Ktorá zlúčenina bude reagovať rýchlejšie s Nu-
?
O
H
O
O O
CF3
F3C
Vysvetlením pozorovanej reaktivity je fakt, že nukleofil reaguje rýchlejšie s karbonylovým
uhlíkom, ktorý má vyšší parciálny kladný náboj (daný indukčným efektom na karbonylovej
skupine – obr. 1).
Obr.1 Indukčný efekt
Nukleofil pristupuje ku karbonylovej funkčnej skupine pod 107° uhlom:
Obr.2 Atak nukleofilu na karbonylovú skupinu
Pozeráme sa teda na susedné skupiny (H verzus CH3 alebo CH3 verzus CF3), ktoré v tomto
príklade indukčne odčerpávajú elektrónovú hustotu (CF3) a tým zvyšujú parciálny kladný
náboj uhlíka alebo ju nedodávajú (H).
Aké reagenty by ste použili v kyslo katalyzovanej hydrolýze?
OO
O
EtO
O O
OHOH
O
+
OH
O
H+
- H2O
H+
- H2O
H+
- H2O
+ EtOH
OH
H
O
OH
K riešeniu vám pomôže, keď si budete vedieť odvodiť mechanizmus kyslo katalyzovanej
hydrolýzy acetalu (obr. 2):
Obr.3 Kyslo katalyzovaná hydrolýza acetalu
Po identifikácii acetalovej skupiny si stačí uvedomiť, aký alkohol a karbonylovú skupinu
zahŕňame do reakcie. Nemusí sa vždy jednať o 2 samostatné molekuly alkoholu.
V prvom prípade používame namiesto 2 molekúl alkoholu diol, u ktorého sa nukleofilne aduje
najskôr jedna a potom druhá OH-skupina na karbonylovú skupinu a tvorí sa cyklický acetal.
V druhom príklade sa najskôr prevedie intramolekulárna adícia OH-skupiny (je rýchlejšia) a
potom intermolekulárna adícia EtOH.
Tretí príklad znázorňuje kompletne intramolekulárnu reakciu diolu a 1 aldehydovej skupiny,
poskytujúcu bicyklickú zlúčeninu.
Pri kyslo katalyzovanej alkoholýze sa odštepuje voda (obsahuje kyslík pochádzajúci pôvodne
z karbonylovej funkčnej skupiny).
Čo vznikne kyslo katalyzovanou hydrolýzou?
N
O
O
N
nadbytok H3O+
NH O
H
NH2
O O
OH
OH
+ +
Pri riešení zadanej úlohy vám pomôže, keď si identifikujete funkčné skupiny a odvodíte si,
z akých reagentov ich môžeme dostať. Dôležité je zachovať rovnaký počet uhlíkov u
reagentov/produktu a nezabúdajte, že pri kyslo katalyzovanej hydrolýze sa odštepuje
molekula(y) vody.
N
O
O
N
enamin
imin
acetal
Enamin vzniká po nukleofilnej adícii sekundárneho amínu na karbonylovú skupinu, zatiaľ čo
imin po adícii primárneho amínu. Cyklický acetal vzniká adíciou diolu na príslušný karbonyl.
Označte, ktorá časť molekuly sa bude nukleofilne adovať na uhlík karbonylovej skupiny:
P
N
NH2
BrMg
P
+
CH
-
S prvou molekulou nazývanou ylid sa stretnete vo Wittigovej reakcii, ktorá sa v organickej
chémii využíva pri príprave alkénov z aldehydu alebo ketónu.
Kto by sa hlbšie zaujímal o mechanizmus Wittigovej reakcie, tak je znázornený na obrázku 4
(slúži len pre informatívne účely a jeho znalosť je vyžadovaná v pokročilejších kurzoch):
Obr.4 Mechanizmus Wittigovej reakcie
Druhá molekula – hydrazin atakuje karbonylový uhlík cez vyznačené miesto a poskytuje
adičný produkt hydrazon ako je principiálne znázornené nižšie:
Obr.5 Mechanizmus tvorby hydrazonu
Posledná molekula je príkladom Grignardovho reagentu, ktorý sa dá v reakciách aplikovať na
širokú škálu funkčných skupín obsahujúcich vo svojej štruktúre karbonyl (obr. 6).
Obr.6 Aplikácia Grignardovho reagentu
V kyslom prostredí vzniká finálny produkt - alkohol, ale pozor! V prvom kroku nesmie byť
v reakčnej zmesi prítomný žiadny kyslý protón (pochádzajúci z vody, alkoholu, karboxylovej
kyseliny,...), pretože Grignardove reagenty sú nielen silné nukleofily, ale aj silné báze
a jednoducho deprotonujú kyslý vodík:
R
1
MgX + H O
R
2
R
2
= H, alkyl,
R
3
O
R
1
H + R
2
O MgX
Obr.7 Grignardov reagent v roli báze
Schematicky prebieha Grignardova reakcia nasledovne (odštiepi sa HOMgX):
Obr.7 Schéma Grignardovej reakcie
Zoraďte podľa reaktivity voči nukleofilom atakujúcim uhlík karbonylovej skupiny:
O
NH2
O
Cl
O
H3CO
O
O
O
1. 2.3.4.
1. = najviac reaktívna molekula
2. = najmenej reaktívna molekula
Vysvetlenie nájdete opäť v indukčnom, prípadne v kombinácii s mezomérnym efektom – tie
skupiny, ktoré odčerpávajú elektrónovú hustotu najviac, budú vytvárať vyšší parciálny kladný
náboj na uhlíku karbonylovej skupiny.
Nakreslite produkty reakcií:
O
1. PhMgBr
2. H2O
O
O
+
+
N
H
NH2
OH Ph
N
enamin
N
H3O+
- H2O
H3O+
- H2O
imin
OH
O
OH
H3O+
MeOH
NH
O
O
O
H3O+
- H2O
OMe
O
NH2
Pri riešení vám pomôžu mechanizmy znázornené vyššie alebo na obr. 8 a 9:
Obr.8 Mechanizmus tvorby imínu
Obr.9 Mechanizmus tvorby enamínu
Nakreslite produkty adície:
NH2
O
H
O
RS-
NH3
NH2
OSR
NH2
O
Keďže sa jedná o α,β-nenasýtené zlúčeniny, musíte uvažovať okrem 1,2-adície na
karbonylovú časť funkčnej skupiny (amidovej a aldehydovej funkčnej skupiny) aj 1,4-adíciu.
V prvom prípade reaguje α,β-nenasýtený amid s RS.
Keďže sa jedná o mäkký nukleofil RSpreferujúci
1,4-adíciu a pomerne neochotne reagujúci amid pre 1,2-nukleofilnú adíciu,
výsledkom bude 1,4-adičný produkt.
V 2. prípade reaguje α,β−nenasýtený aldehyd s amoniakom ako nukleofilom. Aldehyd je
veľmi reaktívny voči 1,2-nukleofilnej adícii a amoniak ako tvrdý nukleofil preferuje taktiež
tvrdšie elektrofilné centrum – uhlík aldehydovej skupiny. Výsledkom je 1,2 adícia.
Mechanizmus 1,4 adície je na obr. 10.
Obr.10 Mechanizmus 1,4-adície
Nakreslite Michaelov donor a Michaelov akceptor.
Michaelove reakcie patria taktiež ku konjugovaným 1,4-adíciám. Využíva sa u nich
špecifický donor – 2-násobne stabilizovaný anión alebo Michaelov donor a α,β-nenasýtený
alken s rôznymi funkčnými skupinami obsahujúcimi karbonylový motív – Michaelov
akceptor.
Obr.11 Michaelove donory a akceptory
Pre prípravu Michaelovho donoru sa využíva báza, ktorá odštepuje kyslé protóny (obr. 12,
pozrite si tabuľky s hodnotami pKa):
Obr.12 Príprava Michaelovho donoru
Pozor na 1-násobne stabilizované enoláty, ktoré nepovažujeme za Michaelove donory (obr.
13):
Obr.13 Rozdiel medzi enolátom ako Michaelovým donorom a enolátom