7 Reaktionen von Carbonylverbindungen

Übung zur Vorlesung Organische Chemie II – Reaktivität (Dr. St. Kirsch, Dr. A. Bauer)
Wintersemester 2008/09
7 Reaktionen von Carbonylverbindungen
7.1 Ketone/Aldehyde und Heteroatomnucleophile
7.1-70
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele!
a)
O2N
CHO
OH
HO
[pTsOH]
(PhMe)
110 °C
Zusatzfrage: i) Was bedeutet die Abkürzung pTsOH?
ii) Welche Rolle spielt das Lösungsmittel Toluol?
iii) Weshalb verwendet man ein Diol? Alternativ ist auch die Verwendung von
Methanol denkbar. Formulieren Sie die Reaktion mit Methanol und Erklären
Sie den Vorteil der oben gezeigten Reaktion!
b)
O
OH
HO
OH
OH OH
70%
30%
jeweils 2 Anomere
c)
O
O
1 Äquiv. Morpholin
[AcOH]
(PhMe)
110 °C
O2N
d)
NO2
O
N
H
NH2
[H2SO4]
(MeOH)
e)
HS
O
SH
[pTsOH]
(CH2Cl2)
20 °C
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7.2 Carbonsäurederivate und Heteroatomnucleophile
7.2-71
Geben Sie für die folgenden aktivierten Carbonsäurederivate jeweils mindestens eine
Synthesemöglichkeit ausgehend von der korrespondierenden Carbonsäure an! Formulieren Sie
jeweils einen detaillierten Mechanismus.
a)
b)
O
c)
O
Cl
O
O
O
O
O
H
7.2-72
Formulieren Sie einen detaillierten Mechanismus für die Umsetzung von L,L-(+)-Weinsäure zu
L,L-(+)-Diethyltartrat mit Ethanol und einer Protonenquelle (H+) in Chloroform. Welche Rolle spielt
das Lösungsmittel Chloroform? Welchen Unterschied müssen Sie im Vergleich zu Toluol (siehe
7.1-70) beachten?
7.2-73
a) Erklären Sie anhand eines detaillierten Mechanismus, weshalb bei der Reaktion von
Carbonsäurechloriden zu Estern oder Amiden 4-N,N-Dimethylaminopyridin als Katalysator
zugesetzt wird!
b) Formulieren Sie einen Mechanismus, der die katalytische Wirkung von Schwefelsäure bei der
Acetylierung von Salicylsäure mit Essigsäureanhydrid erklärt!
c) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsbeispiele!
i)
O
HO
ii)
OH
O
O
O
[H2SO4]
(1,4-Dioxan)
[H2SO4]
(MeOH)
iii)
Cl
N
iv)
NH2
1. HCl(g)
2. EtOH
3. H2O
(1,4-Dioxan)
Ac2O
(H2O)
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7.2-74
Formulieren Sie sowohl die saure als auch die basische Hydrolyse von Essigsäureethylester zu
Essigsäure und Ethanol! Erklären Sie, weshalb eine der beiden Reaktionen eine reversible, die
andere jedoch eine irreversible Reaktion darstellt!
Weshalb ist die Hydrolyse von Amiden sowohl im Sauren, als auch im Basischen irreversibel?
7.2-75
Betrachten Sie die folgende "Peptidkupplung":
O
O
OH
NHBoc
O
NH2
O
DCC
O
(CH2Cl2)
NHBoc
N
H
O
a) Für was steht die Abkürzung "DCC" (Name, Strukturformel)?
b) Formulieren Sie einen detaillierten Mechanismus für diese Umsetzung!
Die oben gezeigte Kupplung wurde "in Lösung" durchgeführt. Eine Alternative stellt die
"Festphasensynthese" dar. Bei der Merrifield-Synthese verwendet man "Boc" als temporäre
Schutzgruppe
O
symbolisiert die Festphase
OH
NHBoc
DCC
(Überschuss)
O
O
NH2
O
O
H
N
(CH2Cl2)
NHBoc
O
c) Für was steht die Abkürzung "Boc"? Formulieren Sie den Mechanismus für die saure Hydrolyse
dieser Schutzgruppe!
d) Welchen Vorteil hat das Verfahren der Festphasensynthese? Wieso setzt man einen
Überschuss der zu kuppelnden Aminosäure ein?
7.3 Reduktion von Carbonylverbindungen und Heteroanaloga
7.3-76
Welche Produkte erwarten Sie bei den folgenden Reaktionsbeispielen?
a)
b)
O
NtBu
CN
i
( PrOH)
O
c)
NaBH4
(THF)
d)
O
O
NBoc
LiAlH4
LiAlH4
(Et2O)
Cl3C
O
Al(OiPr)3
(iPrOH)
beim Destillieren
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7.3-77
Ergänzen Sie in dem folgenden Schema Synthesemöglichkeiten für Aldehyde!
NaOCl
O
N
H
NEt3
(CH2Cl2)
O
R
]
O
1 Äquiv.
DIBAL-H
O
Cl
R
H
R
OH
O
(PhMe), -78 °C
DMSO
2 Äquiv.
DIBAL-H
O
R
H2
[
(THF)
LiAlH4
(Et2O)
A
O
LiAlH4
R
O
MeOH
NEt3
(THF)
LiHAl(OtBu)3
O
B
(CH2Cl2)
O
O
-78 °C
Hinweise: i) Nicht alle gefragten Stufen sind Reduktionen.
ii) LiHAl(OtBu)3 ist ein vergleichsweise wenig reaktiver Hydriddonor.
Zusatzfragen: i) Geben Sie die Strukturformel für DIBAL-H an!
ii) Geben Sie einen Trivialnamen für Verbindungen des Typs A an!
Geben Sie das bei tiefen Temperaturen stabile Intermediat an und zeigen Sie, weshalb
diese Reduktion den Aldehyd und nicht den Alkohol liefert!
iii) Wie bezeichnet man Reaktionen des Typs B (Namensreaktion!)
7.3-78
Ergänzen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele! Formulieren Sie zunächst die Reaktion der Amine
mit den entsprechenden Aldehyden! Machen Sie anhand des Intermediats einer Reaktion Ihrer
Wahl deutlich, warum bei diesen Reaktionen nicht die entsprechenden Alkohole erhalten werden!
NH2
H2CO
(HCOOH)
O
Et2NH
(HCOOH)
a)
b)
O
c)
O
(AcOH)
ArO
d)
O
O
H2N
1. MeNH2
2. NaCNBH3
O
NaCNBH3
(AcOH)
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7.4 Reaktionen mit Organometallverbindungen
7.4-79
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele!
a)
OH
MgBr
b)
(Et2O)
Li
O
OH
2
(Et2O)
NBoc
Namensreaktion:
c)
OH
O
(Et2O)
d)
O
HN
O
Bu
O
e)
O
O
(Et2O)
HO
Namensreaktion:
f)
OH
MgCl
O
(Et2O)
7.4-80
Geben Sie zwei mögliche Edukte für die folgende Synthese eines Ketons an!
O
od.
BrMg
(THF)
Geben Sie alternativ dazu eine Möglichkeit an, um das Keton aus dem Säurechlorid der
Cyclohexancarbonsäure herzustellen!
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7.4-81
Zur Vervollständigung der Reaktion von Ethylmagnesiumbromid mit Diethylcarbonat werden
insgesamt drei Äquivalente Grignardverbindung verbraucht. Erklären Sie diesen Befund mit Hilfe
eines detaillierten Mechanismus!
7.5 Addition an Aldehyde und Ketone
7.5-82
Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach Ihrer C-H-Acidität!
O
O
Ar
R'
O
O
R
O
H
R'
R
H
O
R
NO2
O
R'
N
R
H
R
H
O
N
R
H
H
H
N
H
H
O
R
R'
H
O2N
O
O
R'
H
R
NO2
H
R
O
O
O
R'
H
7.5-83
Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht bei den folgenden Deprotonierungen? Ergänzen Sie das
Anion in einer "sinnvollen" Schreibweise (welche mesomere Grenzformulierung trifft am ehesten
zu?)! Geben Sie für die Basen LDA und LHMDS die Strukturformel an!
O
O
R
O
R'
+ NaH
H
H
R
O2N
NO2
+ K2CO3
+ KOH
H
O
R
O
R'
+ LDA
H
O
R
H
H
+ LHMDS
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7.5-84
Ergänzen Sie die folgenden Reaktionen!
a)
O
NH4OAc
O
O
(Nitroethan)
Namensreaktion:
b)
S
O
NH2 Cl
CH2O
(EtOH)
Namensreaktion:
c)
NC
COOMe + CH2O
[Piperidin]
Namensreaktion:
d)
NaOH
O
(H2O)
Bezeichnung/Namensreaktion:
e)
O
KCN
NH4Cl
1. HClkonz.
2. H2O
(NH3(aq.))
(MeOH)
Namensreaktionen:
f)
O
KHMDS
(THF)
Namensreaktion:
g)
2
O
Me2CO
HCl
(H2O)
Bezeichnung/Namensreaktion:
O
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7.6 Carbonylolefinierungen
7.6-85
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele! Beachten Sie dabei die
Doppelbindungsgeometrie und erklären Sie jeweils stichpunktartig, weshalb Sie eine Selektivität
zugunsten eines Isomers erwarten!
O
Br
PPh3
O
NaOH
(Tol)
70 °C
A
A
O
(CH2Cl2)
O
OH
O
O
OH
O
O P
O
O
O
O
Pb(OAc)4 2
(CH2Cl2)
1. NaH
2.
O
A
(Tol)
O
Bu
(DMSO)
1 Äquiv.
DIBAL-H
(Tol)
-78 °C
HO
O
KOtBu
PPh3 Br
7.7 Acylierung von Enolaten
7.7-86
Formulieren Sie die Reaktion von Phenylessigsäuremethylester mit Natriummethanolat im Detail!
Warum ist es keine gute Idee in dieser Reaktion Natriumethanolat als Base einzusetzen?
Formulieren Sie für die daraus resultierende Reaktion ebenfalls einen Mechanismus!
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7.7-87
Ergänzen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele!
a)
O
NaOMe
O
O
(THF)
Namensreaktion:
b)
O
O
OH
OH
c)
O
O
O
O
NaH
N
O
(THF)
Namensreaktion:
7.7-88
Formulieren Sie die folgenden α-Halogenierungen von Ketonen und Säuren im Detail!
Br2
(Et2O)
O
O
O
OH
OH
Br
7.7-89
Geben Sie das Produkt und alle Intermediate der folgenden Sequenz an!
O
O
O
N
H
[pTsOH]
(Tol), 110 °C
Bu
Cl
NEt3
H2O/H+
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7.8 Konjugate Addition
7.8-90
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsbeispiele
a)
O
NH2
(MeOH)
O
O
b)
O
Cl Bu CuLi
2
O
NaOMe
(Tol)
(THF)
c)
1.
HN
O
O
O
2. HOAc, H2O
(MeCN)
(Tol)
-H2O
d)
Me2CuLi
(Et2O)
O
7.8-91
Seit den 1970er Jahren spielen die beiden unten gezeigten Diketone, das Wieland-Miescher- und
das Hajos-Wiechert-Keton eine zentrale Rolle in Steroidsynthesen. Die Darstellung über eine
Reaktionssequenz beginnend von 2-Methyl-1,3-cyclohexandion bzw. 2-Methyl-1,3-cyclopentandion hat auch industrielle Bedeutung erlangt (Cortisol, Antibabypille).
O
R
O
C
A
B
C
O
O
Wieland-Miescher-Keton
D
D
A
B
Hajos-Wiechert-Keton
Geben Sie einen detaillierten Mechanismus für die Synthese des Hajos-Wiechert-Ketons,
beginnend mit Methylvinylketon und 2-Methyl-1,3-cyclopentandion an!
Literatur:
- R. Brückner, Reaktionsmechanismen, Exkurs 12.3, (2.oder 3. Auflage), S. 505.
- B. List, Tetrahedron 2002, 58, 5573-5590.
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7.8-92
Akzeptorsubstituierte Epoxide können nicht durch Umsetzung der entsprechenden Alkene mit
Persäuren erhalten werden. Formulieren Sie für die beiden gezeigten Zugänge den jeweiligen
Mechanismus und geben Sie (soweit möglich) einen Namen für die Reaktion an!
O
O
O
R
R
R
O
O
O
7.8-93
Geben Sie die Produkte der von Cyclohexanon ausgehenden Reaktionen an!
O
(EtO)2P
NaBH4
(EtOH)
HO
OH
[pTsOH]
(Tol) 110 °C
1. LDA
2.
1.
2. H2O/H+
CN
NaH
O
MeMgBr
Br
1. NaOMe
2. HCOOMe
Br
Morpholin
[pTsOH]
(Tol) 110 °C
PPh3Br
KHMDS