Лекция 27 · 2004. 12. 25. · Лекция 27 Карбонильные соединения....
33
Лекция 27 Карбонильные соединения. Реакции со спиртами и аминами Usus magister egregious Опыт – превосходный учитель
Transcript of Лекция 27 · 2004. 12. 25. · Лекция 27 Карбонильные соединения....
Лекция 27Карбонильные соединения. Реакции со
спиртами и аминами
Usus magister egregious Опыт – превосходный учитель
Реакция Анри, взаимодействие альдегидов и кетонов с алифатическими нитро-соединениями.Общие представления о механизме нуклеофильногоприсоединения по карбонильной группе альдегидов икетонов. Кислотный и основной катализ. Присоединениеводы, спиртов, тиолов. Ацетальная и дитиоацетальнаязащита карбонильной группы. Восстановление карбонильных соединений в алканы через дитиоацетали, алкилирование анионов дитиоацеталей, как метод синтеза кетонов.Взаимодействие альдегидов и кетонов с азотистымиоснованиями. Получение иминов и енаминов. Оксимы,гидразоны, фенилгидразоны. Реакция Кижнера-Вольфа.
Реакция АнриO
O
HR
CHO
NaOMe
CH3NO2
N
O
O
CH3NO2
OH
R NO2
NaOMe, MeOH
NO
O
O
Ac2O
NO2
R NO2
NO
O
OH
+
pyridine(85 %)
(85 %)
MeO CHO
HO
H
H
H
H H
O
Cl
Cl
CHO
NO2
Me
MeNO2
BuNH2
KOHMeOH
H2NCH2CH2NH2
Cl
ClH
HNO2
HO
H
H
H
H H
HNO2
MeOH
MeNO2
+
88 %
+ Me-NO274 %
95 %
Гидратация карбонильной группы –еще один пример реакции нуклеофильного присоединения
H2OH H
O
H H
OOH
H
OH2 HOH
H H
OHOH H
OHHO
H H
O+ H2O
H H
OHHO
ф ормальдегид гидрат или 1,1-диол
R R
O+ H2O
R R
OHHOK
O
H
O
H H
O
H
O
Cl
ClCl
O
F
FF
F
FF
O HO OH
ацетон
ацетальдегид
ф ормальдегид
хлораль
гексаф торацетон
константа равновесия К
0,001
1,06
2280
2000
1 200 000
циклопропанон циклопропанон гидрат
sp2 C хочет 120 °, но можно только 60 °
sp3 C хочет 109.5 °, но можно только 60 °
H2O
константа равновесия К
Карбонильная активность
H H
O
Alk H
O
Alk Alk
O
Ar H
O
Ar Alk
O
Ar Ar
O
H
O
MeO
H
O
H
O
O2N
> >
> > >
>
< <
Получение полуацеталей
R H
OHEtOEtOH
R H
OOH
EtR H
OEtO
HOEt
HOEt
O OH
H
O O
H
HO
OH
OH
R H
O
R H
O
O
HHO
Et-OH
альдегидполуацеталь
гидроксиальдегид циклический полуацеталь
внутримолекулярная атака гидроксильной группы
Углеводы как правило существуют в форме полуацеталей
OH
OH
HO
HO
OOHHO
HOHO
OH
OHO
HOHO
OHOH
OH
OH
HO
HO
HO
HO
HOHO
O
OHHO
OHO OH
OHHO
HO
циклическая глюкоза > 99%
циклическая рибозагидроксиальдегид
гидроксиальдегид
Образование полуацеталей при основном катализе
EtOHR H
O
R H
OEt-O
R H
O
EtOH
OH
R H
OHEtO
R H
OEtEtO
EtOH
R H
OEtO
альдегид полуацеталь
+
+
основный катализ
Этилат-ион более нуклеоф илен, чем этанол
ацеталь не образуется
Образование полуацеталей при кислотном катализе
EtOHR H
O
R H
OH
Et-OH
R H
O H
R H
OHEtO
R H
OHOH
Et
альдегидполуацеталь
+кислотный катализ
протонированная карбонильная группа более электрофильна
Кислотно-катализируемое образование ацеталей
O
R1 R2
HOH
R1 R2
R3 OH
R1 R2
HO OH
R3
R1 R2
HO O R3H
избыток спирта , удаление воды
R1 R2
H2O O R3O
R1 R2
R3 OH
R3
R1 R2
R3O OH
R3
OR3
R1 OR3R2
+ H
избыток воды
O
OHHO
OH
OHHO
O
OHHO
OH
OHO
H
O
OH
OH
OHHO
H
O
OHO
OH
OHO
H
O
OH
OH
HO
H
O
OHO
OH
OHO
глюкоза мальтоза
целлюлоза
полуацетальполуацеталь
ацеталь
n
n CH2O HO-(-CH2-O-)n-H
O
O
O
O
O
O
CH3
H3C CH3
триоксан
паральдегид
параф орм
O
OO
O
метальдегид
Ацетальная защита карбонильной группы
O
Me H
CHO
Me R
BuOH
MeOH
TsOH
OO O
Me R
MeO OMe
Me O
OBu
Bu+
12 ч., кипячение 50 %
пропускание сухого HCl2 мин, 30 °С
60 %
кат. TsOHмолекулярные сита0 °С, 2 ч.
62 %
iPrOH
OMe
H OMe
OMe
O
O
MeO H
O
O
OMeOMe
+20 °C, 15 мин.
MeOH, H+ кат.+
Удаление (снятие) защиты
Me O
O
Me R
MeO OMe 2 M H2SO4
Me H
O
Me R
CHO
30 мин
3 % HCl, H2O+ 2 BuOH
Кислотно-катализируемое образование диоксоланов
OH
OH
OHHO
HO OH
OH
H2O OOH
O
OHOO H
HO OOH
OO- H+
полуацетальный интермедиат
оксониевый ион диоксолан
MeO
MeO
S S
O
O
CF3CO2H, H2OOHC
S S
O
OCHCl3, 0 °C, 1 ч.
(96 %)
Образование дитиоацеталей
CH3
O
HSSH
CH3
O HSSH ZnCl2
CH3
S
S
CH3
SS
BF3*Et2O
эф ир 0-20 °С
(99 %)
эф ир 25 °С
(95 %)
Восстановление дитиоацеталей – метод превращения карбонильной группы в CH2-фрагмент
OR2
R1
CH3
S
S
HSSH
EtOH
CH2Cl2
CR2R1
CH3
H
H
R1
R2 S
S
(60 %)
Ni Ренея + H2
20-40 °С
+
Ni Ренея + H2
BF3*Et2O
H H
Алкилирование анионов дитиоацеталей. Снятие защиты
S
S
S
S
S
S
S
S
HgCl2
MeOH-H2O
HgCl2
S
SH
S
SHCl
HO-CH2-CH2-OH - H2OO
O
1) BuLi
2) CH3(CH2)4Br
1) BuLi
2) CH3(CH2)4Br
(87 %)
1) BuLi
2) Cl(CH2)3Br
(50 %)
1) BuLi
Взаимодействие карбонильных соединений с аминами
R1 R2
O
Nu
R1 R2
O
Nu
H
R1 R2
OH
Nu
H
O
H2N
H
N+ H2O
H+ катализатор
имин - основание Шифф а
O
Ph Me
Me
H2N Ph
N
Ph Me
Me
Ph+
H+ кат.
(72 %)бензол, насадка Дина Старка
Влияние pH среды
O
Ph H
O
R R
Ph NPh
H2NPh
RNH2
Ph N
O
Ph
H H
N
R R
R
Ph NH
OH
Ph
H
Ph NH
OH2
Ph Ph NH
Ph+
иминполуаминаль
эта стадия проходит при pH 4 необходим кислый катализатор - медленно при pH 6
+ H2O
скорость образования имина от pH
pH
log скорости
скорость
присоединениемопред еляется
скорость
дегидратациейопределяется
полуаминаля
Синтез аланина в природе
N
H2N
Me
OHR
N
N
Me CO2H
Me
OHR
O
Me CO2H
N
N
Me CO2H
Me
OHR
N
O
Me
OHR
NH2
Me CO2H
- H2O
два имина в равновесии
аланин
пиридоксальпиридоксамин
пировиноградная кислота
+ H2O
CHO
NH
NH
Ph
Ph
OH
H
O
R H
N N
N
N
NCHR
NPh
Ph
NH
CH3OH; H++ + H2O
Аминали – азотные аналоги ацеталей
+ NH3 + H2O
+ NH3 + H2O
Имины, полученные из аммиака не устойчивы
NNH
Ph PhNHNH2
NOH
O
NH2OH
NH
ONH2
H2N
NNH
NH2O
(гидроксиламин)
(семикарбазид )(ф енилгидразин)
(оксим)
семикарбазонф енилгидразон
O OO
NNH
NH2O
NNH
NH2O
NNH
NH2O
NNH
NO2
O2N
NNH
NO2
O2NN
NH
NO2
O2N
Ткип. 102 °С Ткип. 102 °С Ткип. 106 °С
Тпл . 112 °С Тпл . 139 °С Тпл . 157 °С
Тпл . 143 °С Тпл . 156 °С Тпл . 125 °С
Восстановление по Кижнеру-Вольфу
O CHO
O
COOH
O
HOOC N2H4
KOH
O CH3
HOOC COOH
1) NH2NH2*H2O
2) KOH; HOCH2CH2OCH2CH2OH; 200 °C(60 %)
1) NH2NH2*H2O
2) KOH; HOCH2CH2OCH2CH2OH; 240 °C (90 %)
9
(93 %)
Механизм реакции Кижнера-Вольфа
R2
R1
NNH2
OH
H2O
R2
R1
H H
NR2
R1
NH
H2O N2
R2
R1
H
NR2
R1
NH
H2O
OH
H2O
NR2
R1
NH
NR2
R1
NH
H
OH
- N2+
Восстановление по Клемменсену
OH
O
O
Zn(Hg)/HCl
OH
O
65%O
Zn(Hg)/HCl
83%
Синтез аминов из иминов
Ph
O
NaCNBH3
Ph Me
ONH3
Ph Me
NH2
NMe Me
CH2=ONaCNBH3
NaCNBH3
Ph Me
NMe Me
Ph Me
NH2H
NMe Me
pH 6нет реакции pH 6
90 %
pH 6
81 %
pH 6
NaCNBH3
CHONH3
H2, Ni
PhNH270 °C
90 атм 89 %
Реакция восстановительного аминирования
H2N N
BnO O
NH
O
HN
OBn
O
N
BnO O
NHR
NH
BnO OBn
HN
O
NH
O
CONH2
CHO
NaCNBH3
BnO OBn
HN
O
NH
O
NH
N
BnO O
NH
O
HN
OBn
O
N
BnO O
NHR
NH
CONH2
20 °C, 2 ч.
Реакция с вторичными аминами приводит к енаминамO
H
N
H
NTsOH (катализатор)
C6H6, - H2O (насадка Дина -Старка)
+
енамин, 94-95 %
O
H
NH
OH
N
H
O
NH
H
OH2
NN
HN
NR1
H2NR1
O R1N
R2
H+ (катализатор)H+ (катализатор)
CHO H2NN HN
NR1 R2
- H2O- H2O енамин
енаминимин
O OHN
O N
H
O
R1 R3SiNR2 CH2Cl2
Me3SiCl2 R2NH
R1 R3
NR2
N
N O
SiO
Si
R2N-SiMe3 + R2NH2Cl
кат. TsOH
110 °C; толуол; 1 час+ + H2O
(75 %)
+ + H2O
(90 %)
+ +
кат. TsOH
110 °C; толуол; 1 час
