Embed Size (px)
Citation preview
H NuR
C
O
Z
2. 2. Nukleofilna supstitucijaNukleofilna supstitucija (mehanizam adicija-eliminacija)(mehanizam adicija-eliminacija) je glavnije glavni tip reakcije kako za karboksilne kiseline tako i tip reakcije kako za karboksilne kiseline tako i za sve kiselinske derivateza sve kiselinske derivate
adicija adicija NuNu--
spsp22 hibridizovan hibridizovan karbonilni Ckarbonilni C
ZZ–– je odlazeća je odlazeća grupa grupa
što je slabija baza to je bolje odlazeća grupašto je slabija baza to je bolje odlazeća grupa
R C
O
Z
Nu
H
spsp33 hibridizovan C hibridizovan C tetraedarski tetraedarski intermedijerintermedijer
H ZR
C
O
Nu
eliminacija Zeliminacija Z
+
-
Poredjenje rPoredjenje reaktivnosteaktivnostii karboksilnih kiselina karboksilnih kiselina i njihovih di njihovih derivataerivata uu nuklenukleoofilnfilnojoj supstitucij supstituciji u funkciji Z kao odlazeće grupei u funkciji Z kao odlazeće grupe
RC
O
Cl ClH
HCl
umereno jaka kiselinaumereno jaka kiselina
slaba bazaslaba bazadobro odlazeća gr.dobro odlazeća gr.
Vrlo reaktivni u SVrlo reaktivni u SNN
reakcijireakciji
R C
O
O
C
O
R
O
C
O
RH
OH
C
O
R
jaka kiselinajaka kiselina
slaba bazaslaba bazadobro odlazeća gr.dobro odlazeća gr.
reaktivni u Sreaktivni u SNN
reakcijireakciji
RC
O
OH OHH
HOH
RC
O
OR1 R1OH
R1OH
RC
O
NH2 NH2H
NH3
slabe kiselineslabe kiselineslabe odlazeće gr.slabe odlazeće gr.slabija reaktivnostslabija reaktivnostu Su SNN reakciji reakciji
veoma jaka bazanajslabije odlazeća gr
Reakcijom nukleofilne supstitucije iz karboksilnih kiselina Reakcijom nukleofilne supstitucije iz karboksilnih kiselina dobijaju se svi njihovi derivatidobijaju se svi njihovi derivati
A.A. Reakcija je otežana zato što je Reakcija je otežana zato što je OH kao jaka baza slabo odlazeća gr.OH kao jaka baza slabo odlazeća gr. i zbog i zbog prisustva kiselog vodonikaprisustva kiselog vodonika
RC
O
O H
Nu
RC
O
O RC
O
ONuH
R C
O
O
Karboksilatni anjon neKarboksilatni anjon nemože da adira Numože da adira Nu
B.B. SSNN reakcija pospešuje se u prisustvu mineralnih kiselina reakcija pospešuje se u prisustvu mineralnih kiselina kao katalizatora kao katalizatora
Fisher-ova esterifikacija karboksilnih kiselina:Fisher-ova esterifikacija karboksilnih kiselina:
R-CR-COO
OHOHRR11OHOH++
HH22SOSO44
ili p-TsOHili p-TsOHR-CR-C
OO
OROR11
++ HHOHOH
pp-TsOH = -TsOH =
SO3H
CH3
II faII faza je adicija Nu (za je adicija Nu (RR11OHOH))
H
R C
O
OH
OR1
H
R C
O
OR1
H2O
III faza je eliminacija vodeIII faza je eliminacija vode(slaba baza dobro odlazeća (slaba baza dobro odlazeća gr.)gr.)
RC
OH
OHRC
OH
OHRC
O
OH
H
H
RC
O
OH
MehanizamMehanizam
R1OHR C
OH
OH
R1OH
RC
O
OH
SOCl2 (ili PCl5)
RC
O
Cl+ SO2 + HCl
PBr3
RC
O
Br
Dobijanje kiselinskih –halogenida (alkanDobijanje kiselinskih –halogenida (alkanoiloil-halogenida)-halogenida)
C6H5SO2OHPCl5 C6H5SO2Cl
benzensulfonska kiselina
benzensulfonil hlorid
CH3COCl
CH3CH2COCl
COCl COCl
acetil-hloridacetil-hloridetanetanoiloil-hlorid-hlorid
propanpropanoiloil-hlorid-hlorid
benzbenzoiloil-hlorid-hlorid
CC66HH55CO- benzoil gr.CO- benzoil gr.
cikloheksancikloheksankarbonil-karbonil--hlorid-hlorid
CHCH33CO- acetil gr.CO- acetil gr.
p-CH3C6H4SO2Cl
pp-toluensulfonil-hlorid-toluensulfonil-hlorid(tozil-hlorid)(tozil-hlorid)
Napiši rekciju tozil-hlorida sa etanolom u prisustvu trietilamina.Napiši rekciju tozil-hlorida sa etanolom u prisustvu trietilamina.
Reakcije alkanoil-halogenidaReakcije alkanoil-halogenida
salicilna kiselina + acetil-hlorid u prisustvu piridina.o-aminobenzoeva (antranilna kis,) + benzoil-hlorid na sobnoj temperaturi
RC
O
OH
RC
O
Cl
SOCl2
RC
O
OC2H5
C2H5OH
piridin N
H
Cl
estar estar
- HCl RC
O
NCH3
CH3NH2
U reakciji sa NHU reakciji sa NH33 i aminima i aminima nastaju amidinastaju amidi
RC
O
O
C
OR
RCOOH
+ HCl RC
O
OH
HOH
Lako hidrolizuju do kiselineLako hidrolizuju do kiseline
CH2C
CH2 C
O
OH
O
OH
300 °CO
O
O
anhidridi kiselina: dobijanje i reakcijeanhidridi kiselina: dobijanje i reakcije
C3H7C
O
Cl HOC
O
C3H7C3H7 C
O
O C
O
C3H7 8 h
Dikarboksilne kiseline koje sadrže manje od 5 C-atoma zagrevanjem Dikarboksilne kiseline koje sadrže manje od 5 C-atoma zagrevanjem spontano podležu dehidratciji i daju ciklične anhidridespontano podležu dehidratciji i daju ciklične anhidride
HO2C
CO2Hfumarna nereaguje
O
O
O
anhidrid maleinskekiseline
O
O
O
anhidrid ftalne kiseline
CH3NH2C2H5OHHOH
H3CC
O
OC2H5 H3CC
O
NCH3H3C
C
O
OH
+ CH3COOH
CH3 C
O
O C
O
CH3
+ CH3COOH
acetanhidrid
Napišite reakcija anhidrida ftalne kiselina sa : a) 1 molom metanola; b) sa NH3
uz zagrevanje, c) sa 2 mola metanola.
Metode esterifikacije karboksilnih kiselinaMetode esterifikacije karboksilnih kiselina
RCOClRCO2HSO2Cl R1OH
Et3NRCOOR1
+ Et3NH Cl
Sekvencom reakcija:Sekvencom reakcija:
H2C C
O
OH
OH
H2SO4
O O
Kod Kod i i -hidroksi kiselina vrši se intramolekulska esterifikacija i nastaju-hidroksi kiselina vrši se intramolekulska esterifikacija i nastajuciklični estri -laktoniciklični estri -laktoni
--hidroksibuterna hidroksibuterna kiselinakiselina
-butirolakton-butirolaktonIUPAC 2-oksaciklopentanonIUPAC 2-oksaciklopentanon
ppropenska kiselinaropenska kiselina(akrilna(akrilna))
metilmetil-propen-propenoatoat
CH3C OCH CH2
O
COOC2H5
eteniletenil-etan-etanoatoat((vinil-acetatvinil-acetat)) etil-cikloheksan karboksilat
H2C CH COOH
Nomenklatura estara – Nomenklatura estara – alkil-alkil-alkanalkanoatioati
H2C CH COOCH3
H3C C
O
OC2H5
H3C C
O
OH
etanska kiselinaetanska kiselina(sirćetna)(sirćetna)
etiletil-etan-etanoatoat(etil-acetat)(etil-acetat)
Reakcije estaraReakcije estara
R C
O
OCH3
R1OH,
H3CC
O
OR1 + CH3OH
R1O
transesterifikacijatransesterifikacija
CH3NH2
H3CCNCH3
O
+ CH3OH
sa aminima uz zagrevanjesa aminima uz zagrevanjenastaju amidinastaju amidi
NaOH
+ CH3OH CH3COO Na
HOH, H+
+ CH3OH CH3COOH
Hidroliza estara: a) kiselo-katalizovana (reverzibilna reakcija) Hidroliza estara: a) kiselo-katalizovana (reverzibilna reakcija) b) bazno-katalizovana (saponifikacija)b) bazno-katalizovana (saponifikacija)
HOHH
O
O H
OHOH
CO
OH
a)
1. napišite mehanizam sledeće reakcije:1. napišite mehanizam sledeće reakcije:
O OHO OHO OH
HOHH,
O O
O
H2C
CO2H
OH
O
O
O
H
H3O
R C
O
OCH3
OH R C
O
OCH3
OH
R C
O
O H
OCH3b)
R C
O
OCH3OHso kiselineso kiseline
Napišite reakcije metilcikloheksan-karboksilata sa sledećim reagensima:Napišite reakcije metilcikloheksan-karboksilata sa sledećim reagensima:a)a) Metil-aminom uz zagrevanje; b) sa izopropanolom u prisustvu i-PrOKMetil-aminom uz zagrevanje; b) sa izopropanolom u prisustvu i-PrOKc) Sa Kc) Sa K22COCO33 u smeši etanol/voda: d) sa NaOH. u smeši etanol/voda: d) sa NaOH.
Napišite koji se proizvod dobija u reakciji: Napišite koji se proizvod dobija u reakciji: -butirolaktona i -butirolaktona i 3-brompropanola u prisustvu kiseline kao katalizatora3-brompropanola u prisustvu kiseline kao katalizatora
Dobijanje amidaDobijanje amida
RC
O
OH
NH3
20 °C RC
O
O NH4
Kiselo-bazna raverzibilna reakcija Kiselo-bazna raverzibilna reakcija na hladnomna hladnom
NH3R C
OH
OH
NH2
Adicija
RC
O
NH2
HOH
Eliminacija
Termodinamički je favorizovana Termodinamički je favorizovana AEAE reakcija reakcija čiji je krajnji proizvod amidčiji je krajnji proizvod amid
2. Dikarbonske kiseline zagrevanjem u prisustvu amonijaka daju 2. Dikarbonske kiseline zagrevanjem u prisustvu amonijaka daju ciklične imideciklične imide
COOH
COOH
CH2
CH2
NH3
290 °CNH
O
O
+ H2O
sukcinimidsukcinimidćilibarna kiselinaćilibarna kiselina
3. U reakciji amonijaka (amina) sa anhidridima ili hloridima kiselina 3. U reakciji amonijaka (amina) sa anhidridima ili hloridima kiselina dobijaju se amididobijaju se amidi
CH3C
O
CH3C
O
O
CO2H
NH2
+
CO2H
NH CCH3
O
+ CH3COOH
antranilna kis.antranilna kis. NN-acetilantranilna kis.-acetilantranilna kis.
NH2
+ CH3COCl
NHCOCH3
+ HCl
C6H5NH2 + SO2Cl SO2NHC6H5 HCl
anilinanilin aacetilcetil-hlorid-hlorid acetanilidacetanilidNN-fenilacetamid-fenilacetamid
benzensulfonili-hloridbenzensulfonili-hlorid NN-fenilbenzensulfonamid-fenilbenzensulfonamid
N O
H
H2C C O
OHNH2
H2O
4. - i -amino kiseline ciklizuju do petočlanih i šestočlanih laktama
-aminobuterna kiselina-aminobuterna kiselina -butiro-butirolaktamlaktam
ciklični amidciklični amid
5. Amidi se dobijaju kiselo-katalizovanom izomerizacijom oksima 5. Amidi se dobijaju kiselo-katalizovanom izomerizacijom oksima (Beckmann-ovo premeštanje)(Beckmann-ovo premeštanje)
R1C
NOH
R2
H
HOC
NR1
R2O
C
HNR1
R2
R2C
R1
NOH
PCl5
HCl R2C
R1
NOPCl4
Vrši se migracija grupe koja je Vrši se migracija grupe koja je anti-anti-orijentisana o odnosu orijentisana o odnosu na na OH (odlazeću grupu)OH (odlazeću grupu)
R2
C
N
R1
R2
C
N
R1
HOH
R2 COH2
NR1
HR2 C
OH
NR1
R2 CO
HNR1
tautomerizacija
Napišite proizvode Beckmann-ovog premeštanja: a) benzofenonoksimaNapišite proizvode Beckmann-ovog premeštanja: a) benzofenonoksimab) ciklopentanonoksima. Šta će se dobiti baznom hidrolizom b) ciklopentanonoksima. Šta će se dobiti baznom hidrolizom ovih proizvoda?ovih proizvoda?
O NOH
NH2OHp-TsOH
H2SO4
(ili PCl5)
NOH2
C
N
H2O H2O
H
N OH N O
H
--valerolaktamvalerolaktam
Reakcije amidaReakcije amida
C
NHCH3
O
R
H3OC
OH
O
R+ NH3CH3
NaOHC
O
O
RNH2CH3 +
CH3COCl C
NCH3
O
R
OH3C
Podela, nomenklatura i neki specifični amidi:Podela, nomenklatura i neki specifični amidi:
H C
O
NH2
H C
O
N(CH3)2
formamidformamidmetanmetanamidamid
N,N-dimetilformamidN,N-dimetilformamid(DMF)(DMF)
N,NN,N-dimetilmetan-dimetilmetanamidamid
acetamidacetamidetanetanamidamid
NN-metilciklopentan--metilciklopentan-karboksamidkarboksamid
1° amid 1°3°
H3C C
O
NH2
CONHCH3
2°
H2N C
O
NH2
H2N C
O
OHH2N C
O
OC2H5
urea (karbamid) etil-karbamat(uretan)
karbaminska kiselina
diamid H2CO3 monoamid H2CO3 amid + estar
N
S
O
N
O
R
H
CO2H
H
-laktamski prsten penicilinskih antibiotika
C2H5OH
CH CH C
OH
H
H1. LiALH4 / THF
2. H3O
CH CH CO
OC2H5
Redukcija karboksilnih kiselina Redukcija karboksilnih kiselina ii njihovih derivata njihovih derivata
R C
O
OH
1. LiALH4 / THF
2. H3OR C
OH
H
H
Li Al(OH)3
NaBH4
ne reaguje
H2 /Ptne reaguje
2. redukcija estara2. redukcija estara
etiletil-3-fenilpropenoat-3-fenilpropenoat((etiletil-cinamat)-cinamat)
112233
3. redukcija amida3. redukcija amida
R C
O
NR2
1. LiALH4 / THF
2. H3OR C
H
NR2
H
H2O
N
H3C
H3C
H
O 2. H3O
1. LiALH4 / THF
N
H3C
H3C
H
H
H
R C
O
OC2H5
etari-Bu2AlH
4. Kada se redukcija vrši pomoću sterno velikih dialkilaluminijum-hidrida4. Kada se redukcija vrši pomoću sterno velikih dialkilaluminijum-hidrida alkanoil-hloridi, estri i amidi redukuju se do aldehidaalkanoil-hloridi, estri i amidi redukuju se do aldehida
R C
O
Cl
H2 /Pd BaSO4
R C
O
H
R C
O
NR2
i-Bu2AlHetar
DIBALi-Bu2AlH =
R CH
H
C
O
OH
R CH
H
C
O
NH2
4. Reakcije u kojima učestvuje 4. Reakcije u kojima učestvuje C atomC atom
Kiselost vodonika na Kiselost vodonika na -C atomu kod karbonilnih jedinjenja:-C atomu kod karbonilnih jedinjenja:
pKa ~ 25pKa ~ 25 pKa ~ 4 - 5pKa ~ 4 - 5 pKa ~ 30pKa ~ 30 pKa ~ 22pKa ~ 22
RCH2CO
O
RCH2CO
ORCH2C
O
N
RCH2CO
NH H
B B
Ne enolizuju: sa bazama nastaju karboksilatni i amidatni anjonNe enolizuju: sa bazama nastaju karboksilatni i amidatni anjon
RCCH3
O
CO
NR2
CH2RCO
OR1
CH2R
pKa ~ 19 - 21pKa ~ 25 pKa ~ 30
CO
H
CH2RCO
Cl
CH2RCH2 CO
OEtCH3C
O
Keto-estriKeto-estri
pKa ~ 15pKa ~ 11pKa ~ 16 -18
U baznoj sredini grade enolatne anjone
CO
OR1
CH2RR1O
CO
OR1
CHR CO
OR1CHR
CO
OH
CH2R + X2 P C
O
OH
CHR
X
+ HXkatalitickakolicina
Hell- Volhardt-Zelinsky reakcija – halogenovanje karboksilnih kiselina
X2 = Cl2, Br2
P + Br2 PBr3
CO
OH
CH2RBr2 / P
[PBr3]C
O
Br
CH2R
Br2
HBrC
O
Br
CHR
Br
RCH2COOHC
O
OH
CHR
Br
RCH2COBr
Za razliku od kiseline može da enolizuje
COH
Br
CHR
CO
OH
CHR
Br
NaCN NaOH / H2O
NH3. H2ONaNO2
CO
OH
CHR
OH
CO
OH
CHR
NH2
CO
OH
CHR
NO2
osnova za dobijanje nitroalkanajer lako dekarboksiluju
CO
OH
CHR
CN
5. dekarboksilovanje
Br2RBr CO2 AgBrRCOO Ag
Hunsdiecker-ovo dekarboksilovanje
R CO Ag
OR C
O
O
Br
Br2
AgBr
hipobromitni estar
R CO
OR C
O
O
Br
R CO
O
R + CO2RCOOBr
RBr + RCOO
karboksilni radikal
Dekarboksilovanje se lako vrši kada se u -položaju nalazi grupa sa(-R) efektom (-COR, -COOH, -NO2)
N
OH
O
CCO
H HO
CO2 N
CH2
O
OH
CH3NO2
nitrometan
Dekarboksilovanje se lako vrši kada se u -položaju nalazi grupa sa(-R) efektom (-COR, -COOH, -NO2)
N
OH
O
CCO
H HO
CO2 N
CH2
O
OH
CH3NO2
nitrometan
C
O
NC2H5 HOHC
O
OH
NH C2H5
CO2C2H5NH2CO N C2H5
etil-izocijanatN-etilkarbaminskakiselina
Reakcije estara u kojima učestvuje -C-atom
Claisen-ova kondenzacija
-ketoestar
2 RCH2COOC2H5 RCH2CCHCOOC2H5
O
R
NaOC2H5
katalit. kol.
CH3COOC2H5NaOEt
CH2 CO
OC2H5
CH2 CO
OC2H5
EtOHNa
I faza –stvaranje estarskog enolatnog anjona
II faza – nukleofilni napad na drugi molekul estra
CH2 CO
OC2H5
CH3 CO
OC2H5
CH3 C
O
OC2H5
CH2COOC2H5
CH3 C
O
CH2COOC2H5
C2H5O
etil-3-oksobutanoat(acetsirćetni estar)
III faza – eliminacija etoksida
Ukrštena Claisen-ova kondenzacija
C OEt
O
H3CCOOC2H5NaOEt
CH2COOC2H5C
O
EtOH
etil-benzoil-acetat
Napišite reakcije: a) metil-formijata i metil-acetata u prisustvu NaOMeb) dietil-oksalata i etil-acetata u prisustvu NaOEt
CH CO2EtC
OOEt
EtO2C(CH2)4CO2Et Natoluen
Intramolekulska Claisen-ova kondenzacija
CCH
O OEt
CO2Et
CO2Et
O
etil-2-oksociklopentan-karboksilat
