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ORGANISCHE CHEMIE 1
23. Vorlesung, Dienstag, 09. Juli 2013
Harald Schwalbe
Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie
Goethe Universität Frankfurt
Tel.: +49 (0)69 7982 9130
Email: schwalbe@nmr.uni-frankfurt.de
Literatur zur 23. Vorlesung:
-Vorlesungsskript
-“Warren“
Stoff der 23. Vorlesung:
Reaktionen
...
I. Reaktionen der CarbonylgruppeMichaeladditionAldolClaisen
Chemie des Enols/Enolatanions
OH+
OH OH
+
Z
OH
+
E
Säurekatalysiert:
O OHO O
+
Z
O
+
E
Basenkatalysiert:
Deprotonierung unter kinetischer oder
thermodynamischer Kontrolle
∆G
RKT
A
B
∆∆∆∆G‡B
B´
∆∆∆∆G‡B´
∆∆∆∆∆∆∆∆G‡B,B´
Intermolekulare Doppelalkylierung
O
OONaH
O
OONa
+ H2
O
OONa
H
Bu Li
Intermolekulare Doppelalkylierung
O
OONaH
O
OONa
+ H2
O
OONa
H
Bu Li
O
OO NaLi
+ Butan
X R
OMe
OO
R + LiX
Na
reaktivere (nukleophilere)Position !
X R´
OMe
OO
R R´
+ NaX
α,β-ungesättigte Verbindungen
O1
2
3
4
α
β
δ−
δ−δ+
δ+
α,β-ungesättigte Verbindungen
OO
1
2
3
4
α
β
δ−
δ−δ+
δ+
Nu K(ation)
α,β-ungesättigte Verbindungen
OO
1
2
3
4
α
β
δ−
δ−δ+
δ+
Nu K(ation)1,2-A
ddition
ONu
K
hartes Nukleophil
α,β-ungesättigte Verbindungen
OO
1
2
3
4
α
β
δ−
δ−δ+
δ+
Nu K(ation)ONu
K
hartes Nukleophil
OK
Nu
weiches Nukleophil
1,4 Addition an α,β-ungesättigte
Verbindungen
Me Cu Me Li
Methylcuprat
+
O O Li
Merac
Aldolreaktion – Aldoladdition
Basenkatalyse
O
H
NaOH
Rückfluss
O
H
O
H
O
H
O
H
H
OH
∗
H
O OH
rac
AlkoholAldehyd
β-Hydroxyaldehyd3-Hydroxybutanal
ALDOL
O
HnukleophilesEnolat
O
H
elektrophilesAldehyd
CH-azideKomponente
Akzeptor-Komponente
Aldolreaktion – Aldoladdition
Basenkatalyse
O
H
NaOH
Rückfluss
O
H
O
H
O
HnukleophilesEnolat
O
H
elektrophilesAldehyd
CH-azideKomponente
Akzeptor-Komponente
Aldolreaktion – Aldoladdition
Basenkatalyse
O
H
NaOH
Rückfluss
O
H
O
H
O
H
O
H
H
OH
Aldolreaktion – Aldoladdition
Basenkatalyse
O
H
NaOH
Rückfluss
O
H
O
H
O
H
O
H
H
OH
∗
H
O OH
rac
AlkoholAldehyd
β-Hydroxyaldehyd3-Hydroxybutanal
ALDOL
O
HnukleophilesEnolat
O
H
elektrophilesAldehyd
CH-azideKomponente
Akzeptor-Komponente
Aldolreaktion – 2tes Beispiel
OBa(OH)2
Rückfluss
OO
O OH
OH
O OH
neue Bindung
Aldolreaktion – Aldolkondensation
Basenkatalyse
H
HO H
H H
O
Base
H
O
+H-Base + OH
H2O + BaseCrotonaldehyd
H
HO
H H
O
Base
O
+H-Base + OH
H2O + BaseMesityloxid
Aldolreaktion – Aldoladdition
Säurekatalyse
O
H+
OH O
H
O
HO
+ H+
neue Bindung
Aldoladdition:
Aldolreaktion – Aldolkondensation
Säurekatalyse
Aldolkondensation:
O
OH
H+
O
OH
H
HO
+ H2O + H+
Aldolreaktion – unsymmetrische
Carbonylverbindungen
O
R1 R2
R1 ≠ R2 unsymmetr. KetonR1 = R2 symmetr. Keton
Problem : Regioselektivität,Richtung der Enolatbildung
Lösung: nicht enolisierbareSubstituenten
Beispiele nicht enolisierbarer
CarbonylverbindungenO
Pinakolon
nicht
enolisierbar
O
(H3C)3C C(CH3)3
Beispiele nicht enolisierbarer
CarbonylverbindungenO
Pinakolon
nicht
enolisierbar
O
(H3C)3C C(CH3)3
O
Acetophenon
nicht
enolisierbar
O
Beispiele nicht enolisierbarer
CarbonylverbindungenO
Pinakolon
nicht
enolisierbarO
(H3C)3C C(CH3)3
O
Acetophenon
nicht
enolisierbarO
O
O
Lacton
O
O O
nicht
enolisierbar
Gekreuzte Aldolreaktion
Problem: Konkurrenz zwischen Selbstkondensation (A + A → A2 + H2O) undKreuzkondensation (A + B → AB + H2O)
Lösung: Es darf nur eine der beiden Komponenten ein Enolat bilden können.
Gekreuzte Aldolreaktion
O
+
Acetophenon
HO
NO2
para-Nitrobenzaldehyd(nicht enolisierbar)
O
NO2
Aldolreaktion mit Formaldehyd
O
H H
O
H
+NaOH O
H H
O
H
+
H H
O
H
O
H+
H H
OH
H
O
erstes Aldol
Aldolreaktion mit Formaldehyd
O
H H
O
H
+NaOH O
H H
O
H
+
H H
O
H
O
H+
H H
OH
H
O
erstes Aldol
H H
OH
H
O
O
HH
H H
OH
H
O
H
OH zweites Aldol
Aldolreaktion mit Formaldehyd
O
H H
O
H
+NaOH O
H H
O
H
+
H H
O
H
O
H+
H H
OH
H
O
erstes Aldol
H H
OH
H
O
O
HH
H H
OH
H
O
H
OH zweites Aldol
H H
OH
H
O
HO
O
HH
H
OOH
OH OHdrittes Aldol
Cannizarro-Reaktion
O
H H
2
O
H OH
+
OH
H HH
CarbonsäureAlkohol
Mechanismus der Disproportionierung von
Aldehyden
O
R H
OH
O
R HO
H
O
R HO
Hydratdianion
OH
R HOH
- 2H+
+I
Mechanismus der Disproportionierung von
Formaldehyd
O
R H
OH
O
R HO
H
O
R HO
Hydratdianion
OH
R HOH
- 2H+
O
R HO
O
R H
O
R O
+
O
R HH
+I
+III
-I
Carboxylatanion Alkoholat
Folgereaktion der dreifachen Aldolreaktion
von Formaldehyd
H
OOH
OH OH
OH
H
O
H
OOH
OH OH
H+ +
H
O O
+ H2O
- OH
OH OH
HO OH
Pentaerythritol
Alternative Reaktion; Vermeidung von
Formaldehyd: Mannich-Reaktion.
1. Schritt
O
Me2NH, H2CO
kat. HCl
O
NMe2
Mechanismus der Mannich-Reaktion:
Bildung der Mannich-Base aus Formaldehyd
und Dimethylamin
O
H HN
Me
Me
H
O
H HN
HMe
Me
H+
OH
N
Me
Me
H+(kat. HCl)
O
N
Me
Me
HH
NMe Me
- H2O
Mannich-Base
ClCl
H H
Reaktion der Mannich-Base mit
Cyclohexanon
O HO
N
Me
Me
Cl
O
H
N
Me
Me
Cl
- HCl
O
N
Me
Me
isolierbar
Weiterreaktion des Primärprodukts mit
Methyliodid
O
NMe
Me
Me I
1.
O
NMe
Me
MeH
OH
I
2.
O
NMe
Me
Me
I + H2O
O
+ Me3N
exozyklischeMethylengruppe
+ I
Claisen-Esterkondensation
NaOHO
HH
OH
O
H
Na + H2O
NaOEtO
OEtH
OEt
O
OEt
Na + HOEt
EtOH
pKA 25 Ester-Enolat(Konzentration gering)
pKA 13.5
Vergleich Aldol und Claisen-
Esterkondensation
O
H
O
HH
O
H
O H2O
H
O
H
OH
O
OEt
O
OEtEtO
O
OEt
O H2O
EtO
O O
neue Bindung
H Hβ-Ketoester
OEt
Na
EtO
O ONa
+ EtOHEtO
O ONa
EtO
O ONa
26
A:
B:
Intramolekulare Esterkondensation:
Dieckmann-Reaktion
O OEtH
O
OEt
OEt Na
O OEt
O
OEt
Na
EtO
O
O
OEt
NaO
O
OEtH
OEtNa
OO
OEt
Na
+ EtOH74-81 % Ausbeute
Michael-Addition
O
R
+O
R´R R´
O O
neue C-C-BindungBase
O
R
O
R´ R R´
O O
H+
Enon Michael-Akzeptor
Zusammenfassung der Enolatchemie
RO
O O
13
1,3-Dicarbonyl
O
RO
O
RO
+Claisen-Ester-kondensation
R
O
1
1,5-Dicarbonyl
O
R
O
R´
Michael-Addition
R´
O
+
R R´
O OH
13
1,3-Keto-Hydroxy
O
R
O
R´
+ Aldolreaktio n
5
R R´
O
α,β-ungesättigteCarbonylverbindung