Synthesemethoden... Flashcards
1
Q
Hydrieren von Alkinen
A
vollständig:
H2 [Pt]
verläuft über Alken als ZS, cis-selektiv
zum Alken:
Lindlar Katalysator= Pd auf CaCO3 + Pb(OAc)2
zum trans-Alken:
Birch-Reduktion
mit 1. Na, NH3 2. H2O
2
Q
DihalogenalkEn mit Zn?
A
Alkin und ZnBr2
3
Q
Dihalogenalkan zu Alkin?
A
mit 1) NaNH2 und NH3. 2) H2O
4
Q
Reduktion von Nitrogruppe zu Amin
(an Aromat)
Reagenzien?
A
Fe, HCl
5
Q
para/ortho-dirigierende Substituenten am Benzol…?
A
Methoxy
Halogene
Amin
alkyl
6
Q
meta-dirigierende Substituenten am Benzol…?
A
Nitro
Sulfonsäure
Carboxyl
Carbonyl
7
Q
Blockieren von para-Stellung damit Ar-SE in ortho-Stellung?
A
Sulfonierung
entfernen mit H+, H2O und Temperatur
8
Q
Friedel-Crafts-Alkylierung
Probleme und Wege diese zu vermeiden?
Z.B. Synthese von Alkylbenzolen
A
Umlagerungsprobleme…
bei Ar-SE
Vermeiden durch…
Acetylierung und dann
reduzieren mit H2, Pd oder Zn, HCl
Oder Wolff-Kishner-Reduktion
9
Q
Schützen von Amino-Gruppe…?
A
Durch Umwandlung zu Amid.
mit: CH3COCl (Carbonsäurechlorid) und Pyridin (“Opferbase”)
sonst. .. 2 eq Carbonsäurechlorid
dann H+, H2O und T
OH- und H2O (setzt NH2 Gruppe frei)
10
Q
Substituent Aminogruppe zu Nitrogruppe überführen
A
Mit CF3CO3H (Trifluor-Peroxyessigsäure) oxidiert
11
Q
Cyclohexen zu Cyclohexancarbonäure?
A
Addition nach Markovnikov mit HBr
dann Grignard mit Mg
Trockeneis/CO2 dazu und sauer aufarbeiten
12
Q
Chlorieren von Benzol
zu Lindan
A
Cl2 und hv
C6Cl6
nicht mehr Aromatisch
13
Q
Hydrieren von Benzol
A
H2, [Rh], 60grad, 60-70 bar, 3d
14
Q
Schützen von Aldehyden/Ketonen?
A
cyclische Acetale
über Zugabe von diol (1,2-Ethandiol)
15
Q
Bildung von Oxim
A
Hydroxylamin mit Aldehy oder Keton, sauerkatalysiert
(NH2OH)
Oxim: R-C=NOH
16
Q
Synthesemethoden für Aldehyde/Ketone
A
- Oxidation von Alkoholen
- Ozonolyse von Alkenen
- Hydratisierung von Alkinen (mit Hg2+ oder auch Hydroborierung)
- F.C. Acylierung
17
Q
Oxidation zu Aldehyd
Reagenzien
A
PCC (Pyridiniumchloroxhromat)
CH2Cl2
Ag2O
18
Q
Reduktionsmittel an…
…Carbonylgruppe?
…Alken?
…Carboxylgruppe?
A
LiAlH4 oder NaBH4
An Carbonyl, ja!
Alken, nein (sondern H2/Pd/C)
19
Q
Vollständige Reduktion von Carbonylgruppe..?
A
Wolff-Kishner-Reduktion
Hydrazon an Carbonyl und dann mit starker Base (NaOH) unter Stickstoffabspaltung reduziert
20
Q
Decarboxylierung von Carbonsäuren
A
Oxidation von Carboxylat-Ions
(Erzeugung von instabilem Carboxylat-Radikal)
- Hunsdiecker-Reaktion (Ag-Salz und Br2)
- Kolbe-Elektrolyse
21
Q
Säurechlorid Hersetellen aus Carbonsäure
A
- SOCl2
- PCl5 –> S.C. und O=PCl3 + HCl
- PBr3
- COCl2 —> CO2 und HCl
22
Q
Darstellung von Lacton
A
Lacton ist ein cyclischer Ester
Aus Hydroxycarbonsäure, säurekatalysiert (GG auf Produkt, wenn 5-/6-Ring gebildet)
Wasserabspaltung
23
Q
Halogenierung von Benzol
Methoden je nach Hal
A
F2 zu Reaktiv
Cl, Br präperativ nützlich
Chlor geht gut, Br an stark aktivierte Ar
Iod- Sandmeyer-Reaktion : Diazotierung von Anilin und dann Zugabe einer Iodid-Lösung (z. B. von Natriumiodid) unter Abspaltung von Stickstoff. (Radikalketten-Rkt)
24
Q
Nitril aus Carbonsäure…?
A
erst zu Säurechlorid - mit SOCl2
dann mit NH3 zu prim Amid
dann zu Nitril - mit Trifluoressigsäureanhydrid
ODER
Reduzieren zu Aldehyd und SN-Reaktion mit KCN
25
Darstellung Cyanhydrin?
Aldehyd oder Keton mit NaCN, H2O
Nucleophiler Angriff am Carbonyl-C.
(Wichtig für Synthese von Alpha-Hydroxy-Carbonsäuren)
26
Carbonsäure zu Alken mit C-Verlängerung...?
C.S. reduzieren zu Alkohol (LiAlH4) dann wieder zu Aldehyd (PCC) und damit dann Wittig-Reaktion (C=P(Ph)3)
27
Nitril Alkylieren/Reduzieren
Mit LDA und Alkyl-Br
In Ac2O
Alpha-Stellung zur Nitrilgruppe
Reduzieren mit LiAlH4 zu -NH2
28
Nitril zu Carbonsäure
Hydrolyse
Säurekat.)
- Protonierung am N, nucleophiler Angriff von H2O
- durch H+ Abgabe -OH Gruppe
- H+ an NH --> NH2 Gruppe und C=O
==> Amid
- H+ an Carbonyl und H2O nucleophil an Carbonyl-C
- H+ an NH2, dadurch NH3+ zu besserer Abgangsgruppe, was dann Proton an Carbonyl wieder nimmt und NH4+
```
Basenkat.)
- OH an C, dann schnappt sich N ein H von Wasser.
-OH wieder deprot.
- Umlagerung
==> Amid
```
29
Carbonsäuren darstellen aus Alkoholen
Primäre Alkohole oxidieren
Bspw mit CrO3, KMnO4, HNO3, etc
In Anwesenheit von Wasser
30
Keton zu Carbonsäure??
Mit HNO3 und V2O5!
Oxidation und Spaltung einer C-C Bindung.
Geht auch bei sek. Alkoholen
31
Darstellung Carbamat
Carbamate durch Umsetzung von Chlorameisensäureestern oder Kohlensäureestern mit Aminen hergestellt werden
32
Darstellung von Orange II
Sulfanilsäure + NaNO2 + HCl
Dann Mit 2-Naphthol versetzt
--> Orange II
(Hat push/pull System => Farbigkeit)
33
Carbonsäure zu Methylketon...?
Carbonsäure mit 2 Äquivalenten Methyllithium versetzen. Dann wässrige Aufarbeitung (bildet zunächst das Hydrat, was dann sofort zum Keton wird)
R-COOH + Me-Li (in THF) --->
R-COOLi + Me-Li und H, H2O --> R-COCH3
34
Herstellung eines Amids
| Ausgangsverbindung: Carbonsäure
Problem: Amine sind nukleophiler und basischer als Alkohole und können zunächst ein Ammoniumsalz bilden.
Erhitzen wirkt dem entgegen, dann kommt Additions-Eliminierungs-Reaktion vor.
Oder:
Über Säurechlorid. Mit SOCl2 (Thionylchlorid)
35
Reduktion von Carbonsäuren
LiAlH4 (in THF) und wässriger Aufarbeitung
1) Salzbildung (R-COOLi + H2 + AlH3)
2) Hydrid-Addition (Al akoord. an O, H geht an C)
3) Substitution durch Hydrid (O-Al durch H)
4) Hydrolyse (--> R-OH + LiOH)
36
Wie überführt man eine Carbonsäure in ein reaktives Dianion?
| kann in Alpha-Stellung Nu angreifen
Mit 2 LDA, das erste Äqu. deprotoniert, das Carboxylproton und das zweite deprot. in Alpha-Stellung.
37
Terminales Alkin zu internem isomerisieren
Basenkatalysiert, einfacher als umgekehrt, da interne Alkine stabiler (Hyperkonjugation).
Bspw mit KOH in EtOH und T
Base schnappt sich H in Alpha-Stellung, dadurch entsteht ein Allen.
Dann am selben C deprotoniert und es entsteht ein internes Alkin.
38
Hydratisierung von Alkin
```
liefert Keton (Markovnikov-Orientierung)
- über Keto-Enol-Tautomerie
```
mit H+, H2O, HgSO4
39
C-C Verknüpfungen
- Alkin an Halogenalkan oder Grignard
- Wittig-Rkt!
- Aldehyd/Keton mit Grignard
- Carbonsäurechlorid/Ester mit Grignard (doppelt alkyliert) zu Alkohol
- Carbonsäurechlorid/Ester mit R-CuLi zu Keton
-
40
Selektiv Keton hydrieren bei Anwesenheit von Carbonsäure
Durch die Clemmensen-Reduktion:
durch Umsetzung mit amalgamiertem Zink in Salzsäure = Zn(Hg), HCl
Als Substrate dienen Aldehyde, aliphatische Ketone und araliphatische Ketone (mit einem aliphatischen und einem aromatischen Rest), wobei Diarylketone im Allgemeinen schlecht reagieren[2] Die Clemmensen-Reduktion ist eher für niedermolekulare Verbindungen geringer sterischer Hinderung geeignet.
41
Rückreaktion (und Struktur) von...
Iminen
Oximen
Hydrazonen (und ähnlichen Derivaten aus Carbonylverbindungen)
säurekatalysierte Hydrolyse (also mit Wasser)
42
(cyclische) Keton zu (cyclischen) Carbonsäureester direkt
Baeyer-Villinger-Oxidation
| mit Peroxycarbonsäure = R-(C=O)OOH
43
Keton zu Alkohol reduzieren, bei Anwesenheit einer Aldehydgruppe
```
mit Cerchlorid (Ce3+)
Cer komplexiert Keton Sauerstoff und macht Carbonylgruppe angreifbarer, elektrophiler.
```
44
Vollständige Reduktion von Ketonen
| 2 Varianten
1. Zn, HCl und T
| 2. Hydrazin, H2O, OH- und T
45
Oxidation von Arylmethanen
Toluol mit O2 und DBP (Dibenzoylperoxid) dann mit H2SO4 unter Wasserabspaltung zu
Benaldehyd
46
Techn Variante zur Oxidation von Alkoholen
Mit O2/kat. Ag
```
Zum Aldehyd (nicht zur Säure)
Zum Keton
```
47
Synthese von Imin, Oxim, Hydrazone
Imin durch Carbonyl mit Amin
Oxim durch Carbonyl mit Hydroxylamin
Hydrazone durch Carbonyl mit Hydrazin
48
Triphosgen Darstellung, warum vorteilhafter?
Phosgen mit HOMe, substituiert schnell. Dann nochmal mit HOMe ist dann Dimethylcarbonat
Mit hv, Cl2 --> Triphosgen
Feststoff, besser handhabbar als Phosgen
49
Polycarbonate,
| Bsp: Makrolon
Phosgen und Bisphenol A
50
Harnstoff Synthese
Wöhler-Synthese:
Uber Kaliumcyanat und Ammoniumchlorid
Techn. Synthese:
CO2 + 2 NH3 --(p,T)--> Harnstoff, H2O
51
Carbonsäureester zum Alkohol
Mit Metallorganyl
Mit komplexen Anhydriden (geht aber nur mit Carbonsäureestern!)
52
Säurechloride Reaktionen
1) Hydrolyse (bzw Rkt mit Nu)
2) mit Alkohol zu Ester (wenn man nicht will dass durch HCl sauer ist, muss man Opferbase (sterisch gehindert) dazugeben)
3) Aminolyse (mit Amin)
4) Ar-Se, Friedel-Crafts-Acylierung mit LA
53
Enaminbildung
sek Amin + Keton/Aldehyd
Enamine sind ungesättigte chemische Verbindungen
unter Abspaltung von Wasser.
Bei primären Aminen oder Ammoniak als Edukte liegt das Tautomerengleichgewicht nicht auf der Seite des Enamines, sondern auf der Seite des Imines (siehe Keto-Enol-Tautomerie).
54
Amid zu Nitril
Mit Thionylchlorid (da stark Wasser-Ziehend!)
55
Synthese von Carbonsäuren
1) über Alkohol
2) aus Estern mit Base dann H3O+
3) aus Amiden (Hydrolyse) mit T wegen Amidresinanz
4) Grignard an CO2 (verlängert Kette)
5) Nitril aus Hal-R Hydrolysieren
6) über Malonestersynthese
56
Von Carbonsäure zu Keton
Säurechlorid mit SOCl2
| Dann mit Grignard
57
Beeinflussen, dass eine Rkt eher intramolekular abläuft?
Das Ziegler-Ruggli-Verdünnungsprinzip besagt, dass eine intramolekulare, chemische Reaktion gegenüber der intermolekularen Reaktion bei hoher Verdünnung bevorzugt ist, [...].
58
Aldoxim zu Nitril
Mit Ac2O (Essigsäureanhydrid)
Wird zu Nitril und 2 x Essigsäure
oder..
mit PCl5 (Phosphorpentachlorid),
O zu P und -2HCl
-POCl3
59
Produkte bei Malonestersynthese?
Acetessigestersynthese?
Claisen-Kondensation?
Malonestersynthese:
Alkylierte Malonester
- bzw. nach Hydrolyse Dicarbonsäuren
- bzw. nach Hydrolyse und Decarboxylierung eine Carbonsäure
Acetessigestersynthese:
- nach Hydrolyse,
alkylierte Beta-Ketosäure.
- nach Hydrolyse und Decarboxylierung; Methylketon
Claisen-Kondensation:
Beta-Ketoester
60
Selektiv nur Keton oder nur Aldehyd reduzieren, wenn beide Anwesend..?
Aldehyd mit NaBH4 allein, da reaktiver (sterisch weniger gehindert) bei tiefen T.
Keton ist aber stärkere Lewis-Base wegen +I-Effekt, daher wenn CeCl3 dazu kommt, ein stabileres Komplex und Keto-Gruppe besser für den Angriff aktiviert.
61
Aldehy/Keton, Kondensation mit N-Nukleophilen.
| Reagenzien
Mit p-TsOH
62
Bei Ester, Säurechlorid mit Grignard, tiefe T
Bleibt auf Stufe von keton stehen
63
Diazomethan?
Zur Methylierung, besonders zur Synthese von Methylestern aus Carbonsäuren oder von Cyclopropanen aus Alkenen.
Mit N2 als gute Abgangsgruppe
64
Darstellung Cumol?
Benzol und Propen,
Säurekatalysiert (H3PO4) und T
= F.-C.-Alkylierung
65
Aldehyde Darstellung
Hydroborierung-Oxidation terminaler Alkine
66
Darstellung eines monoalkylierten Benzols?
Über Acylierung (Friedel-Crafts) und dann Umsetzung mit amalgamiertem Zink [Zn(Hg)] und HCl (Clemmenson-Red.) um zu reduzieren.
Als Substrate dienen Aldehyde, aliphatische Ketone und araliphatische Ketone (mit einem aliphatischen und einem aromatischen Rest), wobei Diarylketone im Allgemeinen schlecht reagieren. Die Clemmensen-Reduktion ist eher für niedermolekulare Verbindungen geringer sterischer Hinderung geeignet.
Acyloine und α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen sind ungeeignete Substrate. Komplementär ist die Wolff-Kishner-Reaktion, die wiederum für basenstabile Verbindungen geeignet ist.
67
Vermeiden von Chlorgas für Chlorierung (von Aromat)
HCl und KClO3
68
Darstellung anti-Diol
Über DB mit m-CPBA zu Epoxid. Dann mit Wasser und (kat.) Säure oder Base
69
Iod an Aromat...?
Über Sandmeyer-ähnliche Reaktion.
Diazoniumion, dann mit KI(bzw KI3) versetzt.
über Radikalketten (u.a. üner I3-Anion)
70
Thiol Darstellung
Alkylieren von Thioharnstoff.
R-X + Thioharnstoff
—>R-S(=NH2-)-NH2
Dann mit NaOH
—> R-SH und Harnstoff + NaX
71
Carbonsäure + Diazomethan
Methylierung eines Carboxylats im schwach sauren.
Diazomethan = (-)CH2-N2(+)
Carbonsäure protoniert an CH2, dann greift Carboxylat nucleophil an CH3 an und N2 als Abgangsgruppe (SN2)
72
Ethylenoxid (epoxid)
Mit...
```
...Säure (bspw kat. H2SO4)
...Base (bspw kat KOH)
...NH3 (äqu.; 0.5; 0.33 äqu)
...MeOH, kat H2SO4
... H2O kat H2SO4
...unterschuss H2O, kat H2SO4
```
Mit Säure wird H2O+ als gute Abgangsgruppe gebildet weshalb dann intramolekular zu -> Dioxan reagiert. Diethylenglycol als ZS.
Mit Base entsteht Polyethylenglykol. Diethylenglycol auch hier als ZS.
Mit NH3 entweder einmal mit nucleophilem Angriff zur Ringöffnung oder ggf 2 bzw. dreifach -> N(CH2-CH2-OH)3
Mit MeOH Methylenglycol
Mit Wasser normal, Ethylenglycol
Im Unterschuss Diethylenglycol.
73
Cyclopropansynthese?
Über DB + Carben
74
Ipso/Substitution an Ar-Br
Mit Mg, E+
| Oder n-BuLi; E+
75
Desulfonieren an Aromat?
Mit halbkonz H2SO4
| Kann nicht mehr sulfonieren. Geht nur Rückreaktion vonstatten
76
Reagenzien um aus DB (Dichlor-)Cyclopropan zu machen?
HCCl3, NaOH,
| Kat. BnNEt3(+)Cl(-) [Phasentransferkatalysator]
77
Methylieren von Carbonsäuren mit Diazomethan
CH2-N2.
CH2 Teil wird protoniert, Carboxylat entsteht, dieses greift rückseitig an, N2 geht ab und CH3 ist nun an Carboxylat Gruppe -> Methylester.
78
Ar-SE mit Metallaromaten
In der Regel ortho-Stellung dirigierend!
| Hilft bei Einführen von schwachen Elektrophilen.
79
Bromhydrinbildung, Reagenzien?
NBS in wässrig. T-BuOH oder DMSO und H2O
Durch NBS greift Br an DB an (wenig) und durch H2O mit nun Negativ geladenem N im NBS kann OH(-) und Succinid entstehen,
OH greift dann Bromoniumion an.
—> Ein Bromhydrin
80
Darstellung von Dichlorcarben
Chloroform + NaOH
—> Cl2C
81
Bisphenol A Darstellung
Phenol + Aceton und H2SO4
Dann + Phenol
SN1
82
Halogenid defunktionalisieren
Mit Rad. Subst.
Bu3Sn-H
Oder
(Me3Si)Si-H
Und AIBN oder DBP (Dibenzoylperoxid)
83
Alkohol defunktionalisieren
Barton-McCombie
Rad. Subst.
NaH, CS2, MeI —> Xanthogenat
Dann mit Bu3SnH und AIBN
84
Burgess-Reagenz
Et3N-SO2-NH-CO2Me
syn-Eliminierung. vom Alkohol (sek oder tert.) zum Olefin.
- Alkohol deprot.
- O(-) greift dann S an. NEt3 geht ab.
- NEt3 deprotoniert dann NH
- Dieses N(-) schnappt sich dann H neben OH Gruppe und es entsteht DB, Reagent geht ab.
auch andere Reaktionen möglich:
- Formamid —> Isonitril
- prim. Amine und Oxime — Nitril
- Nitroalkan —> Nitriloxid
- prim. Alkohol —> Carbamat, mit H(+) dann zu prim. Amin
85
Vom Alkohol zum Olefin
Mit Burgess-Reagenz.
| Eintopfreaktion
86
DB stereoselektiv zu Epoxid?
z.B. mit m-CPBA (stereospezifisch cis, Spiro-ÜZ)
auch machbar:
Über Halogenhydrin (bspw mit Cl-NH-SO2Tol in Aceton u. H2O)
. Zunächst Onium-Ion dann mit (-)OH angegriffen.
Dann mit NaOH oder NaH intramolekular SN2 stereoselektiv zu Epoxid cyclisiert.
(Nämlich die Seite der OH Gruppe ergibt Seite des Epoxids, da diese als Nu angreift).
87
Darstellung eines Halogenhydrins
Halohydrine sind eine Substanzklasse organischer Verbindungen, die als funktionelle Gruppe an ein Kohlenstoff-Atom ein Halogen als Substituenten und an einem benachbarten Kohlenstoff-Atom eine Hydroxygruppe tragen.
Sie werden in der Regel aus Olefinen durch Halogenierung in Anwesenheit von Wasser hergestellt. Als Halogenquelle dient hier häufig N-Bromsuccinimid (NBS) oder N-Chlorsuccinimid (NCS). Ein weiteres Verfahren ist die Umsetzung von Epoxiden mit Halogenwasserstoff-Säuren.
In Anwesenheit einer Base entsteht das Halohydrin nur als Zwischenstufe und es findet eine intramolekulare Cyclisierung zum Epoxid statt. Dies ist die Umkehrung der Reaktion zur Darstellung von Halohydrinen aus Epoxiden mit Halogenwasserstoffsäuren.
Epoxidierungen in biologischen Systemen können durch Halohydrindehalogenasen katalysiert werden.
88
Darstellung von Ethylenoxid
Das einfachste und technisch interessanteste Epoxid ist Ethylenoxid (Ethenoxid). Es wird durch Oxidation von Ethen an einem Silberkatalysator hergestellt (Heterogene Katalyse).
89
EInsatz von DIBAL?
Die leichter zugängliche CpO-Gruppe eines Diketons kann man umgekehrt mit Lewis-
Säuren komplexieren, die aufgrund einer beträchtlichen eigenen Größe empfindlich
auf sterische Effekte reagieren, die die Substituenten an den beiden CpO-Gruppen
ausüben. Ein geeignetes Reagenz für eine solche selektive Komplexierung ist das
Aluminoxan A (Abb. 10.7, rechts). Nachdem die Komplexierung erfolgt ist, setzt man
als Reduktionsmittel DIBAL zu.
Dieses Reagenz besitzt wegen des elektronendefizienten Aluminiums im Gegensatz zu NaBH4 auch eine gewisse Elektrophilie. Deswegen
greift es bevorzugt die nicht mit dem Metall komplexierte CpO-Doppelbindung
an, denn nur dort bietet sich dem Aluminium das freie Elektronenpaar des O-Atoms als
nucleophiler Angriffspunkt an. Resultat: DIBAL reagiert letztlich mit der stärker gehinderten
ketonischen CpO-Doppelbindung.
90
Erfolgsrezept für erfolgreiche (stereoselektive?) gekreuzte Aldolkondensationen
- nur ein Partner ist in der Lage zu enolisieren
- der enolisierbare Partner ist elektrophiler als der andere Partner
Bsp:
Acetophenon + 4-Nitrobenzaldehyd
Benzaldehyd nicht enolisierbar und durch die Nitrogruppe elektrophilere Carbonylgruppe
91
Reaktivität verschiedener Carbonylverbindungen
(Alle nicht enolisierbar)
- Formaldehyd
- mit CF3 oder CCl3 Substituent
- alkyl-Substuenten
- alkenyl
- Aryl
- NR2
- OR (bspw Lacton)
Oben stark
| Unten schwach
92
Epoxidierung einer DB in Anwesenheit einer ketonischen C=O DB?
Mit Persäuren die Gefahr der Baeyer-Villinger-Oxidation (Keton zu Lacton)
Daher:
Epoxidierung mit Imidopersäure.
- in situ gebildet aus H2O2 und bspw. Benzonitril
Oder bei einem Enon auch möglich mit alkalischem (NaOH) H2O2, welches zunächst über 1,4-Addition verläuft
93
Alpha-Halogenierung neben einer Carbonylgruppe - am weniger substituierten C!
Normal einfach säurekatalysiert (auch Lewis-S) mit Hal2.
Um selektiv zu Halogenieren Umweg über LDA und Silylenolether.
Keton + LDA (spaltet wenger subst.H ab) --> Lithiumenolat
+ Me3SiCl --> Silylnolether
+ Br2 --> Alpha-Bromiert an weniger subst. C
94
Anziehung von Elektrophilen und Nucleophilen von 2 Faktoren abhängig
Clayden, S.561
1. elektrostatische Anziehung von Ladungen
2. Orbtalüberlapung zwischen HOMO des NU und dem LUMO des E+.
Erfolgreiche Reaktionen i.d.R. eine WW von beiden Faktoren, manchmal dominiert aber die eine oder andere.
Harte Nu neigen dazu durch 1. bestimmen zu lassen.
Weiche Nu, größere Atome, werden vorwiegend durch Orbitalüberlappung beeinflusst.
95
Überführung von Alkohol zu Alkylchlorid
durch EInwirkung von Thionylchlorid (SOCl_2)
Vorteile: niedriger Preis + nur Gase als stöch. Nebenprodukte, Erleichtert Aufarbeitung
96
SOCl_2 vs. SO_2Cl_2
Thionylchlorid (SOCl_2)
- zur Synthese von Alkylchlorid aus Alkohol über SNi-Mechanismus
Sulfurylchlorid (SO_2Cl_2)
- in Gegenwart eines Radikalstarters zur radikalischen Chlorierung von Alkanen und Cycloalkanen
- Darstellung arom. Sulfonsäurechloride über Ar-SE
97
Darstellungsmöglichkeiten für Aldehyde/Ketone
Aldehyde:
- Säurechlorid + Red-mittel
- Ester + DIBAL (damit meine Überhydrierung)
- Weinrebamid + Red-Mittel
- Carbonsäure + Metallorganyl (RLi oder Grignard möglich)
- endständiges Alkin über Hydroborierung/Oxidation
- Hydroformylierung: Alken + H2 + CO (zusammen als Synthese-Gas bekannt) mit Rh-Kat.
- Oxidation von prim. Alk. (Collins, PCC, etc), wasserfrei
- > besser: Swern-Oxidation mit DMSO, Oxalylchlorid, Et3N
Keton:
- Säurechlorid + Cu-Organyl
- Weinrebamid + Grignard o. Li-Org. (mit Säure aufarb.)
- Carbonsäure + Metallorganyl (nur 2 RLi o. Trifluorac)
- Oxidation von sek. Alk. (Jones, Collins, PCC, etc)
- Swern-Ox.
- Hydroborierung/Ox. von Alkin
98
Von Aromat zu Thiol?
Über Arylkation (welches durch Diazotierung + T gewonnen wird)
und Zugabe eines Xanthogenats bzw. K(+)(-)S-S-R
—> wird dann zu einem S-Arylxanthogenat.
99
Umwandlung primäres Carbonsäureamid zu Nitril
Mit P_4O_10
| Oder Trifluoracetanhydrid, Thionylchlorid bzw Trichloracetylchlorid/NEt3
100
PPh3 - Triphenylphosphin
Anwendung in versch. Bereichen
zur Darstellung von Yliden (f. die Wittig-Reaktion)
Triphenylphosphan dient zur Herstellung des Wittig-Reagenzes, das großtechnisch für die Synthese von Vitamin A (Retinol) und Olefinen benötigt wird. Eine andere wichtige großtechnische Aufbaureaktion ist die moderne Variante der Hydroformylierung (auch: Oxosynthese), bei der ein Rhodiumkomplex des Triphenylphosphans eingesetzt wird, hierbei reagieren Alkene mit Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff zu wertvollen Aldehyden. Diese werden meist zu wichtigen Alkoholen weiterverarbeitet. Im Labormaßstab wird Triphenylphosphan zur Darstellung von Estern, Ethern, Amiden und Thioethern bei der Mitsunobu-Reaktion eingesetzt. Außerdem wird Triphenylphosphan im Labor als Bestandteil der Staudinger-Reaktion genutzt, bei der primäre Amine aus Aziden synthetisiert werden. Weiterhin spielt Triphenylphosphan als Ligand des Palladiumkatalysators eine Rolle, beispielsweise bei der Heck-Reaktion oder der Sonogashira-Kupplung (wie (PPh3)2PdCl2 oder (PPh3)Pd). Zuweilen wird dort auch das Arsenanalogon Triphenylarsin verwendet.
Triphenylphosphan kann als Hilfstoff für Gerberei-Verfahren zur Entfernung von Hornsubstanzen aus Tierhäuten verwendet werden.[8]
101
Enolisierbare und nicht enolisierbare Carbonyle
Nicht enolisierbar: keine alpha H z. B. Formaldehyd, Benzaldehyd
102
wichtige 1,3-Dipole
- Diazoalkan
- Nitriloxid
- Azid
- Ozon
- Carbonyloxid
103
Darstellung von Nitriloxiden?
Synthese aus Aldehyden
- Aldehyd + Hydroxylamin (H2N-OH) zu Oxim
- dann entweder Cl2 oder Et3N hinzu
1. ) bei Cl2 entsteht RClC=N-OH
2. ) bei Et3N entsteht R-CN(+)-O(-)
Synthese aus Nitroalkanen
- RCH2-NO2 + Ph-N=C=O
- O(-) greift an C an, C=O klappt um
- -> es entsteht R-CN(+)-O(-) und Ph-NH2 und CO2
104
Wann/warum setzt man Weinrebamide ein?
| Fkt Gruppe und Darstellung?
Oft eingesetzt bei Grignard-Rkt zur Darstellung von Ketonen oder Aldehyden.
Problem bei Grignard mit Carbonsäurederivaten ist oft die Überalkylierung zu einem tert. Alkohol.
Mit Weinrebamiden wird die elektrophile Reaktivität abgeschwächt.
Weinreb-Amide sind N,O-Dimethylhydroxylamide einer Carbonsäure.
Weinreb-Amide werden normalerweise durch Amidierung von Carbonsäuren beispielsweise über ihre Carbonsäurehalogenide hergestellt.
Auch die Aminolyse von Carbonsäureestern mit metalliertem N,O-Dimethylhydroxylamin ist eine Möglichkeit Weinreb-Amide herzustellen.
Die Umsetzung von Carbonsäure-Derivaten wie Estern und Säurechloriden mit metallorganischen Nucleophilen wie z. B. Grignard-Verbindungen führt in der Regel nicht zu den Ketonen, weil hier die Abgangsgruppe gut ist und das Keton schon während der Reaktion entsteht und dieses dann mit einem weiteren Nucleophil zu den entsprechenden Alkoholen weiter reagieren kann. Bei Weinreb-Amiden ist die Abgangsgruppe verhältnismäßig schlecht und das Keton wird erst bei Aufarbeitung mit verdünnter, wässriger Säure freigesetzt. Während der Reaktion bleibt das Weinreb-Amid auf der Stufe des stabilen tetraedrischen Chelates stehen, welcher die Addition von mehr als einem Äquivalent der metallorganischen Verbindung verhindert. Bei dem Chelat-Komplex handelt es sich um ein Halbaminal.
105
Orthoester Funktion?
Einsatz zur direkten Ketalisierung.
Da das Problem bei der Acetalbildung ist, dass vorhandenes Wasser das Acetal wieder hydrolisiert und die Wasser-Entfernung aber entropisch ungültig ist (Aldehyd + 2 Alk --> Acetal + Wasser)
Die Lösung daher zumindest bei Ketonen:
Keton + Orthoester --> Ketal + Carbonsäureester
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Bei Aldehyden kann mit Überschuss eines der Reagenzien, Einsatz von trockenem HCl-Gas oder durch Wasserentfernung mit Molekularsieb gearbeitet werden.
Orthoester: mit der allgemeinen Formel R–C(OR’)3.
Sind dreifache Ester der in freier Form nicht existenten Orthocarbonsäuren [R–C(OH)3], den Additionsprodukten von Wasser an Carbonsäuren (Hydrate). Orthocarbonsäuren folgen der Erlenmeyer-Regel; die Gleichgewichte der Addition von Wasser liegen deutlich auf der Seite der Carbonsäuren.
106
Bei einer Alpha,Beta-ungestättigten Carbonylverbindung
| wann greift das Nu an DB und wann an der Carbonylgruppe an?
BSP:
konj. Carbonyl mit NaCN, HCN
bei 5-10°C reagiert über klassische Addition (kin. Produkt, bei tiefen T, damit nur schnellste Rkt stattfindet)
aber bei 80°C über konjugierte Addition an DB! (TD Produkt)
Allgemein abhängig von...
...Reaktionsbedingungen (kin. oder TD Produkt)
...Art der ungesättigten Carbonylverbindung (o je reaktiver die Carbonylgruppe, desto eher die direkte Addition bevorzugt)
...Art des Nukleophils (hart/weich)
107
Warum sind Dithane (S,S-Acetale) präparativ nützlich?
Die Darstellung verläuft praktisch analog (obwohl man meist ne Lewis-Säure als Kat braucht, statt Brönsted-Säure).
Dithiane sind um einiges stabiler als Acetale, und man muss soezielle Reagenzen verwenden, um ihre Hydrolyse zu unterstützen und die verborgenen Carbonylgruppen freizulegen.
Mit HgCl2 und H2O wieder zu normaler Carbonylgruppe.
Schwefel ist weniger basisch als O, sodass die protonierte Spezies bei gegebenem pH-Wert in geringer Konzentration vorliegt, und die freien 3p-Elektronenpaare von Schwefel sind weniger in der Lage, stabile Pi-Bindungen mit C einzugehen als die freien 2p-Orbitale von Sauestoff. Die Lösung ist daher ein besseres Eletrophil anzubieten als ein Proton --> Hg
Man kann die Reaktivität des Carbonyl-C's umpolen, d.h. aus Delta-Positiv wird Delta-Negativ. Mit n-BuLi wird Alpha-H de protoniert und Li koordiniert dran. Reagiert dann mit einem Elektrophil.
108
Von Carbonsäure zu Nitril?
.
109
Selektiv die Carbonsäuregruppe zum Alkohol reduzieren in Gegenwart einer Ester-Gruppe..?
Und umgekehrt?
Selektiv Carbonsäure mit Boran (BH3)
Selektiv Ester mit LiAlH4
S. 587 Clayden
110
Herstellung von amiden aus carbonsäuren
--> keine gute Methode!
Aber möglich
Problem: carbonsaure reagiert mit Amin zu carboxylat und Ammonium, denn amine selbst sind basisch und entfernen das acide Proton von der Säure
Sobald carboxylat vorliegt, sind Substitutionen nicht mehr möglich, denn kein Nucleophil wird carboxylat angreifen
Unter neutralen Bedingungen sind Alkohole nicht reaktiv genug, unter säurekatalyse entstehen Ester aus Alkoholen und carbonsäuren
Wie jetzt doch möglich?
Durch erhitzen - - > ammonium salz muss so stark erhitzt werden, dass es dehydratisiert
111
Herstellung von ketonen aus estern : Problem
Ester + grignard reagenz = Alkohol und kein keton!
Grignard greift Ester an - - > es entsteht ein keton
Das zweite grignard Molekül hat jetzt die Wahl entweder Ester oder keton angreifen : ketone sind elektrophiler als Ester - - > grignard reagiert also mit Ester - - > es entsteht ein stabiles alkoholat und nach saurer Aufarbeitung ein tertiärer Alkohol
Problem: ketoprodukt ist reaktiver als die ausgangsverbindung
112
Herstellung von ketonen aus estern: Lösung
Um das Problem zu umgehen braucht man einen reaktivieren ausgangsstoff oder ein weniger reaktives Produkt.
Reaktive ausgangsverbindung wäre ein säurechlorid - - > z. B. Mit kuoferorganischen Reagenzien, diese sind zu reaktionsträge, um an das ketoprodukt zu addieren, aber reagieren mit dem säurechlorid
Weniger Reaktive Produkte :
Bessere Lösung - - > mit dem richtigen ausgangsstoff wird die TZW so stabil, dass sie während der Reaktion nicht zu einem keton weiter reagiert - - > bleibt ggü Nucleophilen unreaktiv. Keton entsteht erst, wenn Reaktion zum Schluss mit Säure unterbrochen wird.
Schlechtes elektrophil einsetzen (lithiumcarboxylat) - - > ein ausreichend starkes Nucleophil (organolithiumverbindung) kann an elektrophil addieren
Weinreb amide (R(C=O)N(Me)(OMe)) N-Methoxy-N-methylamid
Stabile TZW, da diese durch chelatisierung des Mg mit den zwei O stabilisiert wird
Oder:
Nitril anstelle eines esters - - > zwischenstufe ist das anion eines imins (ist nicht elektrophil) - - > wird dann protoniert und hydrolysiert zum keton
113
Cracking
Gewinnung von monomeren aus dimeren oder polymeren
| Z. B. Cyclopentadieendimer hohe Temperatur wird zu 2 cyclopentadien
114
Herstellung primärer Amine
SN2 mit alkylhalogenid und Ammoniak - - > ABER: die alkylierungsschritte wiederholen sich, es entstehen sekundäre und tertiäre Amine und das hört erst auf, wenn das nicht nucleophile tetraalkylammoniumion R4N+ gebildet wird - - > Problem ist, dass die zusätzlichen alkylgruppen mehr und mehr elektronendichte zum N verschieben, sodass jedes Produkt reaktiver ist als das vorherige.
Lösung : Ammoniak durch azid (N3-) zu ersetzen - - > reagiert nur einmal mit alkylhalogeniden, weil das Produkt, ein alkylazid, nicht mehr nucleophil ist. Wird dann zu einem primären Amin mit LiAlH4 oder H2/PD reduziert
115
Umwandlung von Alken in ein Dien? Über welche zwischenstufe?
Addition von Br2 an Alken - - > dibromid
| Mit KOtBu E2 Eliminierung 2x - - > Dien
116
Herstellung von Epoxiden
Mit Peroxysäuren (meiste mCPBA)
Haben ein zusätzliches Sauerstoffatom zwischen Carbonylgruppe und dem aciden H - es ist ein Ester von H2O2 - - > sind eher weniger acide als carbonsäuren, denn ihre korrespondierende base ist nicht mehr durch delokalisierung in die Carbonylgruppe stabilisiert. An dem zweiten O von OOH sind sie elektrophil, der Angriff eines Nucleophils verdrängt carboxylat als LG. Das LUMO der peroxycarbonsäure ist das sigma* der schwachen O-O Bindung.
Das Alken greift nucleophil das LUMO der O-O Bindung an - - > es entsteht das epoxid
Mechanismus analog zur Bildung des bromoniumion
117
Epoxid Synthese ohne peroxysäuren
Alken greift Nucleophil Br2 an - - > bromoniumion entsteht.
Wird von Wasser angegriffen (da als LM verwendet und Konz dementsprechend hoch, wahrscheinlich das Wasser als nucleophil reagiert)
Wasser greift am höher substituierten C an es entsteht ein bromhydrin
OH- kann OH deprotonieren
O- greift C mit Br an - - > Br- fliegt raus und es bildet sich ein epoxid
118
Was für ein pKa muss die Base haben um bei einem Aldehyd/Keton ein Enolat zu bilden?
- eine starke Base (bei der die konjugierten Säure ein höheres pKa als die Carbonylgruppe hat) deprotoniert komplett, dann erst gibt man Elektrophil hinzu
- schwache Base, kann in Anwesenheit des Elektrophils verwendet werden. Die konjugierte Säure ist schwächer als die der Carbonylgruppe. Diese ist generell bevorzugt, aber da muss drauf geachtet werden, dass die Carbonylverbindung nicht anderweitig mit der Base reagiert.
119
Wann entsteht ein Acyliumion?
bspw. bei der Friedel-Krafts-Acylierung.
Carbonsäurechlorid, Lewis-Säure (AlCl3)
--> R-CO(+) - Dreifachgebunden!
120
Alkenspaltung: Periodatspaltung und Ozonolyse
Zur Herstellung von aldehyden
Alken + OsO4 - - > diol
Diol + NaIO4 - - > periodatester
Anfänglich C=C Bindung wurde zur C-C und diese wird jetzt gespalten - - > 2 Moleküle aldehyd
Mit Ozon funktionieren diese beiden ox Schritte in einem Schritt
Ozon addiert sich in cyclischen Mechanismus an Alken - - > 5 ring mit 3 O Atomen - - > sehr instabil und zerfällt, dabei werden eine schwache O-O und eine C-C gespalten. Es bilden sich zwei starke C=O Bindungen. Die in einem noch vorhandene C=O-O Bindung (carbonyloxid) wird mit milden Red Mittel (Me2S) zu C=O.
Mit weiterer Behandlung mit ox Mitteln (H2O2) bilden sich carbonsäuren.
Mit stärkeren Red Mitteln (NaBH4) bilden sich Alkohole.
Fun fact: besonders nützlich ist die ozonolyse von cyclohexen: es entstehen 1,6 dicarbonylverbindungen (sind schwierig herzustellen) z. B. Hexan-1,6-disäure (Adipinsäure) für die Herstellung von nylon
121
Oxymercurierung von alkinen
Produkt : Keton!
Über mercurinium ion entsteht zunächst das enol
C wird protoniert, dann das O deprotoniert. C=O Bindungen sind stärker als C=C Bindungen. - - > keton. Aber ist noch Hg dran: jedes schwache Nucleophil kann Hg in Gegenwart von Säure entfernen
Herstellung von methylketonen
122
Möglichkeit neben einer Carbonylgruppe eine weitere Carbonylgruppe einzuführen
Nitrosierung von Enolen
Aus NaNO2 und HCl bildet sich Nitrosoniumion NO+ (isoelektronisch zu CO)
Aus cyclohexanon in Gegenwart von HCl wird das Enol - - > elektrophiler Angriff des N am Enol - - > entsteht Nitrosoverbindung (instabil) - - > kann tautomerisieren - - > aus Nitrosoketon (analog der enolisierung nur mit N) N=O ein Oxim.
Die OH Gruppe des Oxim kann mit der Carbonylgruppe des ketons eine intramolekulare H Brücke bilden. Durch hydrolyse des oxims entsteht das zweite keton
123
Carbonyle können im sauren und basischen über ihr Enol bzw Enolat reagieren.
Unter welchen Bed. sollte man Halogenieren und warum?
Halogenierungen sollte in saurer Lösung durchgeführt werden. Versuche in basischer Lösung führen zu Mehrfachsubstitutionen und sogar zur Spaltung einer C-C-Einfachbindung (s. Iodoform Darstellung bei der Carbonsäure und CHI3 entstehen).
Warum hält es in sauren Lösungen bei einfacher Halogenierung an?
- nur wenn stöch. zugegeben. Anders als beim basischen (wo bromierte Carbonyl-vdg Acider als Enolat) sind die ZS mit positiven Ladungen, werden daher in Gegenwart von Halogen destabilisiert.
Das Bromketon ist weniger basisch als Aceton, also ist weniger von der reaktiven protonierten Form vorhanden.
124
Enolat-Chemie:
Welches LM sollte man verwenden, wenn man mithilfe eines Methyl-Halogenids am C alkylieren will? Und welches, wenn die Alkylierung am O erfolgen soll?
Polar apotische LM (wie HMPA, DMF)
--> fördern die O-Alkylierung. Denn die Enolat Anionen werden voneinander getrennt und vom Gegenion getrennt (was die CO-Bdg polarer macht und die Ladung am O stärker)
```
Unpolare LM (wie THF, DME)
--> begünstigen die C-Alkylierung
```
125
Warum bildet sich mit LDA das kinetische Enolat?
In ÜZ koordiniert das Li mit dem O während das N mit dem benachbarten H koordiniert. 6-Ring ÜZ.
Wegen der iPr-Gruppe am LDA wird dabei das sterisch weniger gehinderte H besser koordinieren, also wird das Produkt gebildet bei dem dasjenige auch abgeht.
126
Gilman Cuprat + konj. Carbonyl
Me2CuLi
- zur Darstellung eines Enolats.
Cuprate reagieren über 1,4-Addition bei konjugierten Carbonylen, daher wird an der benachbarten DB methyliert, wodurch das Enolat (mit Gegenion MeCuLi+) entsteht.
Will man dann ein kupferfreies Enolat, kann man über Silylenolether gehen (+ Me3SiCl) und dann mit MeLi zum Li-Enolat.
127
Mit welchen Arten von C-Elektrophilen können Enolate reagieren?
- mit R-X über SN2 (sofern R= Me, Cprim, Allyl, Benzyl)
- Addition an eine Carbonylgruppe d.h. Aldolreaktion
- als Substitution an Carboxyl-C (sofern gute Abgangsgruppe(LG)) und als Ester
- Addition an eine mit EWG konjugierte DB = konjugierte Addition
128
Oxidation und Spaltung von Alkenen
1. ) Ozonolyse
2. ) ?
- zur Darstellung eines Carbonyls + Carbonsäure
- zur D. zweier Alkohole
- zur D. zweier Carbonyle
- nach Ozonolyse (O3) Zugabe von H2O2 liefert Carbonyl und CS
- Zugabe von NaBH4 o. LiAlH4
- Zugabe von SMe2 oder PPh3 oder Zn/AcOH
129
Trans und cis epoxid herstellen aus einem cis alken
Mit m-CPBA erhält man das cis epoxid. Diese epoxidierung ist stereospezifisch, da Reaktion in einem Schritt abläuft.
Mit H2O2 erhält man das trans epoxid. Ist eine zweischritt Reaktion. In der anionischen zwischenstufe ist freie Drehung möglich und unabhängig von der ausgangsgeometrie des alkens wird das stabilere trans epoxid gebildet.
E1cb Eliminierung von OH-
Zudem: elektrophile epoxidierungsmittel wie m-CPBA wirken bei nucleophilen alkenen.
Bei alpha, beta ungesättigten carbonylverbindungen und anderen elektronenarmen alkenen wird hydroperoxid eingesetzt (nucleophiles epoxidierungsmittel)
130
Reduktion von estern zu aldehyden
Ester + LiAlH4 - - > Alkohol - - > + Cr(VI) - - > aldehyd
In einer stufe:
Mit DIBAL-H (liegt als brückendimer vor)
Über TZW zerfällt nach wässriger Aufarbeitung zum aldehyd
131
Darstellung von Benzaldehyd?
Rad. Halogenierung von Toluol --> Benzalchlorid
Umsetzung mit H2O --> Benzaldehyd und HX
132
Synthese von ketonen
Acetessigestersynthese
Aus beta-keto estern werden ketone erhalten
Acetacetatderivaten - - > basische hydrolyse des esters - - > carboxylat - - > protonierung im sauren - - > 6-gliedriger cyclischer ÜZ - - > decarboxylierung - - > enolform des ketons - - > tautomerisiert zum keton
Ein einfacher Weg um ketone herzustellen. Es ist einfacher zwischen beiden Carbonylgruppen zu alkylieren. Die Elektronen ziehenden Gruppen stabilisieren das anion. Danach kann man die eine Carbonylgruppe abspalten. Möglich da carbonsäuren mit einer beta Carbonylgruppe bei erwärmen decarboxylieren
133
Synthese von carbonsäuren
Malonestersynthese
Beide Ester Gruppen werden im basischen hydrolysiert - - > carboxylat - - > protonierung im sauren - - > decarboxylierung von einer carboxylat Gruppe - - > enolform der carbonsäure - - > carbonsäure
134
Starke sterisch gehinderte Base (gehinderter als LDA) zur Li-Enolat-Bildung?
LiHMDS
Lithium-Hexamethyldisilazid?
135
Wie erklärt sich die Diastereoselektivität bei der Aldolreaktion?
Wie lautet da die allgemeine Regel?
Trans-Enolat ergibt anti-Aldol
Cis-Enolat ergibt syn-Aldol
Verläuft so wegen dem Ringartigen ÜZ (sesselförmig)
Li-Enolate bevorzugt cis --> syn
Sperrige Bor-Vdg liefert Trans --> anti Aldol
(Bspw. (c-Hex)2BCl und Base)
Mit kleinen Resten am Bor (oder auch 9-BBN, da großer Rest 'versteckt') cis-selektiv
