HOOFDSTUK XI: additie aan gepolariseerde p -binding: de carbonylgroep

1. HOOFDSTUK XI: additie aan gepolariseerde p-binding: de carbonylgroep Mc Murry: pagina 682-716

2. Uitgang: alkan-al Hoofdketen bevat de CHO-groep CHO-koolstof is koolstof 1 XI.1 Naamgeving van aldehyden en ketonen (Mc Murry: p 683-685) Aldehyden ethanal (acetaldehyde) propanal (propionaldehyde) 2-ethyl-4methylpentanal cyclohexaan- carbaldehyde HCHO formaldehyde methanal CH3CHO acetaldehyde ethanal CH3CH2CHO propionaldhyde propanal CH3CH2CH2CHO butyraldehyde butanal H2C=CHCHO acroleïne propenal benzaldehyde benzeencarbaldehyde

3. Uitgang: alkan-on Hoofdketen is de langste en bevat de C=O-groep Nummering start bij het eind dichtst bij de C=O-groep Ketonen 3-hexanon 4-hexen-2-on 2,4-hexaandion aceton acetofenon benzofenon

4. acetyl formyl benzoyl Een acylgroep Meest prioritaire functionele groep: COOCH3 = ester Keton wordt benoemd met prefix -oxo Methyl-3-oxohexanoaat

5. XI.2 Bereiding van aldehyden en ketonen (Mc Murry: p 685-687) Bereiding van aldehyden a) Oxidatie van primaire alcoholen (zie hoofdstuk oxidatie/ reductie) citronellol citronellal b) Oxidatieve splitsing van alkenen (zie hoofdstuk oxidatie/ reductie) c) Partiële reductie van carbonzuurderivaten (zie hoofdstuk oxidatie/ reductie)

6. Bereiding van ketonen a) Oxidatie van secundaire alcoholen (zie hoofdstuk oxidatie/ reductie) b) Oxidatieve splitsing van alkenen (zie hoofdstuk oxidatie/ reductie) c) Hydratatie van alkynen (zie hoofdstuk additie aan p-binding)

7. d) Arylketonen door Friedel-Crafts acylering van aromaten (zie hoofdstuk aromatische substitutie) e) Reactie van een zuurchloride met een diorganokoper reagens (zie hoofdstuk carboxylderivaten)

8. Gemiddelde bindingsenergieën (kJ/mol) X = C N O C = X 610 615 744 C – X 347 305 360 bijdrage van p 263 310 385 in dubbele binding XI.3 Nucleofiele additiereacties van aldehyden en ketonen (Mc Murry: p 688-690) Dubbele binding is zeer sterk: moeilijk homolytisch te splitsen owv elektrostatische bijdrage (thermodynamisch aspect) Dubbele binding is reactief: vlot heterolytisch te splitsen (kinetisch aspect)

9. Vrije elektronenparen op O: zwak basische eigenschappen Brönstedzuur pKa = -1,7 -7.2 Lewiszuur

10. * O meer elektronegatief dan C: C=O gepolariseerd Elektropositief C: reactie met nucleofielen

11. identiek (homomeren) enantiomeren diastereomeren

12. XI.3 Relatieve reactiviteit van aldehyden en ketonen (Mc Murry: p 690-691) Aldehyden zijn meer reactief dan ketonen in nucleofiele additiereacties Sterische redenen • één versus twee substituenten • nucleofiel nadert aldehyde gemakkelijker • TTS naar tetraëdraal intermediair minder gehinderd en lager in energie voor nadering naar aldehyde

13. Elektronische redenen

14. XI.4a Types nucleofielen: geladen a a: sterk exotherm: irreversibel b: omkeerbaar c: sterk endotherm: irreversibel b a b DH°r 25 kJ/mol c

15. HOH: water (vorming van een hydraat) ROH: een alcohol (vorming van een acetal) H3N of RNH2: een amine (vorming van een imine) XI.4b Types nucleofielen: neutraal

16. tertiair keton secundair aldehyd primair formaldehyd XI.5 Nucleofiele additie van koolstofnucleofielen: organometaalverbindingen (Mc Murry: p 695-696) bereiding van alcoholen (1) (2)

17. Bereiding van het organometaalreagens in een afzonderlijke stap. • Zuur-base complexatie van Mg2+ maakt carbonyl betere acceptor • Nucleofiele additie van R- leidt tot vorming van tetraëdraal intermediair. • Protonatie door water of een zwak zuur in een afzonderlijke stap geeft een neutraal alcohol. • Irreversibele additie !

18. Enkele praktische voorbeelden bereiding organometaalreagens additiereactie afwerking (zuur)

20. XI.6 Nucleofiele additie van koolstofnucleofielen: fosforyliden (Mc Murry: p 706-709) Omzetting van aldehyd / keton in een alkeen: Wittig reactie

21. Bereiding van het fosforylide Methyltrifenyl fosfoniumbromide Methyleentrifenyl fosforaan Trifenylfosfine • (Ph)3P : goed nucleofiel in de SN2 reactie • Waterstof op het koolstof naast het positief geladen fosfor: zwak zuur • Resulterende carbanion gestabiliseerd door delokalisatie van de negatieve lading naar het derde-periode element P (zogenaamde (p-d) delokalisatie)

22. Hoffman-LaRoche bereiding van b-caroteen Retinal Retinylideentrifenylfosforaan b-caroteen Gele voedingskleurstof Bron van vitamine A

23. Enkele praktische voorbeelden Bereiding van 3-ethyl-2-penteen ? Alternatieve bereiding van b-caroteen vertrekkende van:

24. Gemiddelde bindingsenergie (kJ/mol) • (C=O) : 385 H – O : 435 H – CN : 523 C – CN : 485 908 920 H2SO4 CH2O + KCN HOCH2CN H2O XI.7 Nucleofiele additie van koolstofnucleofielen: HCN additie, vorming van cyanohydrinen (Mc Murry: p 693-694) cyanohydrin via praktisch voorbeeld:

25. XI.8 Nucleofiele additie van zuurstofnucleofielen: H2O additie, vorming van hydraten (Mc Murry: p 691-693) • Additie: traag in zuiver water • Katalyse door zuur of base • ! Katalysator verandert de ligging van het evenwicht niet ! • Beïnvloedt enkel de snelheid van de hydratatiereactie ! Aceton (99.9%) Aceton hydraat (0.1%) Formaldehyde (0.1%) Formaldehyde hydraat (99.9%)

26. Basegekatalyseerde hydratatie Aanvallend nucleofiel is sterk: negatief geladen hydroxide ion is een sterke elektronendonor !

27. Zuurgekatalyseerde hydratatie

28. Activatie van de carbonylgroep via protonatie Stapsgewijze reactie hemiacetaal XI.9 Nucleofiele additie van zuurstofnucleofielen: additie van alcoholen, vorming van acetalen (Mc Murry: p 702-705) Keton / aldehyde acetaal

29. Mechanisme van de acetalisering hemi-acetaal acetaal

30. K acetalisering K > 1 door • [ ROH ] én / of [ H2O ] • Inspelen op negatieve entropiefactor (bv. Gebruik van een diol) hydrolyse

31. praktisch voorbeeld: ? Gebruik als beschermende groep bescherming ontscherming

32. Belangrijk: ether acetaal

33. XI.10 Nucleofiele additie van stikstofnucleofielen: additie van amines, vorming van imines en enamines (Mc Murry: p 696-699) Keton of aldehyde enamine imine Stabiliteit van imines of Schiff basen << < stabiliteit

34. primair amine imine Mechanisme van de iminevorming

35. RNH2 1 NB: bij pH 4: = 106 RNH3+ pH 4 primair amine imine oxime hydroxylamine fenylhydrazon fenylhydrazine

36. secundair amine enamine Mechanisme van de enaminevorming

38. XI.11 Geconjugeerde nucleofiele additie aan a, b –onverzadigde aldehyden en ketonen (Mc Murry: p 711-715) a, b –onverzadigde carbonyl groep geactiveerde dubbele binding niet-geactiveerde dubbele binding

40. 2 Li pentaan CuI pentaan RX RLi + Li+X- 2 RLi Li+(RCuR) + Li+I- - Geconjugeerde additie van amines Selectief geconjugeerde additie 3-(N-methylamino) cyclohexanon 2-cyclohexenon Geconjugeerde additie van alkylgroepen: organokoper reacties Gilman reagens

41. Grignard en organolithiumverbindingen: directe additie Lithiumdiorganokoperverbindingen: geconjugeerde additie

42. Bereiding van via geconjugeerde additie ? Bereiding van 4-tert-butyl-3-ethylcyclohexanon via geconjugeerde additie ?

43. XI.12 Biologische nucleofiele additiereacties Synthese van alanine door Bacillus subtilis Pyrodruivenzuur imine Alanine Verdedigingsmechanisme van de duizendpoot Apheloria corrugata Mandelonitrile (cyanohydrine)

44. XI.12 Enantioselectieve additie (Mc Murry: p 720-721) wijnsteenzuur S (97%) R (3%) Chirale katalysator op basis van wijnsteenzuur