Organische Chemie 1 – Teil 2 - Goethe

23.06.2015
Inhalte der 4. Vorlesung:
2.1.4 O-Nukleophile
2.1.5 S-Nukleophile
2.1.5.1 Thioalkohole / 2.1.5.2 Natriumhydrogensulfit
2.1.6 N-Nukleophile
2.1.6.1 Primäre Amine/ 2.1.6.2 Sekundäre Amine
Organische Chemie 1 – Teil 2
4. Vorlesung Freitag 19.06.2015
Harald Schwalbe
Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie
Goethe Universität Frankfurt
Büro: N160 / 3. OG /Raum Nr. 313
Ext. +49 (0)69 / 798-29737
23. Juni 2015
Synthese eines Ketals
O
TsOH
+ ROH
RO
OR
Toluol
+ H2O
(Wasserabscheider
verschiebt das
Gleichgewicht auf die
Produktseite)
TsOH = para-Toluolsulfonsäure
O
HO
S
O
Abbildung 49: Synthese eines Ketals mit p-Toluolsulfonsäure als Katalysator
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Acetale als Schutzgruppen
O
O
+
OH
O
TsOH
+ H2O
HO
Cyclohexanon
Ethylenglykol
Abbildung 50: Acetalbildung ist entropisch begünstigt
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Acetale als Schutzgruppen
+
H
H
- +
O O
O
OH
HO O
OH
+
OH
HO
+
H+
OH
H2O O
H
O
+
O
O
-H2O
O
-H+
Abbildung 51: Mechanismus zur Bildung eines Acetals aus Cyclohexanon und Ethylenglykol
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Alkohol Schutzgruppe Tetrahydropyranylethern
R
THP-Ether
Tetrahydropyranylether
OH +
O
RO
*
O
rac
Dihydropyran
Abbildung 52: Bildung von Tetrahydropyranylethern als Schutzgruppe von Alkoholen
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Selektive Reduzierung mit Hilfe von Schutzgruppen
a.
b.
CHO
b.
O
+
HOC2H4OH, H
*
C
O
O
O
C
H
LiAlH4
H
COOCH3
CH2OH
COOCH3
a.
+
H /H2O
NaBH4
CH2OH
COOCH3
CHO
CH2OH
Abbildung 53: Reaktionswege zur selektiven Reduzierung einer Verbindung mit zwei
funktionellen Gruppen. a.) Mit Natriumborhydrid ohne Einführung einer
Schutzgruppe b.) Nach der Einführung einer acetalischen Schutzgruppe Behandlung
mit Lithiumaluminiumhydrid und anschließender Entschützung.
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Thioalkohol als Schutzgruppe - Dithioacetal
O
+
R
BF3·Et2O
HS
SH (Bortrifluoridetherat)
S
S
H
R
H
Abbildung 54 Reaktion eines Aldehyden mit Propan-1,3-dithiol zu einem Dithioacetal.
O
O
O
O
H5IO6
(=HIO4+2H2O)
0°C, THF abs.
oder Et2O abs.
S
S
O
Abbildung 55 Selektive Spaltung einer Dithioacetalgruppe mit Periodatsäure
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Folgereaktionen von Thioacetalen
S
R´
Raney-Nickel
Reduktion:
R
CH
R
S
R´
S
Deprotonierung:
R
S
Bu-Li
C
H
R´X
R
C
S
S
S
R´
R´
C
R
CH 3
O
S
R
Abbildung 56 Verwendung von Thioacetalen in verschiedenen Synthesen. Bei der
Reduktion wird eine Carbonylgruppe über ein Thioacetal als Zwischenprodukt
zum Alkyl reduziert. Die Reaktion über die Deprotonierung des Thioacetals
entspricht der Umpolung einer Carbonylgruppe.
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Natriumhydrogensulfit – Ein kristallisierbares Produkt
verdünnte
Säure
O
+ Na
HSO3
HO
SO 3
Produkt
kristallisierbar
Na
Schütteln
im Eisbad
O
Na
O
O
S
O
HO
S
O
O
O
Na
H
Abbildung 57 Bei der Reaktion einer Carbonylverbindung mit Hydrogensulfit entsteht
ein kristallisierbares Produkt
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Natriumhydrogensulfit unterbindet die Bildung von HCN
NaHSO 3
NaCN
O
O
NaHSO 3
Na
HO
SO 3
HO
O
~H
+
O
O
S
CN
Na
OH
O
Na
+ HSO 3
NC
einziges H +
Na
HO
Na2 SO 3 +
CN
O
H
CN
O
S
O
O
2 Na
Abbildung 58 Es ist der Mechanismus der Reaktion von Aceton mit Natriumhydrogensulfit
und Natriumcyanid zu Cyanhydrin gezeigt.
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Industrielle Verwendung von Natriumhydrogensulfit
O
NaHSO 3
H
H
HO
Ethanol
SO 3 Na
Abbildung 59 Die Umsetzung von Natriumhydrogensulfit mit Formaldehyd liefert ein
kristallines Produkt.
O
O
S
HO
H2N
O
Na
SO3
O
S
H2N
NH2
N
H
SO3
Na
Abbildung 60 Reaktion von Dapson mit Bisulfit
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Synthese eines Imins
C
O
+
R
NH 2
OH
H+
-H 2 O
C
C
N
R
NHR
Halbaminal
oder Hemiaminal
O
H+
O
HO
Imin
H+
R
N
H
R
H
H 2O
R
N
R
N
H
N
H
H H
R
C
N
R
- H+
N
H
- H 2O
Abbildung 61 Allgemeine säurekatalysierte Reaktion einer Carbonylverbindung mit
einem primären Amin über das Zwischenprodukt des Halbaminals (vgl. Halbacetal)
zum Produkt Imin mit Mechanismus
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Vergleich von Acetal- und Imin-Bildung
Abbildung 62
Gegenüberstellung der
Mechanismen zur
Acetal- (links) und zur
Iminbildung.
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Reaktion von Aminen mit Aldehyd und Keton
CHO +
H
C
NH2
N
+ H2O
Abbildung 63 Durch Konjugation wird das gebildete Imin stabilisiert.
H 2N
OH
N
OH
Hydroxylamin
H2N
Oxim
NH 2
+
N
NH 2
Hydrazin
H2 N
H
N
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N
Hydrazon
NO 2
O2N
N
2,4-Dinitrophenylhydrazin
(Derivat des Hydrazin, welches früher in der
Analytik verwendet wurde, da sich die Hydrazone
gut kristallisieren lassen
Abbildung 64 Beispiele weiterer N-Nukleophile und ihrer Produkte aus der Reaktion
mit Carbonylverbindungen
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 4.Vorlesung
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Enol, Enamin und Imin
OH
NH2
Enol
Enamin
Abbildung 65 Struktur eines Enols und eines Enamins
H
N
N
Enamin
Imin
Abbildung 66 Imin-Enamin-Tautomerie
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Enaminsynthese
OH
O
HO
NHR 2
+ R 2 NH
+ H+
~H +
NR 2
NR 2
H2O
NR 2
H
- H+
Enamin
-H 2 O
Immonium-Ion
Abbildung 67 Mechanismus der säurekatalysierten Enaminsynthese
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