i.propossibutano
l'addizione nucleofila al carbonile
-C(doppio legame O) e singolo legame + Nu-
(sul carbonio ho delta - e O delta +)
--> -C-Nu (sul carbonio sopra legato O-)(sotto singolo legame)
--(lavorazione acida della miscela di reazinoe) H+ -->
-C-Nu (al C legato sopra da OH e sotto singolo legame)
caratteristiche della relazione
l'andamento
è diverso
a seconda del tipo
di Nu (nucleofolo9
nucleofili
carichi
e basici (Nu-)
addizionano direttamente
al carbonile
e la reazione
è irreversibile
nota:
i gruppi RO-,
e gli enolati
partecipano
alle reazioni
di condensazione aldolica
le ammidi
NH2- e NHR-
sono troppo basiche
e danno solo
reazione acido-base
formazione delle immine
sintesi di ammine per riduzione di immine
l'idrogeno catalitico
(o enzimatico)
del doppio legame C=N
delle immine fornisce
ammine primarie o secondarie
la reazione
si esegue
in un unico passaggio
il secondo stadio
irreversibile
sposto a destra
il primo equilibrio
esempi:
immine cicliche
nei composti
4-amino-carbonilici
e 5-ammino-carbonilici
la formazione
di immine
avviene intramolecolarmente
anche senza catalisi:
pertanto la sequenza
di reazioni:
(carbonilico --R-NH2--> immina -- H2/Pd(palladio)-->ammina
costituisce
una via sintetica
(anche in vivo)
per la preparazione
di ammine
l'addizione nucleofila con nucleofili deboli
nucleofili neutri
e poco basici (Nü)
addizionano al carbonile
solo con
l'aiuto di catalisi acida,
la reazione è reversibile
e non termina
con l'addizione,
ma prosegue
1 more item...
-C (doppio legame O) e legame singolo +Nü <---H+-->C (4 legami)(sopra OH, lato destro Nu+ <--> prodotti di sostituzione o eliminazione
(prima parte) C do delta +, O ho Delta-
nucleofili all'ossigeno carichi
R-O-; OH
carichi
e molto basici:
(pKa:15,7-19)
(elementi con ph sopra 7)
la basicità
è dello stesso
ordine di grnadezza
dell'acidità in alfa
al carbonile:
competono 2 processi
addizione (lenta):
il prodotto
non viene "consumato"
da ulteriori reazioni
l'equilibrio
va avanti
e indietro
estrazione di alfa-H
con formazione di
un enolato (veloce)
che viene "consumato"
da una successiva reazione
(condensazione aldolica)
l'equilibrio
si sposta
continuamente in avanti
in conclusione,
l'unico processo
che porta
ad un prodotto
è l'estrazione degli alfa-H
con formazione
di enolato
e loro evoluzinope
verso la
1 more item...
nucleofili all'azoto carichi
carichi e molto bsici
(pKa=35-36)
addizione lenta,
molto lenta
se R3 e R4
sono ingombranti
formazione di
un enolato veloce
e quantitativa
(l'equilibrio è
completamente
spostato a destra)
nota bene:
data l'enorme differenza
di pKa
tra protone
alfa-carbonilico
e il Nu-(nucleofili)
l'unico processo attovo
è la deprotonazione
questo fenomeno
consente
la generazione quantitativa
di enolato
ed è fondamentale
per la condensazione
aldolica incrociata
emiacetali e acetali
nota bene: gruppi fantasma
la funzione acetalica
(e semiacetalica)
è caratterizzata
da 2 ossiggeni sp3
legati ad un unco C sp3
negli eteri
c'è 1 solo ossigeno
quindi, il C
acetalico
è più ossidato
di quello degli eteri
aldolica intermolecolare semplice
b) applicazione ai chetoni
con 1 solo alfa-H
(possono dare
1 solo enolato)
(all'inizio)
Ph(fosfina) non ha
idrogeno estraibile
c) applicazione
ai chetoni con
2 posizioni enolizzabili
(2 diversi enolati)
non considerando
i possibili
stereoisomeri,
danno luogo
a 2 diversi aldoli
e 2 diversi enoni
non considerando
i possibili
stereoisomeri,
si ottengono
2 diversi aldoli
e 2 diversi enoni
in conclusione:
in condizioni biologiche
si ottiene
un unico prodotto
selettivamente
grazie alla
catalisi enzimatica
negli altri casi
si ottengono
miscele
di aldoli e/o enoni
la condensazione aldolica
in condizioni
di equilibrio
ha applicazione sintetica
solo per le aldeidi
ed i chetoni
con 1 sola
1 more item...
a) applicazione alle aldeidi
(1 solo alfa-H
e possono dare
1 solo enolato)
(riquadro destra)
2 carboni asimmetrici
4 stereoisomerie
(sono isomerie
che hanno stessa
connettività
ovvero atomi
sono legati tra loro
nello stesso modo
ma differiscono
per disposizione spaziale)
la condensazione aldolica intramolecolare
se all'interno
della stessa molecola
sono presenti
2 gruppi carbonilici
a distanza opportuna,
i possibili enolati
preferiscono attaccare
i vari gruppi carbonilici
1 more item...
si formano così
aldoli
ed enoni
ciclici
a 5 o 6 termini
si formano un ciclo a 3:
questo enolato
non evolve
la ciclizzazione
è possibile,
ma l'aldolo non può
evolvere ad enone:
equilibri spostati
a sinistra
la ciclizzazione
è possibile
e l'aldolo evolve
ad enone:
equilibrio spostato
a destra,
prodotto principale (80%)
riduzione biologiche di carbonili
nei processi biochimici
le principali sorgenti
di ioni H-
sono 2 coenzimi
e sono:
a) NADH
(forma ridotta
del NAD+
o nicotinammide -adenina
dinucleotide)
b) FADH
(forma ridotta
del FAD
o flavina-adenina
dinucleotide)
nucleofili deboli all'ossigeno
idratazione con
H2O--> reazione improduttiva
il NuH(H2O)
è debole,
necessita
catalisi acida,
reazione reversibile
avviene addizione
e poi deprotonazinoe
dell'acido forte
formato
l'equilibrio
è leggermente spostato
a destra
solo in soluzione
acquosa
se si allontana
l'H2O per isolare
il diolo geminale,
l'equilibrio
si sposta
a sinistra
e si riottiene
il composto carbonilico:
1 more item...
semiacetali e acetali
la formazione
necessita di catalisi acida
ed è completamente reversibile
anche in questa cosa
l primo equilibrio
equivale
all'addizione
acido-catalizzata
di un alcool
ad un doppio legame C=O
1 more item...
reazione dei composti carbonilici: quadro generale
2) i protoni
alfa-carbonilici
sono acidi
(pKa=20)
ed estraibili
da una base
di forza opportuna
con formazione
1 more item...
gli enolati
si addizionano
al carbonile
come al punto 1
portando
a prodotti di
condensazione aldolica
è reazione
biologicamente importante
1) il carbonio
carbonilico
è elettrofilo
e reca un doppio
legame:
subisce attacco
dai Nu
(addizione nucleofila
al doppio legame
1 more item...
reazione base
dei carbonili
-C(un legame sopra, e uno con h sotto)-C(doppio legame con O e un singolo) <--> -C (un legame sopra, e uno con H sotto)-C+(e legame con O- e un legame singolo)
--Nu-A+ -->-C(legame singolo sopra, e legame con h sotto)-C(legato sopra da O-A, sotto da Nu) poi il C ha altro legame
gli enolati e la condensazione aldolica
la condensazione aldolica
è una reazione
di fondamentale importanza
biologica che
consente
di alchilare
un composto carbonilico
(accettore)
1 more item...
la condensazione può essere:
b) intermolecolare incrociata:
l'enolato
e l'accettore
derivano
da composti carbonilici
diversi
c) intramolecolare:
l'enolato
e l'accettore
sono entrambi
presenti
all'interno
della stessa molecola
a) intermolecolare semplice:
l'enolato
e l'accettore
derivano
dallo stesso composto
carbonilico
