1

Ponavljanje gradiva

1. Objasni reaktivnost aldehida i ketona.2. Koja su reaktivna mjesta aldehida i

ketona?3. Koje vrste reakcija se mogu desavati na

karbonilnim spojevima?

2

4. Objasni reaktivnost ––C atomC atoma.a.

• Mnoge za sinteze važne reakcije karbonilnih spojeva zbivajuse na C atomu u susjedstvu karbonilne grupe (

• Proces u kome se H atom vezan za C atom kreće premakarbonilnom O atomu, naziva se enolacijom ili keto-enolnomtautomerijom (taj izraz nije tačan u potpunosti jer ovajfenomen pokazuju i druge grupe koje imaju karbonilnu grupuosim aldehida i ketona).

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH

OO

3

• Procenat enola je obično veoma mali

RR22CHCR'CHCR'

OO

RR22CC CR'CR'

OHOH

enolenolketoketo

• Zašto su aldehidi i ketoni relativno kiseli?

•• KiselostKiselost ––C atomC atomaa

4

Zašto su aldehidi i ketoni relativno kiseli

Jačina kiseline se povećava sa stabilizacijomkonjugovane baze. U enolatnom jonunegativni naboj je u -- položaju stabiliziran:

• induktivnim efektom pozitivno naelektrisanogkarbonilnog C atoma.

•• Dodatna jaka stabilizacija se javlja uslijedDodatna jaka stabilizacija se javlja uslijeddelokalizacije naboja na elektronegativni kisikdelokalizacije naboja na elektronegativni kisik

Aldolna kondenzacija

• Vrsta reakcije?Koji produkti nastaju?• Uz kakve uslove reakcija tece?•• IntramoleIntramolekkularularnana aaldolldolnana kkondenondenzzaacijacija•• UkrUkršštenatena aaldolldolnana kkondenondenzzaacijacija•• Kako se moze sprijecitiKako se moze sprijeciti nastajanjnastajanjee velikog brojavelikog broja

produkata kod ukrprodukata kod ukršštene aldolne kondenzacijetene aldolne kondenzacije??

5

EnolatEnolatnini jjononii susu nunukkleoleofilifili..

RCHRCH22CHCH

OO

++ ••••OHOH••••

••••––

RCHCHRCHCH

OO

++ ••••HOHHOH

••••––••••

••••RCHCHRCHCH

OO•••• ••••

––

RCHRCH22CHCH

OO••••

••••––

RCHRCH22CHCH

OO••••

••••

•••• ••••

RCHCHRCHCH

OO

••••••••

RCHRCH22CHCH

OO

•••• ••••

RCHCHRCHCH

OO

•••• HH

2RCH2RCH22CHCH

OONaOHNaOH

RCHRCH22CHCH

OHOH

CHCHCHCH

OO

RR

6

2RCH2RCH22CHCH

OONaOHNaOH

RCHRCH22CHCH

OHOH

CCHHCHCH

OO

RR

AldolAldolnana kkondenondenzacijazacija

heatheat

RCHRCH22CHCH CCHCCH

OO

RR

NaOHNaOHheatheat

•

7

• Kondenzacija između enolata jednog ikarbonilne grupe drugog aldehida? Šta nastaje?

U takvoj reakciji, ukrštenoj aldolnoj kondenzaciji, nastajesmjesa proizvoda, jer su prisutni enolati oba aldehida i onimogu reagovati sa obje aldehidne grupe oba polaznajedinjenja.

Koji produkt nastajeKoji produkt nastaje??

•• PostojePostoje 44 mogumoguććnosti jer reakciona smjesa sadrnosti jer reakciona smjesa sadržžiidvije aldehidne grupe i enolate od svakog aldehidadvije aldehidne grupe i enolate od svakog aldehida

• Neselektivna ukrštena aldolna reakcija acetaldehida ipropanala

• Sve četiri reakcije vrše se istovremeno

NaOHNaOHCHCH33CHCH

OO

CHCH33CHCH22CHCH

OO

++

8

Koji produkt nastajeKoji produkt nastaje??

CHCH33CHCH

OO

CHCH33CHCH22CHCH

OO

++

CHCH22CHCH

OO

CHCH33CHCHCHCH

OO

••••––

••••

––

CHCH33CHCH

OHOH

CHCH22CHCH

OO

Koji produkt nastajeKoji produkt nastaje??

CHCH33CHCH

OO

CHCH33CHCH22CHCH

OO

++

CHCH22CHCH

OO

CHCH33CHCHCHCH

OO

••••––

••••

––

CHCH33CHCH22CHCH

OHOH

CHCHCHCH

OO

CHCH33

9

Koji produkt nastajeKoji produkt nastaje??

CHCH33CHCH

OO

CHCH33CHCH22CHCH

OO

++

CHCH22CHCH

OO

CHCH33CHCHCHCH

OO

••••––

••••

––

CHCH33CHCH

OHOH

CHCHCHCH

OO

CHCH33

Koji produkt nastajeKoji produkt nastaje??

CHCH33CHCH

OO

CHCH33CHCH22CHCH

OO

++

CHCH22CHCH

OO

CHCH33CHCHCHCH

OO

••••––

••••

––

CHCH33CHCH22CHCH

OHOH

CHCH22CHCH

OO

10

U cilju sprijeU cilju spriječčavanja nastajanja velikog brojaavanja nastajanja velikog brojaprodukata kod ukrprodukata kod ukršštene aldolne kondenzacijetene aldolne kondenzacije::

••Potrebno minimizirati reaktivne moguPotrebno minimizirati reaktivne moguććnostinosti

••ObiObiččno se izabere jedna komponenta koja ne mono se izabere jedna komponenta koja ne možžeegraditi enolate (smanjuje se broj produkata)graditi enolate (smanjuje se broj produkata)

OO

HCHHCH

formaldehid ne gradi enolateformaldehid ne gradi enolateformaldehformaldehiidd je jako reaktivan u reakcijamaje jako reaktivan u reakcijamanunukkleoleoffililnene adiadicijecije

CHCH33OO CHCH

OOAromatski aldehidi ne mogu formiratiAromatski aldehidi ne mogu formirati enolatenolatee

AromatAromatskiski aaldehldehiiddii

CHCH33OO CHCH

OO

++ CHCH33CCHCCH33

OO

NaOHNaOH, H, H22OO 3030°°CC

CHCH33OO CHCH CHCCHCHCCH33

OO

(83%)(83%)

11

ACILIRANJE ENOLAT -ANIONA

CLAISENOVA REAKCIJACLAISENOVA REAKCIJA

Claisenova kondenzacija

-keto esteri se pripremaju pomoćuClaisen-ove kondenzacije.

• Koriste se etil esteri sa Na-etoksidomkao bazom

2RCH2RCH22COR'COR'

OO1.1. NaORNaOR''2. H2. H33OO++

++ R'OHR'OH

OO OO

RCHRCH22CCHCOR'CCHCOR'

RR

12

Primjer:

• Produkt iz etil acetata se nazivaetilacetoacetat

ili acetoacetatni ester (etil-3-oksobutanoat)

2CH2CH33COCHCOCH22CHCH33

OO1. NaOCH1. NaOCH22CHCH33

2. H2. H33OO++

OO OO

CHCH33CCHCCH22COCHCOCH22CHCH33

(75%)(75%)

Korak 1Korak 1::

CHCH33CHCH22 OO––••••

••••••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22HH

••••

––••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22CHCH33CHCH22 OO••••

••••HH

••••

Mehanizam:

13

MehanizamKorakKorak 1:1:

––••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

••••

––••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

•••• ••••

• Anion koji nastajestabilizira sedelokalizacijomelektrona(rezonancijom); to jeenolat estera

MehanizamKorakKorak 2:2:

––••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

••••

CHCH33COCHCOCH22CHCH33

OO ••••••••

CHCH33CC

––OO•••• ••••••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

••••

OCHOCH22CHCH33••••••••

14

MehanizamKorakKorak 3:3:

CHCH33CC

––OO•••• ••••••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

••••

OCHOCH22CHCH33••••••••

––OCHOCH22CHCH33••••

••••••••

CHCH33CC

OO•••• ••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22

••••

++

Etoksid privlači proton iz CH2grupe dajući stabilizirani anion:

––OCHOCH22CHCH33••••

••••••••

CHCH33CC

OO•••• ••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CCHH22

••••

++

KorakKorak 4:4:

++ OCHOCH22CHCH33••••••••

HH––

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO ••••

CHCH33CC

OO•••• ••••

CCHH••••

15

++

KorakKorak 5:5:

––

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH33CC

OO•••• ••••

CCHH••••

++OOHH ••••

HH

HH

OO

HH

••••

HH

••••CHCH33CC

OO•••• ••••

••••

COCHCOCH22CHCH33

OO

CCHH

••••

HH

+

Reakciona smjesa se zakiseli i to prevodi anion uizolirani produkt, etil acetoacetat:

Primjer 2:

• Reakcija uključujeformiranje vezeizmeđu -karbonovog atomajedne molekulepropanoata ikarbona karbonilnegrupe drugemolekule.

2CH2CH33CHCH22COCHCOCH22CHCH33

OO

1. NaOCH1. NaOCH22CHCH33

2. H2. H33OO++

(81%)(81%)

OO OO

CHCH33CHCH22CCCCHCOCHHCOCH22CHCH33

CHCH33

16

Intramolekularna Claisenovakondenzacija:

Dieckmann-ova reakcija

CHCH33CHCH22OCCHOCCH22CHCH22CHCH22CHCH22COCHCOCH22CHCH33

OO OO

1. NaOCH1. NaOCH22CHCH33

2. H2. H33OO++

Primjer

COCHCOCH22CHCH33

OO OO

(74(74--81%)81%)

17

CHCH33CHCH22OCCHOCCH22CHCH22CHCH22CCHH22COCHCOCH22CHCH33

OO OO

NaOCHNaOCH22CHCH33

preko

CHCH33CHCH22OCCHOCCH22CHCH22CHCH22CCHHCOCHCOCH22CHCH33

OO OO

••••––

•••• ••••

•••• ••••

•••• ••••

CHCH33CHCH22OCCHOCCH22CHCH22CHCH22CCHHCOCHCOCH22CHCH33

OO OO

••••––

•••• •••••••• ••••

CCHHCOCHCOCH22CHCH33

OO

––•••• ••••

CHCH22HH22CC

HH22CCCC

OO•••• ••••••••CHCH33CHCH22OO

••••

••••

18

CCHHCOCHCOCH22CHCH33

OO

––•••• ••••

CHCH22HH22CC

HH22CCCC

OO•••• ••••••••CHCH33CHCH22OO

••••

••••

CHCH33CHCH22OO••••

••••••••––

•••• ••••

CCHHCOCHCOCH22CHCH33

OO

CHCH22HH22CC

HH22CCCC

OO••••••••

++

Ukrštena Claisen-ovakondenzacija

• Kao i kod ukrštene aldolne kondenzacije,ukrštenu Claisen-ovu kondenzaciju je najboljeizvoditikada reakciona smjesa sadrži jedno jedinjenjekoje može formirati enolat i jedno koje nemože (da se nebi stvarala smjesa produkata).

19

• Ovi tipovi estera ne mogu graditi enolate.

HCORHCOR

OO

ROCORROCOR

OO

ROCROC

OO

CORCOR

OO

CORCOR

OO

Nukleofilne Supstitucije naNukleofilne Supstitucije naKarbonilnoj GrupiKarbonilnoj Grupi

Karboksilne kiselineKarboksilne kiseline

20

carboxylicacid

acidchloride

ester anhydride

primary secondary tertiary

amides

NEKANEKA ACACIILLNANA JEDINJENJAJEDINJENJA

Ova jedinjenja se razlikuju od aldehida i ketona jersadrže odlazeću grupu

-OH -Cl -OR -NH2 -O(C=O)R

DERIVATI KISELINA

R CO

X

R CO

OH

R CO

Cl

R CO

OR'

R CO

NH2R C

O

NHR'

R CO

NR'

R''

R CO

O

O

R'

Izlazne skupine imaju veoma vaIzlazne skupine imaju veoma važžnu ulogunu ulogupri usmjeravanju toka reakcijepri usmjeravanju toka reakcije

• Reaktivne izlazne grupe:Cl-, HS-,RCOO-,

• Skupine koje treba protoniranjem prevesti udobro izlaznu sklupinu:

H2O (iz OH-), ROH (iz RO-) NH3 ( iz NH2- itd)• Obično nisu reaktivne kao izlazne skupine:H-, C-,

21

1): :

R C YO

+ Nu:

slow:..

:R C Y

O

Nu

2)

:..

:R C Y

O

Nu

: :R C

O

Nu

+ Y:

NukleofilnaNukleofilna AcAciil Sul Suppstitstitucijaucija-

-

-

Pojednostavljen prikaz:

Adicija nukleofila

Eliminacija odlazećegrupe

Karbonilna grupase ponovo formira

NaOH

RMgX + CO2

SOCl2

NH3NR’2H

H2O

R’OH“Derivati kiselina”

Na+

Šta sve može biti sintetizirano od kiselina ili hlorida kiselina

…. Ili ahidridi kiselina

R CH2 OH

R C OH

R C N

R C OHO

R C OO

R' R C OO

R C ClO

R C NH2

O

RCO

R C OO

R C NR'2

O

22

2)

+ Nu:

slow:..

R C YO

Nu

H

3): :

R CO

Nu+ Y:

1)

R C YO: :

R C Y

O H:+

R C Y

O H:+

:..

R C Y

O

Nu

H

+ H3O+

Kisela KatalizaKisela KatalizaNuNukleofilna Akleofilna Acciil Sul SuppstitustitucijacijaReakcije koje zahtjevaju kiseline kao katalizatoreReakcije koje zahtjevaju kiseline kao katalizatore

Pojednostavljeno

OH

H

H OH

H

:

..+

..

Protoniranje povećavasposobnost skupineda se otcjepi

R C N

R C OHO

R C OO

R' R C OO

R C ClO

R C NH2

O

RCO

R C OO

R C NR'2

O

R CO

OR''

R’’OH

R’OH

H2O

H2O

NH3NR’2H

R’OH

NH3NR’2H

Reakcije zahtjevajuReakcije zahtjevajukiselinu kao katalizatorkiselinu kao katalizator

Ove trasformacije zahtjevajukisele katalizatore, mada seReakcije hidrolize(H2O) baznokatalizirane (NaOH) takodjerdešavaju. Bazni produkt je

RCOO

-Na

+

Umjesto kiseline

Reakcije koje ne idu preko hlorida kiselina ili anhidrida

….. obično H2SO4

23

OCR OH

OCR O RR OH

OH H

+

+

H+

FischerFischer--ovaova EsterifiEsterifikkaacijacija

Ravnoteža se pomjera nadesno1.Korištenjem viška rektanta ili2. Uklanjanjem vode

. Ekonomično: U višku sedodaje jeftiniji reaktant

Ravnoteža

OCR O R

OCR O RR OH

OH R

+

+

H+

TransesterifiTransesterifikkaacijacija

OC O CH3

OC O CH

CH3

CH3+ +H+

CH OHCH3

CH3

CH3 OH

višak

prijer

grijanjem

Mehanizam je sličanFischer-ovoj Esterifikaciji

24

NUKLEOFILNA SUPSTITUCIJANUKLEOFILNA SUPSTITUCIJA

R O R

R' C C R

R' C

O

O R

NUKLEOFILINUKLEOFILISinteze mnogih organskih jedinjenja je moguće izvesti

zahvaljujući postojanju mnogih nukleofila

Nukleofil Produkt

Cl-,Br-,I- R X Alkil halidi

OH-R OH alkoholi

eteriRO-

C N -C NR nitrili

R' C

O

O-

esteri

R' C C:- alkiniSH- R SH tioli

Klase spojeva

‘ ‘

R-Y + Nu R-Nu + Y

25

DVIJEDVIJE ““SLISLIČČNENE”” REAKCIJEREAKCIJE

CH3 Br + CH3 OH + Br-

20% vodaNaOH

80% etanol

CH3C

CH3

CH3

OH+CH3C

CH3

CH3

Br20% voda

Br-+NaOH 80% etanol

1)

2)

( + neki alkeni dobiveniE1,E2 )

brzina = k2 [RBr] [NaOH]

brzina = k1 [RBr]

55oC

55oC

RBr + NaOH ROH + NaBr

Visoka konc. NaOH

Niska konc. NaOH

SN2

CH3 Br + CH3 OH + Br-

20% vodaNaOH

80% etanol

brzina = k2 [RBr] [NaOH]

80% etanol

20% vodaBr-+CH3 OHCH3 Br

OH

bimolekularna

55oC

supstitucijanukleofilna

bimolekularna

-

26

CH3C

CH3

CH3

OH+CH3C

CH3

CH3

Br20% voda

Br-+NaOH 80% etanol

brzina = k1 [RBr]

80% etanolNaOH + Br-20% voda

CH3C

CH3

CH3

Br + CH3C

CH3

CH3

OH

CH3C

CH3

CH3

+ + Br-

O H

sporo

brzo SN1

monomolekularnaDva stepena

55oC

supstitucijanukleofilna

jednomolekularnaalkeni (preko E1)

Nastaju i

REAKCIJE ELIMINACIJE

27

• DEHIDROHALOGENACIJA (-HX) i• DEHIDRATACIJA (-H2O)su najčešći tipovi eliminacionih reakcija

.

C C

X Y

C C + X Y

E2 MehanizamOva reakcija teče u prisustvu jake baze visokekoncentracije npr. u 1 M NaOH (vodeni rastvor)

. .:. .

_ _

+

+ B r_

. .:

c o n c e r te d m e c h a n is m

H O

C C

B r

H

H OH

C C

Reakcija u jako baznoj sredini je drugog reda(bimolekularna):

Brzina reakcije: = k[OH-] [R-Br]

28

E1 MehanizamOva reakcija se dešava u slabo baznoj sredini kao što

je 0.01 M NaOH u vodi!!1)

++ Br

_slow

+

2)..

:

+fast

O.. +O

C C

Br

C C

H

C C

HC C

HH H

H

H

H

rate determ ining step

Reakcija u slabo baznoj ili neutralnoj sredini je prvog reda(monomolekularna):

Brzina reakcije: = k [R-Br]

Prvi stepen (spori stepen) određuje brzinu reakcije!

Orijentacija eliminacije:Saytzev-ljevo pravilo

• U reakcijama eliminacije (E1)hidrogen halida izalkil halida ili izdvajanje vode iz alkohola,hidrogen koji se izdvaja odlazi sa višesupstituisanog- -karbona.

A. N. Saytzev -- 1875 C C C C

H

H

H H

X

H

H

HHCH3

Manje supstituenataIma više supstituenata

29

Produkt formiran (prethodni slajd)

CC C

C

H

HH

H

HCH3

HH

Orijentacija Eliminacije• E1 reakcije snažno podliježu Saytzev-

ljevom pravilu!

• Ovo znači da bi glavni produkt trebao bitionaj koji je najviše supstituiran

30

Tipične baze koje se koriste u E2reakcijama

Visoka koncentracija baza >1MAko koncentracija nije naznačena,

podrazumjeva se da je visoka !• Na+ -OH• K+ -OH• Na+ -OR• Na+ -NH2

Premiještanja• Alkilne grupe i hidrogen mogu migrirati u

reakcijama premještanja da bi se stvorio štostabilniji međuprodukt karbokation.

• Premještanja se dešavaju u E1 reakcijama

31

Poređenje reakcija E2 / E1• E1 reakcije se dešavaju u neutralnim

uslovima sa polarnim rastvaračima, kaošto su voda, etil alkohol ili acetatnakiselina.

• E1 reakcije se mogu dešavati i u prisustvujake baze, ali niske koncentracije (0.01 - 0.1M ili niže).

• E2 reakcije zahtjevaju jaču bazu visokekoncentracije (1 M ili iznad).

• E1 se dešava u više stepena (dva ili više)Karbokation međuprodukt!

• E2 je jednostepeni mehanizamNema medjuprodukta!

• E1 reakcije podliježu premiještanjima• E2 ne podliježu premiještanjima• Reakcije dehidratacije alkohola su E1

Poređenje reakcija E2 / E1

32

Hofmann Elimination

+OH

_

heat

+

6%

94%

CH3 CH2 CH2 CH CH3

N

CH3

CH3CH3

CH3 CH2 CH CH CH3

CH3 CH2 CH2 CH CH2

Daje anti-Saytzev-ljev produkt (najmanjesupstituiran produkt)!

Orijentacija Eliminacije:Hofmann’s Rule

• U bimolekularnim (E2) reakcijama eliminacije uprisustvu voluminozne odlazeće grupe ili baze,hidrogen koji se izdvaja odlazi sa manjesusptituisanog -karbona.Nastaje jedinjenjemanje supstituisano, zbog prostornog rasporeda

C C C C

H

H

H H

X

H

H

HHCH3

Manje supstituiranViše supstituiran

33

Produkt sa prethodnog slajda

CC

C

H

H

H

HCH3

HHC

H

Eliminacija sa voluminoznimbazama

• Manje voluminozne baze, kao što suhidroksid i etoksid,daju Saytzev-ljeveprodukte.(E1).

• Voluminozne baze, kao što je kalijum terc-butoksid, daju veću količinu manjesupstituisanog produkta (Hoffmann) negosa jednostavnim bazama.(E2).

34

Poređenje manje i viševoluminoznih baza

CH3 CH2 CH CH3

Br

NaOC2H5

C2H5OHheat

CH CHCH3 CH3

+

CH2 CHCH3 CH2

CH3 CH2 CH CH3

Br

KOC(CH3)3

(CH3)3COHheat

CH CHCH3 CH3

+

CH2 CHCH3 CH2

81%

19%

47%

53%

1-buten: konkurirajuće reakcije!

H3C CH2 CH2 CH2 Br

KOCH3

Non-bulky

SN2

H3C CH2 CH2 CH2 O-CH3

H3C CH2 CH CH2

bulky baseKO-t-butyl

E2