КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

1. КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

2. СЛАЙД – ЛЕКЦИЯ НА ТЕМУ: «Реакционная способность альдегидов и кетонов. Реакции нуклеофильного присоединения.

3. Цель лекции • Расширить и углубить знания о связи строения и реакционной способности карбонильных соединений.

4. План лекции • 1. Классификация и номенклатура альдегидов и кетонов. • 2. Физические свойства. • 3. Способы получения. • 4. Основные реакционные центры. • 5. Влияние строения на реакционную способность в реакциях нуклеофильного присоединения. • 6. Стереохимический результат присоединения к альдегидам и кетонам нуклеофильных реагентов. • 7. Химические свойства. • 8. Медико-биологическое значение.

5. Карбонильные соединения АльдегидыКетоны Определение: альдегидами называются соединения, в которых карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода, а кетонами – карбонильные соединения с двумя углеводородными радикалами

6. 1) алифатические насыщенные 2) алифатические ненасыщенные 3) ароматические ТН уксусный альдегид МН этаналь ТН акриловый альдегид МН пропеналь ТН бензальдегид Классификация и номенклатура альдегидовПо характеру углеводородного радикала:

7. С1 С2 С3 С4 С5 ТН муравьиный альдегид; формальдегид МН метаналь ТН уксусный альдегид; ацетальдегид МН этаналь ТН пропионовый альдегид МН пропаналь ТН масляный альдегид МН бутаналь ТН валериановый альдегид МН пентаналь Гомологический ряд насыщенных альдегидов состава С1 – С5

8. алифатические насыщенные ароматические смешанные ТН ацетон РН диметилкетон МН пропанон РН дифенилкетон РН метилфенилкетон ТН ацетофенон Классификация и номенклатура кетоновПо характеру углеводородных радикалов:

9. Физические свойствакарбонильных соединений Агрегатное состояние Формальдегид – газ, все остальные – жидкости; высшие – твердые соединения. Альдегиды и кетоны имеют более низкие температуры кипения, чем спирты и карбоновые кислоты с тем же числом атомов углерода. Растворимость Первые представители (формальдегид, ацетальдегид, ацетон) хорошо растворимы в воде за счет образования водородных связей или гидратных форм. По мере удлинения углеродной цепи растворимость карбонильных соединений в воде снижается. Карбонильные соединения хорошо растворимы в полярных органических растворителях. Некоторые из них (ацетон, метилэтилкетон) широко используются как растворители.

10. О2, t, кат O2,t, кат СН4 НСНО (основной промышленный способ) метан формальде-гид Сo(СО)8, t, P СН3-СН=СН2 + СО + Н2CH3-CH2-CH2-CHO + (CH3)2CH-CHO пропен бутаналь 2-метилпропа-наль Способы получения • Термокаталитическое окисление алканов R-CH3R-CHO 2. Гидроформилирование алкенов (оксосинтез)

11. 4. Окисление гомологов аренов СН3 СН(OCOCH3)2 СНO НС≡СН + НОН СН3-СНО CrO3, (CH3CO)2O H2O, H+ ацетальдегид ацетилен толуол ацилаль бензаль-дегид Н+, Hg2+ Н+, Hg2+ СН3-С≡СН + НОНСН3-С-СН3 пропин ацетон O Способы получения 3. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)

12. AlCl3 + СН3-COCl - HCl ацетилхло-рид метилфенилкетон С - СН3 О H2O, NaOH СH3-CHCl2 CH3-CHO -2 NaCl 1,1 – дихлор-этан ацетальдегид H2O, NaOH CH3-CCl2-CH3 CH3-C-CH3 -2 NaCl 2,2 – дихлор-пропан O ацетон Способы получения 5. Ацилирование аренов 6. Гидролиз гем-дигалогенпроизводных углеводородов

13. 7. Окисление спиртов [O] [O] [O] R-CH2-OH R-CHO R-COOH первичный спирт альдегид карбоновая к-та R-CH-R‘ R-C-R' Втор. спирт кетон OH O ZnO, t ZnO, t R-CH2-OH R-CHO альдегид R-CH-R‘ R-C-R' кетон OH O Способыполучения Окислители: K2Cr2O7/H+, KMnO4/H+, CuO, CrO3 8. Дегидрирование спиртов

14. 9. Восстановление функциональных производных карбоновых кислот [H] [H] R-CONR2 R-CHO + R2NH амид R-COCl R-CHO -HCl хлорангидрид кислоты Способы получения

15. Способы получения 10. Пиролиз солей карбоновых кислот t _ Ва(ОН)2, 240˚С - ВаСО3 адипиновая кислота циклопентанон

16. Реакционные центры в молекулах карбонильных соединений на примере уксусного альдегида δ - основный оксониевый центр δ’ + < δ + : нуклеофильныйцентр С- Н кислотный центр электрофильный центр реакции нуклеофильного присоединения (АN)

17. Общая схема реакции нуклеофильного присоединения в карбонильных соединениях [Nu...] δ+ δ- - + Е – Nu E +

18. Факторы, определяющие реакционную способность карбонильных соединений в реакциях AN • Электронный.Обусловлен величиной δ+ на карбонильном атоме углерода. Чем больше величина заряда, тем больше реакционная способность. На величину заряда влияют заместители. Электронодонорные заместители уменьшают величину δ+ ,тем самым уменьшают реакционную способность, электроноакцепторы действуют наоборот.

19. Факторы, определяющие реакционную способность карбонильных соединений в реакциях AN 2.Стерический.Обусловлен доступностью электрофильного центра, на которую влияют число и строение заместителей при карбонильном атоме углерода. Объёмные радикалы затрудняют подход нуклеофила и, следовательно, снижают реакционную способность. 3. Кислотно-основные свойства среды.

20. Сравнение реакционной способности альдегидов и кетонов реакциях нуклеофильного присоединения уксусный альдегид трихлоруксусный альдегид ацетон δ+ δ+ δ+ - I CCl3, э. а. + I CH3, э. д. + I CH3, 2 э. д.

21. Сравнение реакционной способности альдегидов и кетонов реакциях AN Выводы: • Альдегиды обладают большей реакционной способностью, чем кетоны. • Электроноакцепторные заместители увеличивают реакционную способность, электронодонорные заместители – уменьшают. • Ароматические альдегиды и кетоны менее реакционноспособные, чем алифатические. • В гомологическом ряду насыщенных альдегидов реакционная способность уменьшается.

22. Стереохимия реакций нуклеофильного присоединения

23. Реакции с кислородсодержащими нуклеофилами ПРИСОЕДИНЕНИЕ ВОДЫ δ+ + НОН формальдегид гидрат формальдегида + НОН хлоральгидрат устойчив ТН хлораль

24. Реакции с кислородсодержащими нуклеофилами ПРИСОЕДИНЕНИЕ СПИРТОВ δ - δ + НСI сух. + С2Н5ОН этиловый спирт полуацеталь неустойчив уксусный альдегид НСI сух. + НОН + С2Н5ОН ацеталь, устойчив диэтилацеталь уксусного альдегида

25. Механизм реакции образования полуацеталей δ + : Н+ CI- [ ] CI- + CH3CH2OH + HCI

26. Реакции с серасодержащими нуклеофилами OH O O O ONa CH3 -C O=S + CH3 – CH – S – ONa OH этаналь H H O гидросульфитное производное CH3 –CH2-C HCl SC2H5 .. + 2С2H5SH CH3 – CH2 – CH – SC2H5 + H2O пропаналь Дитиоацеталь 1,1 – ди(этилтио)пропан 1. Присоединение гидросульфита натрия для выделения из смеси и очистки карбонильных соединений 2. Реакция с тиолами для «защиты» карбонильной группы

27. Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E МЕХАНИЗМ: δ + + NH2 - X Н2О + монозамещенный имин

28. Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E + NH3 + Н2О имин этаналь + Н2О + NH2- CH3 N-замещенный имин метиламин этаналь

29. Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E + NH2- ОН + Н2О ацетон гидроксиламин оксим + Н2О + NH2 – NH2 гидразин гидразон ацетон

30. Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E фенилгидразин фенилгидразоны п-нитрофенилгидразин п-нитрофенилгидразоны семикарбазид семикарбазоны

31. Взаимодействие формальдегида с аммиаком 6 НСНО + 4 NНз → (СН2)6N4 + 6 Н2О гексаметилентетрамин Гексаметилентетрамин используется в медицине как антисептическое средство. Является пролекарством, т.к. антисептическим свойством обладает формальдегид, образующийся при его гидролизе в организме.

32. OH - OH - O + HCN пропаналь оксинитрил H 2-гидроксибутанонитрил CH3-CH2-CH-C≡N + HCN CH3-C-CH3 CH3-C-CH3 CH3-C-COOH 2-гидрокси-2 метил- пропанонитрил OH OH HO HO CN CN CH3-C-CH3 CH3 –CH2-C O CH3 H+ + 2H2O NH4+ α-гидроксикислота 2-гидрокси-2-метилпропановая к-та Реакции с углеродсодержащиминуклеофилами Присоединение циановодородной кислоты

33. HCN + HO - медленно слабая к-та H2O H2O O H быстро δ- δ+ + CN C≡N + H2O CH3 –CH2-C CH3-CH2-CH-C≡N CH3-CH2-CH-C≡N нуклеофил O OH + OH- возврат катализатора Механизм реакции присоединения HCN

34. δ- δ+ δ- δ+ O + СH3-Mg-Br -Mg(OH)Br уксусный альдегид метилмагний- бромид H CH3-С втор.спирт пропанол - 2 CH3-C-CH3 δ+ δ+ CH3-C-CH3 δ- OMgBr CH3-C-CH3 + СH3-Mg-Br O -Mg(OH)Br CH3-CH-OH CH3-CH-OMgBr кетон ацетон δ- OH CH3 CH3 CH3 CH3 H2O H2O третичный спирт 2-метилпропанол-2 Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами Присоединение магнийорганических соединений

35. R X AN + С=C O O O 2 H R X R‘ Y -H2O С С=O уксусный альдегид R –C –C –X C-H кислота (метиленовая компонента) (карбонильная компонента) H H H CH3-С H R’ Y продукт дегидратации продукт конденсации (R‘=H) CH3-CH-CH2-С CH3-CH=CH-С R’ OH Y OH H KOH t α,β-ненасыщ. альдегид, бутен-2-аль -H2O альдоль 3-гидроксибутаналь Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами Реакции с участием С-Н-кислотного центра Альдольная конденсация

36. CH2 CHO СH2=CH-O- δ+ AN H2O H2O карбанион O H H CH3-С -H2O + CH2-CH=O CH3-CH-СH2 -CH=O CH2-CH=O OH O– CH3-CH-СH2 –CHO + HO– альдоль Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами Механизм реакции альдольной конденсации + OH- Обратный процесс – альдольное расщепление (ретроальдольная реакция)

37. Реакции оксидоредукции (Канниццаро) КОН конц. 2 + соль кислоты бензоат калия первичный спирт бензиловый спирт бензальдегид H2O 2 HCOOН + СН3-ОН муравьиная кислота метанол формальдегид

38. Восстановление карбонильных соединений Восстанавливающие реагенты: Н2/ Ni, NaH, LiAlH4 Ni, t + Н2 пропанол-1 первичныйспирт пропанальальдегид δ + + - Н2О + NaH δ - - NaОH алкоголят пропанол-2 вторичный спирт ацетон кетон

39. Реакции окисления δ + окисление Реакция «серебряного зеркала» + [Ag(NH3)2]OH CH3-COOH + Ag + NH3+H2O уксусный альдегид t +Сu(OH)2 CH3-COOH + Cu2O + H2O оранжево-красный

40. Реакция образования йодоформа I2, NaOH NaOH CHI3 + R-COONa бледно-желтый больничный запах йодоформ соль кислоты

41. Реакция образования йодоформа R=H I2, NaOH NaOH CHI3 + HCOONa формиат Na этаналь R=CH3 NaOH I2, NaOH CHI3 + CH3-COONa ацетат Na ацетон

42. Спасибо за внимание!