1 / 21

4.1. Electrophilic Addition to Alkenes 4.1.1. Addition of Hydrogen Halides

Kapittel 4 Electrophilic Additions to Carbon-Carbon Multiple Bonds. 4.1. Electrophilic Addition to Alkenes 4.1.1. Addition of Hydrogen Halides 4.1.2. Hydration and Other Acid-Catalyzed Additions of Oxygen Nucleophiles 4.1.3. Oxymercuration-Reduction

zwi
Download Presentation

4.1. Electrophilic Addition to Alkenes 4.1.1. Addition of Hydrogen Halides

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kapittel 4Electrophilic Additions to Carbon-Carbon Multiple Bonds 4.1. Electrophilic Addition to Alkenes 4.1.1. Addition of Hydrogen Halides 4.1.2. Hydration and Other Acid-Catalyzed Additions of Oxygen Nucleophiles 4.1.3. Oxymercuration-Reduction 4.1.4. Addition of Halogens to Alkenes 4.1.5. Addition of Other Electrophilic Reagents 4.1.6. Addition Reactions with Electrophilic Sulfur and Selenium Reagents 4.2. Electrophilic Cyclization 4.2.1. Halocyclization 4.3. Electrophilic Substitution ato Carbonyl Groups 4.3.1. Halogenation ato Carbonyl Groups 4.4. Additions to Allenes and Alkynes 4.5. Addition at Double Bonds via Organoborane Intermediates 4.5.1. Hydroboration 4.5.2. Reactions of Organoboranes 4.5.3. Enantioselective Hydroboration 4.5.4. Hydroboration of Alkynes and Related Reactions

  2. Kapittel 4.Elektrofil addisjon til bindinger • introduksjon av nye funksjoner på dbl/trippel-bindinger via polare intermediater/TS; • viktige, nyttige reaksjoner som supplerer andre • alken rx-typer: nukl addisjons- / sykloadd- / fri radikal-reaksjoner • her; syntetiske anvendelser(mek i Fys. Org kjemi) 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Addisjon av H+X- (HBr, HCl …) • Hydratisering og syrekat. addisjon av O-nukleofiler • Oxymerkurering – reduksjon; Hg2+ - hydrid / Nu- • Addisjon av X2 til C=C (halogen til alkener) • Addisjon av andre elektrofile reagenser • Addisjonsreaksjoner med elektrofile S og Se reagenser

  3. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Addisjon av HX(og RCOOH) • via mest substituerte karbokation; • ”Markovnikov’s lov”; • karbokation stabilitet: +CH2CH2R < CH3+CH-R < CH3CH+Ar < CH3C+R2 < CH3C+Ar2 • (NB omleiringer)prim sek sek/benzyl tert tert/benzyl • HCl (fra SOCl2) på SiO2 forenkler protonering • pga aktivering av silanolgrupper: • TMS-Cl (TMSCl-hydrolyse gir HCl), Ex: • også nucl løsn.m kan addere; her karboksylsyrer; • dannelse av syklohexyl acetat, Ex: tegn ut! • Mekanismer: • termolekylær mekanisme (vanligst) gir anti: • ionepar mek(ikke stereospesifikk); alkener som gir stabile karbokationer: • ionepar med kort levetid, rask kollaps, girsyn • lang levetid, fleksibelt, gir syn/anti

  4. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Syrekatalyserthydratisering (+ H2O) og addisjon av andre O-nukleofiler følger Markovnikov’s lov; omleiringer (til mer stabile karbokation) kan skje, Sterk syre / kraftige betingelser; ikke for syre-ustabile forbindelser (se alt. mildere oxymerkurerings-red-rx) O-nukleofiler: • H2O (med eks. H2SO4), Ex:tegn ut! • MeOH (med sterk sur katalyse), Ex:tegn ut! • RCOOH, Ex:tegn ut! • TFA (sterk nok syre i seg selv), Ex:tegn ut!

  5. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Oxymerkurering - reduksjon • tilsvarende rx, mildere metode, • i) H+ er skiftet ut med (annen elektrofil)Hg2+, • Hg(OAc)2oftest brukt;gir kvikksølv/mercurium ion; • (mer reaktive; Hg(OTFA)2, Hg(OTf)2, Hg(NO3)2) • ii) nukleofilt angrep gir Nu/Hg-addukt • nukleofiler: • iii) hydrid reduksjon; NaBH4 gir slutt-produkt • total-rx; add av Nu- + H- til C=C: • gir Markovnikov produkt: • NaBH4-red; radikal mekanisme; red av Hg2+ (til Hg0) v/ hydrid reduksjon: • O2 fanger radikal før produkt dannelse; gir ROH produkt:

  6. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Oxymerkurering – reduksjon; anvendelser: • alkohol, Ex:tegn ut! • eterNu = i-PrOH (løsningsmiddel) + Hg(OTFA)2, Ex:tegn ut! • amidNu = acetonitril (løsningsm.) og Hg nitrat, Ex:tegn ut! • peroksydNu = t-BuOOH og Hg(OAc)2, Ex:tegn ut! • aminNu = Bn-NH2 + Hg perklorat, Ex:tegn ut!

  7. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Oxymerkurering - reduksjon(forts) • stereokjemi; • produkt fraanti add. indikerer mercurium (Hg+) ion mekanisme: • reaktivitet: (som for elektrofil add; sterisk / elektr) • regioselektivitet:Ex. selektiv add (ellers Markovnikov): • dirigerende effekt: • Oksygen substituent gir Hg–O interaksjon; • diastereoselektivtNu angrep / mest anti-2,3-diol; steriske årsaker: • acetat; acetoxy dirigerer, gir syn-2,3-diol • elektrontiltrekkende grupper (EWG) • gir merkurering på nærmeste C:

  8. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Addisjon av X2(og X+ / H2O) til C=C; halogen til alkener • Br2 / Cl2: • rask reaksjon, øker når R = e-don subst og motsatt: • mekanisme; via syklisk bromonium ion; gir anti produkt: • mix syn/antiprodukter kan dannes fra Ph-substituerte substrater • pga bensylisk stabil karbokation kan svekke ”Br-bro”: • Clmindre str; mindre polariserbar, • danner svakere bro; mer kation karakter av TS; derfor: • - syn(i tillegg)i enda større grad for tilsv Cl-rx (over) • - eliminasjon vanligere for Cl enn Br:Ex:(total rx; utskifting av H+ med Cl+) • - omleiring(+ elim)for egnede intermediater,Ex:omleiring og elim: • nukleofile løsningsmidler kan addere (til benzylisk kation), • Ex:MeOH:Ex:AcOH:

  9. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Halohydriner (nukl løsn.m = H2O); anti, Markovnikov X+-addukt addisjon av X+ / H2O; • krever lav kons av Br2for å tillate nukl angrep av vann; kan oppnås med NBS (+ vann) som genererer (ved radikal mek) en lav kons Br2: (succinimid anion er en dårlig nukl; tillater derfor angrep av H2O): • DMSO / NBS / H2Ogir (anti i) høye utbytter • via hydrolyse av alkoksy sulfonium ion: • chirale sulfoksy grupper i substratet • kan gi stereoselektiv rx (inv på S):Ex: • ”Br+” eller ”I+” kan også genereres ved • bisulfit reduksjon av NaBrO3eller NaIO4(periodat) • in situ dannelse av hypohalo syre; HO-X, Ex; HO(-)Br(+), HOI

  10. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • addisjon av F2: • F: e-negativt, liten str, svært lite polariserbart atom; svært reaktivt • forventer svak bro; mer kation karakter(se Cl foran) • stor grad avsyn produkter indikerer kation intermediat; Ex: • F2 / MeOH;løsningsmiddel-addisjon; Ex, tegn ut! • (som for Cl2 / MeOH og Bn substrater foran) • CF2O(-)F(+) / CF3COOF; gir F+addisjon; Ex: • andre F+-kilder • N-fluorpyridinium salter (pyridin er elektrontiltr): • gir - add-produkt i nukl løsningsmidler, Ex, via Bn’isk kation: • - elim-prod i non-nukl løsningsmidler: Ex: • addisjon av I2; • fotokjemisk: • men di-iod forbindelser er ustabile, lite brukt

  11. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Addisjon av andre elektrofile reagenser • via halonium bro-intermediat • - gir anti add; • - Markovnikov produkt

  12. 4.1 Elektrofil addisjon til alkener • Addisjonsreaksjoner med elektrofile RS- og RSe- reagenser • mekanismevia bro (tilsvarende for Se) • C-S binding er sterkere (kortere) enn C-Br (tidl); • - derfor er steriske effekter mer dirigerende ved nukleofilt angrep; • - kan gi anti-Markovnikov produkt: Ex: • reagenser: RS-X RSe-X X = mer elektroneg gruppe; ex • - Svovel reagenser; (RS+ X-) • - Selen reagenser: • Spesielt; Pummerer omleiring med R-SO-tBu + (TFA)2O: • i) red av sulfoxyd til sulfonium ion, ii) fragmentering gir RS+

  13. 4.2 Elektrofil syklisering • Halosyklisering • Tilsv rx som foran, menintern Nu;exo, endo cyclisering: • E+ : iod / I+ i form av I2 • brom / Br+ i form av NBS • (også RS+, RSe+, Hg2+) • Nu (O, N, S) kan være: • foretrukket ring-størrelse: 5 > 6 > 3 > 4 • foretrukket syklisering:n = 2: 5-endo >> 4-exo • n = 3: 5-exo > 6-endo • n = 4: 6-exo >> 7-endo • tetragonal (sp3), trigonal (sp2), digonal (sp) • angir hybridisering ved sykliserings-atom • hvorfor intra- og ikke intermolekylær rx? - intramol TS mest stabil; spesielt for 5- og 6-ringer (vist ved beregninger) • iodosyklisering mer vanlig enn bromo-: • Ex: cycl med sulfat /OSO3- som Nu; • her, 6-endo bromosyklisering av • pga mest stabilt Bn-carbocation: • tegn ut 5-exo!

  14. 4.2 Elektrofil syklisering • Iodlaktoniserings-reaksjoner: (rx med karboksylsyre substrat med C=C og I2) • anti addisjons produkt dannes, 5-ring favoris. intern CO2- er Nu, • pga baksideangrep åpning av iodonium ion intermediat; Ex: • reaktant konformasjonkan bestemme stereokjemi i produktet: • (NB. her terminal C=CH2, gir ikke mulighet for synlig anti produkt) • ved termodynamiske betingelser (rev prosess, likevekt innstilles) • mest stabilt produkt, her trans; Ex: • NB. Alle rx via iodonium ion • kinetisk kontrollerte betingelser, • (raskest rx, lav-energi TS; minst stabilt prod. kan dannes) • produkt via mest foretrukket konformasjon av substrat; her cis; Ex: • høyere subst C=C, • mest e-rik, har størst reaktivitet: • andre nukleofile grupper: • alkohol, Ex; 5-endo: • amid, via iminolacton, hydrolyserer til lacton, Ex: • amid via O,N-diTMS imidat, Ex: Nu = N:

  15. 4.3 Elektrofil substitusjon atil karbonyl • a-halogenering(gir substitusjon og ikke addisjon) • Reaksjonen (1. trinn) er analog til elektrofil addisjon av halogen til alken(se foran); her elektrofil add til enol / enolat • enol-dannelse kan være syre- eller base-katalysert: • enol / enolat er nukleofil • gjendannelse av karbonyl gir a-halogenert produkt: • (dvs ingen nukleofil i siste trinn som for alkener) • total rx; utskifting av H+ med Br+ • reaksjon med X2 er selvkatalytisk, dannelse av HX • usymmetriske ketoner kan gi blanding av produkter(to mulige a-pos) • Monohalogenering ved syrekatalyse; • halogensubst deakt. for C=O protonering, enolisering, polysubst. • Polyhalogenering mulig ved basekatalyse; • polar halogensubst aktiverer enolisering (svekker C-aH-bind); • Ex,haloform rx av methylketoner; spalting til carb.syre:tegn ut! • vanligste rx-betingelser erBr2/ HOAc(surt) ellerNBS (skånsomt), • Ex: tegn ut prod! • andre substrater: • - silyl enol etere (enol derivat),Ex: • - enamin (enolat N-ekvivalent) Ex: gir samme prod,via imin: • - syre; via syreklorid (SOCl2), Ex: • evt kvant enolat dannelse vha ex LDA • a-F-ketoner kan dannes vha en rekke reagenser, Ex: ”F-OH”

  16. 4.4 Addisjon til allener og alkyner • Allener; C=C=C • addisjon av HX, via mulig i) allylkation eller ii) vinyl kation; • ikke-substituerte allen; • protonering skjer påterminalt C, gir vinyl kation: • (ikke res-stab allyl kation; forventet mest stabil) • gir 2-halo-produkt, : Ex: • donor effekt av halogen kan gir 2,2-dihalo produkt, Ex:tegn ut! • (rx med begge dbl-bind): • substituerte allener, • protonering skjer påsentralt C, gir allyl kation, Ex: • Alkyner (acetylener); • add av HX;(terminal alkyn; Markovnikov add), tegn ut! • egnet reagens = kvart amm bromid salter + TFA; Ex: • Hydratisering av alkyner gir ketoner: Markovnikov prod: • - syrekatalysert hydratisering, Ex: • - oftest vha kvikksølv (Hg2+) katalyse • (via merkurium ion; Nu åpning på mest pos C), Ex:tegn ut! • - terminale alkyner gir methyl ketoner: • - subst. alkyner kan gi blandinger • Gull(I) katalysert addisjon til alkyn; tilsvarende produkt • add av X2; Ex: produkt-blanding:

  17. 4.5 Addisjon til C=C dobbeltbinding via organoboran intermediater • A. Hydroborering= addisjon av boran(eller deriv) til alken; gir alkylboran intermediateregnet for B) videre reaksjoner • boran = BH3; e-fattig elektrofilt reagens, foreligger som H-bundet B2H6dimer; • danner Lewis-syre komplekser med e-par donorer • (O, N, S; mest vanlig dimetylsulfid, THF) • Mekanisme;NB; B mer elektrofilt enn H; ”Bd+–Hd-” • concerted via fire-ring TS; gir syn produkt, samme side: • BH3 + 3 alken = trialkylboran; tegn ut! • - regioselektivt; B adderer til minst subst C (Markovnikov) • av steriske og elektroniske årsaker; • - øket regioselektivitet med • - bulky reagenser • hhv mono-/dialkyl boraner: • - haloboraner (BHnXm): • spesielle boraner, mindre reaktive (e-don O), • men godt egnet for metal kat. hydroborering

  18. 4.5 Addisjon til C=C dobbeltbinding via organoboran intermediater • A. Hydroborering (forts) • (dia)stereoselektivhydroborering • av funksjonaliserte alkener, • Ex: ether, -OR; i) med, ii) uten metall-kat • - bruk av kirale ligander,ExRh-BINAP: • kan gi (enantio)stereoselektiv hydroborering • omleiring(migration); • hydroborering er reversibel • (elim (a,b) / add (c) ved varming); • vil derfor kunne gi omleiret produkt; B-gruppen vandrer langs kjeden (gjerne til terminal pos) • intramolekylær mek via p-komplex: • migrering til minst sterisk hindret / minst subst / terminal posisjon • særlig ved: • - oppvarming av sterisk hindrede trialkyl boraner, • Ex: tegn ut! • - evt med metall-kat (gir mildere betingelser)

  19. 4.5 Addisjon til C=C dobbeltbinding via organoboran intermediater • Organoboran reaksjoner erstatter R3B,Bor-gruppe med I)OH (gir alkohol, carbonyl),II)NH, III)X;(C i kap 9) • I) Alkohol / karbonyl dannelse; • oksydasjon med basisk H2O2, • Mekanisme; trinn i),ii) (x3),iii): • bibehold av alkyl stereokjemi(trinn ii) alkylvandring) • kombinasjon av • Ex, tegn ut! • gir godt definert produkt, • gir anti-Markovnikov sluttprodukt, Ex: • Ex, oxymerkurering-red; tegn ut! • prod dannet via kationisk intermediat? • motsatt! • Alt: andre ox-midler; O2/perfluorerte løsn.midler,Ex: • kraftigere ox-midler gir ox til karbonyl; Ex prod? • II) Amin dannelse; • organoboran + amin-X(X = utg gruppe; -Cl, -OSO3), Ex: • tilsv mek; i)ii),iii), som rx m/ H2O2 over (men oftest bare 2x): • - gir prim amin • - sek amin vha alkyl azid, Ex: • III) Alkylhalid • v/ subst av B med I/Br, I-Cl, evt I2 / Br2+base/OH-Ex, tegn ut! • Regioselektivitet, terminal alken gir prim halid; • prod dannet via kationisk intermediat (ex HBr)? • motsatt!

  20. 4.5 Addisjon til C=C dobbeltbinding via organoboran intermediater • Enantioselektiv hydroborering • chirale boraner kan fremstilles fra chirale terpener; ex: bis(isopinocampheyl)boran, (Ipc)2BH, • begge enantiomere er tilgjengelige: • (Ipc)2BH og Z-alkener inntar favorisert TS, muliggjør A.diastereosel alkylboran-dannelse og B. enantiosel prod dannelse • (Z- bedre enn E-alkener): • både Z- og E-vinyl etere gir høy selektivitet, Ex: • Metode for regenerering av terpen: • Metode Agir gjendannet pinen ved dannelse av • dietoksyboran intermediat ved rx med acetaldehyd: • H2O2 ox gir produkt alkohol + HB(OEt)2: • Metode B • gir dannelse av produkt alkohol, ROH, og Ipc-OH (går tapt): • andre reagenser: • monoisocampheylboran, IpcBH2; • haloboranes; chloroborane bromoborane, • Ex : • Stereoselektiv dannelse av aminer og alkylhalider; tilsvarende som for alkoholer

  21. 4.5 Addisjon til C=C dobbeltbinding via organoboran intermediater • Alkyn hydroborering • alkyn rx med disubstboran gir vinylboran, syn add; • protonolyse gir cis/Z alken; • ox (H2O2) gir enol prod -- keton • term alkyn gir aldehyd; Ex; tegn ut!: • NB, syrekat. hydratisering gir Markovnikov prod: • merkurium ion eller H+; Nu åpning på mest pos C • dvs. terminale alkyner gir methyl ketoner, tegn ut! • rx med Br2 gir vinyl bromid; • anti add(av Br-Br),rotasjon og anti elim(av B / Br) gir anti produkt • v) hydrolyse med vann gir vinylborsyre • rx med I2 gir E vinyl iodid • OPPSUMMERING

More Related