1
RJC
Addycje Nukleofilowe do
Grupy Karbonylowej
Addycje Nukleofilowe do
Addycje Nukleofilowe do
Grupy Karbonylowej
Grupy Karbonylowej
Slides 1 to 29
C
O
R
H
Nu
Nu
C
OH
R
H
Nu
C
O
R
H
+H
1
RJC
Addycje Nukleofilowe do
Grupy Karbonylowej
Addycje Nukleofilowe do
Addycje Nukleofilowe do
Grupy Karbonylowej
Grupy Karbonylowej
Slides 1 to 29
C
O
R
H
Nu
Nu
C
OH
R
H
Nu
C
O
R
H
+H
2
RJC
Addycja vs Substytucja
Addycja vs Substytucja
Atom C w grupie karbonylowej (
Atom C w grupie karbonylowej (
δ
δ
+
+
) jest podatny
) jest podatny
na atak odczynnika nukleofilowego Nu; w
na atak odczynnika nukleofilowego Nu; w
zale
zale
Ŝ
Ŝ
no
no
ś
ś
ci od substratu, reakcja mo
ci od substratu, reakcja mo
Ŝ
Ŝ
e prowadzi
e prowadzi
ć
ć
albo do addycji, albo do substytucji.
albo do addycji, albo do substytucji.
C
O
δ
+
δ
-
Nu
X
R
C
O
Nu
R
C
OH
R
X
Nu
add
n
sub
n
3
RJC
Addycje Nukleofilowe : X=H
Addycje Nukleofilowe : X=H
Poniewa
Poniewa
Ŝ
Ŝ
atom H nie mo
atom H nie mo
Ŝ
Ŝ
e stabilizowa
e stabilizowa
ć
ć
ł
ł
adunku
adunku
ujemnego, jest on bardzo z
ujemnego, jest on bardzo z
łą
łą
grup
grup
ą
ą
odchodz
odchodz
ą
ą
c
c
ą
ą
.
.
Atak odczynnika Nu prowadzi do powstania
Atak odczynnika Nu prowadzi do powstania
produktu addycji.
produktu addycji.
C
O
R
H
Nu
Nu
C
OH
R
H
Nu
C
O
R
H
+H
4
RJC
Addycje Nukleofilowe : X = R
Addycje Nukleofilowe : X = R
Poniewa
Poniewa
Ŝ
Ŝ
podstawniki typu R (alkil, aryl) nie
podstawniki typu R (alkil, aryl) nie
stabilizuj
stabilizuj
ą
ą
ł
ł
adunku ujemnego
adunku ujemnego
,
,
to takie grupy s
to takie grupy s
ą
ą
bardzo z
bardzo z
ł
ł
ymi grupami odchodz
ymi grupami odchodz
ą
ą
cymi; atak
cymi; atak
odczynnika Nu prowadzi do powstawania
odczynnika Nu prowadzi do powstawania
produkt
produkt
ó
ó
w addycji.
w addycji.
C
O
R
R
Nu
Nu
C
OH
R
R
Nu
C
O
R
R
+H
5
RJC
Nukleofile z
Nukleofile z
Ł
Ł
adunkiem Ujemnym
adunkiem Ujemnym
Nukleofile mog
Nukleofile mog
ą
ą
stanowi
stanowi
ć
ć
cz
cz
ą
ą
steczki na
steczki na
ł
ł
adowane
adowane
ujemnie (aniony).
ujemnie (aniony).
jon hydroksylowy
jon bromkowy
jon metoksylanowy
HO
Br
CH
3
O
••
•
•
••
••
•
•
••
••
•
•
••
•
•
C
O
R
R
Nu
Nu
C
OH
R
R
Nu
C
O
R
R
+H
6
RJC
Nukleofile bez
Nukleofile bez
Ł
Ł
adunku (Oboj
adunku (Oboj
ę
ę
tne)
tne)
Nukleofile oboj
Nukleofile oboj
ę
ę
tne, po addycji do grupy
tne, po addycji do grupy
karbonylowej trac
karbonylowej trac
ą
ą
jon H
jon H
+
+
; w ten spos
; w ten spos
ó
ó
b daj
b daj
ą
ą
produkty oboj
produkty oboj
ę
ę
tne (bez
tne (bez
ł
ł
adunku).
adunku).
woda
amoniak
metanol
H
2
O
••
••
CH
3
OH
••
••
••
NH
3
C
O
R
R
NuH
Nu
C
OH
R
R
NuH
C
O
R
R
7
RJC
Aldehydy vs Ketony
Aldehydy vs Ketony
Aldehydy s
Aldehydy s
ą
ą
bardziej reaktywne ni
bardziej reaktywne ni
Ŝ
Ŝ
ketony;
ketony;
powodem jest zmniejszona zawada steryczna
powodem jest zmniejszona zawada steryczna
(przestrzenna) w aldehydach (
(przestrzenna) w aldehydach (
ł
ł
atwiejsze
atwiejsze
podej
podej
ś
ś
cie nukleofila).
cie nukleofila).
acetaldehyd
aceton
90°
90°
8
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
Szybko
Szybko
ść
ść
reakcji jest zdeterminowana przez
reakcji jest zdeterminowana przez
warto
warto
ść
ść
energii aktywacji
energii aktywacji
∆
∆
G
G
‡
‡
; r
; r
ó
ó
wnowaga
wnowaga
pomi
pomi
ę
ę
dzy produktami i substratami jest okre
dzy produktami i substratami jest okre
ś
ś
lona
lona
energi
energi
ą
ą
ko
ko
ń
ń
cowych produkt
cowych produkt
ó
ó
w (wzgl
w (wzgl
ę
ę
dem
dem
substrat
substrat
ó
ó
w), czyli warto
w), czyli warto
ś
ś
ci
ci
ą
ą
∆
∆
G
G
o
o
.
.
Energia
Postęp reakcji
C
O
R
R
Nu
C
OH
R
R
∆
G
o
∆
G
‡
9
RJC
Na Przyk
Na Przyk
ł
ł
ad ... Aceton
ad ... Aceton
Dodatnia warto
Dodatnia warto
ść
ść
+
+
∆
∆
G
G
o
o
oznacza reakcj
oznacza reakcj
ę
ę
endotermiczn
endotermiczn
ą
ą
, w kt
, w kt
ó
ó
rej, w stanie r
rej, w stanie r
ó
ó
wnowagi,
wnowagi,
preferowane s
preferowane s
ą
ą
substraty.
substraty.
energia
postęp reakcji
C
O
CH
3
CH
3
Nu
C
OH
CH
3
CH
3
∆
G
o
10
RJC
Na Przyk
Na Przyk
ł
ł
ad ... Formaldehyd
ad ... Formaldehyd
Ujemna warto
Ujemna warto
ść
ść
-
-
∆
∆
G
G
o
o
oznacza reakcj
oznacza reakcj
ę
ę
egzotermiczn
egzotermiczn
ą
ą
, w kt
, w kt
ó
ó
rej stan r
rej stan r
ó
ó
wnowagi preferuje
wnowagi preferuje
produkty.
produkty.
−∆
G
o
energia
postęp reakcji
C
O
H
H
Nu
C
OH
H
H
11
RJC
Wp
Wp
ł
ł
yw pH na Szybko
yw pH na Szybko
ść
ść
Reakcji
Reakcji
Szybko
Szybko
ść
ść
reakcji addycji nukleofilowej do grupy C=O jest
reakcji addycji nukleofilowej do grupy C=O jest
uzale
uzale
Ŝ
Ŝ
niona od warto
niona od warto
ś
ś
ci pH.
ci pH.
Warunki obojętne
: brak aktywacji
Warunki kwasowe
: aktywują substrat
karbonylowy
Warunki zasadowe
: aktywują nukleofil
12
RJC
Odczyn Oboj
Odczyn Oboj
ę
ę
tny
tny
Ani nukleofil, ani substrat karbonylowy nie
Ani nukleofil, ani substrat karbonylowy nie
ulegaj
ulegaj
ą
ą
aktywacji.
aktywacji.
C
O
R
R
Nu
Nu
C
OH
R
R
Nu
C
O
R
R
+H
13
RJC
Odczyn Kwasowy
Odczyn Kwasowy
Atom tlenu w grupie C
Atom tlenu w grupie C
=
=
O jest
O jest
protonowany
protonowany
,
,
wskutek czego staje si
wskutek czego staje si
ę
ę
ona
ona
‘
‘
uaktywniona
uaktywniona
’
’
wobec
wobec
odczynnika nukleofilowego (bardziej podatna na
odczynnika nukleofilowego (bardziej podatna na
atak nukleofila).
atak nukleofila).
+H
C
O
R
R
C
O
H
R
R
C
O
H
R
R
Nu
14
RJC
Na Przyk
Na Przyk
ł
ł
ad ... Aceton
ad ... Aceton
Aktywacja kwasowa powoduje,
Aktywacja kwasowa powoduje,
Ŝ
Ŝ
e woda jako
e woda jako
s
s
ł
ł
aby nukleofil reaguje z acetonem daj
aby nukleofil reaguje z acetonem daj
ą
ą
c jego
c jego
hydrat.
hydrat.
CH
3
O
CH
3
CH
3
O
H
CH
3
CH
3
O
H
CH
3
OH
2
CH
3
O
H
CH
3
OH
+H
+H
2
O
+H
-H
-H
-H
2
O
15
RJC
Odczyn Zasadowy
Odczyn Zasadowy
S
S
ł
ł
abe nukleofile mog
abe nukleofile mog
ą
ą
ulec deprotonowaniu przez
ulec deprotonowaniu przez
zasad
zasad
ę
ę
,
,
daj
daj
ą
ą
c lepsze (bardziej aktywne) nukleofile
c lepsze (bardziej aktywne) nukleofile
anionowe.
anionowe.
NuH +
B
Nu +
BH
16
RJC
Na Przyk
Na Przyk
ł
ł
ad ...
ad ...
S
S
ł
ł
aby nukleofil H
aby nukleofil H
2
2
O mo
O mo
Ŝ
Ŝ
e zosta
e zosta
ć
ć
przeprowadzony
przeprowadzony
w silniejszy
w silniejszy
nukleofil
nukleofil
,
,
jakim jest anion
jakim jest anion
hydroksylowy HO
hydroksylowy HO
-
-
.
.
H
2
O +
B
HO +
BH
17
RJC
Reakcje Prowadz
Reakcje Prowadz
ą
ą
ce do Utworzenia
ce do Utworzenia
Wi
Wi
ą
ą
zania C
zania C
-
-
C
C
Reakcje prowadz
Reakcje prowadz
ą
ą
ce do utworzenia wi
ce do utworzenia wi
ą
ą
zania
zania
σ
σ
C
C
-
-
C maj
C maj
ą
ą
wyj
wyj
ą
ą
tkowe znaczenie w syntezie
tkowe znaczenie w syntezie
organicznej; addycje nukleofilowe do grupy
organicznej; addycje nukleofilowe do grupy
karbonylowej s
karbonylowej s
ą
ą
jednym z najlepszych rozwi
jednym z najlepszych rozwi
ą
ą
za
za
ń
ń
tego problemu;
tego problemu;
Otrzymywanie Cyjanohydryn
Reakcje z Odczynnikami Grignarda
18
RJC
Cyjanohydryny
Cyjanohydryny
Anion cyjankowy reaguje z aldehydami oraz
Anion cyjankowy reaguje z aldehydami oraz
niezat
niezat
ł
ł
oczonymi ketonami daj
oczonymi ketonami daj
ą
ą
c produkty addycji
c produkty addycji
w postaci odpowiedniej cyjanohydryny.
w postaci odpowiedniej cyjanohydryny.
C
O
R
R
CN
CN
C
OH
R
R
CN
C
O
R
R
+H
19
RJC
Cyjanohydryny jako Wa
Cyjanohydryny jako Wa
Ŝ
Ŝ
ne Substraty w
ne Substraty w
Syntezie Organicznej
Syntezie Organicznej
Hydroliza cyjanohydryn prowadzi do otrzymania
Hydroliza cyjanohydryn prowadzi do otrzymania
kwasu karboksylowego, kt
kwasu karboksylowego, kt
ó
ó
ry w wyniku dalszej
ry w wyniku dalszej
redukcji mo
redukcji mo
Ŝ
Ŝ
e zosta
e zosta
ć
ć
przeprowadzony w inne
przeprowadzony w inne
pochodne.
pochodne.
CN
C
OH
R
R
CO
2
H
C
OH
R
R
CH
2
OH
C
OH
R
R
20
RJC
Odczynniki Grignarda
Odczynniki Grignarda
Halogenki alkilowe (r
Halogenki alkilowe (r
ó
ó
wnie
wnie
Ŝ
Ŝ
arylowe) reaguj
arylowe) reaguj
ą
ą
z Mg
z Mg
w warunkach bezwodnych (najlepiej w absolutnym
w warunkach bezwodnych (najlepiej w absolutnym
eterze dietylowym lub THF) daj
eterze dietylowym lub THF) daj
ą
ą
c tzw.
c tzw.
‘
‘
odczynniki
odczynniki
Grignarda
Grignarda
’
’
(zwi
(zwi
ą
ą
zek magnezoorganiczny).
zek magnezoorganiczny).
CH
3
Br + Mg CH
3
MgBr
21
RJC
Addycje Nukleofilowe Odczynnik
Addycje Nukleofilowe Odczynnik
ó
ó
w
w
Grignarda
Grignarda
Odczynniki Grignarda reaguj
Odczynniki Grignarda reaguj
ą
ą
z aldehydami oraz z
z aldehydami oraz z
ketonami daj
ketonami daj
ą
ą
c odpowiednio alkohole II
c odpowiednio alkohole II
-
-
lub III
lub III
-
-
rz
rz
ę
ę
dowe. Reakcja z formaldehydem (aldehydem
dowe. Reakcja z formaldehydem (aldehydem
mr
mr
ó
ó
wkowym) prowadzi do alkoholu I
wkowym) prowadzi do alkoholu I
-
-
rz
rz
ę
ę
dowego
dowego
C
O
R
R
CH
3
MgBr
CH
3
C
OH
R
R
CH
3
C
O
R
R
+H
MgBr
22
RJC
Pochodne Azotowe Zwi
Pochodne Azotowe Zwi
ą
ą
zk
zk
ó
ó
w Karbonylowych
w Karbonylowych
Aldehydy oraz ketony s
Aldehydy oraz ketony s
ą
ą
cz
cz
ę
ę
sto cieczami; w celu
sto cieczami; w celu
charakteryzacji cz
charakteryzacji cz
ę
ę
sto s
sto s
ą
ą
one przeprowadzane w
one przeprowadzane w
krystaliczne pochodne, takie jak:
krystaliczne pochodne, takie jak:
Semikarbazony
Oksymy
2,4-Dinitrofenyhydrazony
23
RJC
Semikarbazony
Semikarbazony
Semikarbazyd (zaznaczony na niebiesko)
Semikarbazyd (zaznaczony na niebiesko)
ł
ł
atwo
atwo
reaguje z ketonami oraz aldehydami daj
reaguje z ketonami oraz aldehydami daj
ą
ą
c jako
c jako
produkty addycji (z nast
produkty addycji (z nast
ę
ę
pn
pn
ą
ą
eliminacj
eliminacj
ą
ą
wody)
wody)
krystaliczne semikarbazony.
krystaliczne semikarbazony.
NH
2
NHCNH
2
O
C
O
R
R
C
R
R
N-NHCNH
2
O
+
-H
2
O
24
RJC
Oksymy
Oksymy
Hydroksylamina NH
Hydroksylamina NH
2
2
OH reaguje z ketonami oraz
OH reaguje z ketonami oraz
aldehydami daj
aldehydami daj
ą
ą
c, w podobny spos
c, w podobny spos
ó
ó
b, czyli wg
b, czyli wg
schematu addycja/eliminacja) oksymy
schematu addycja/eliminacja) oksymy
(charakterystyczna grupa funkcyjna C=NOH).
(charakterystyczna grupa funkcyjna C=NOH).
NH
2
OH
C
O
R
R
C
R
R
N-OH
+
-H
2
O
25
RJC
2,4
2,4
-
-
Dinitrofenylohydrazony
Dinitrofenylohydrazony
2,4
2,4
-
-
dinitrofenyhydrazyna reaguje z ketonami oraz
dinitrofenyhydrazyna reaguje z ketonami oraz
aldehydami daj
aldehydami daj
ą
ą
c krystaliczne pochodne
c krystaliczne pochodne
nazywane 2,4
nazywane 2,4
-
-
dinitrofenyhydrazonami.
dinitrofenyhydrazonami.
C
O
R
R
+
NH-NH
2
NO
2
NO
2
C
R
R
N-NH
NO
2
NO
2
-H
2
O
26
RJC
Inne Pochodne Zawieraj
Inne Pochodne Zawieraj
ą
ą
ce Atom Azotu
ce Atom Azotu
Ketony oraz aldehydy reaguj
Ketony oraz aldehydy reaguj
ą
ą
z alkilo
z alkilo
-
-
lub arylo
lub arylo
-
-
aminami (I
aminami (I
-
-
oraz II
oraz II
-
-
rz
rz
ę
ę
dowymi) daj
dowymi) daj
ą
ą
c jako
c jako
produkty addycji/eliminacji iminy (z amin I
produkty addycji/eliminacji iminy (z amin I
-
-
rz
rz
ę
ę
dowych) lub enaminy (z amin II
dowych) lub enaminy (z amin II
-
-
rz
rz
ę
ę
dowych)
dowych)
Iminy
Enaminy
27
RJC
Iminy
Iminy
S
S
ą
ą
produktami powstaj
produktami powstaj
ą
ą
cymi z aminy I
cymi z aminy I
-
-
rz
rz
ę
ę
dowej
dowej
oraz ketonu lub aldehydu.
oraz ketonu lub aldehydu.
R-NH
2
C
O
R
R
C
R
R
N-R
+
-H
2
O
28
RJC
Enaminy
Enaminy
S
S
ą
ą
produktami reakcji ketonu lub aldehydu z
produktami reakcji ketonu lub aldehydu z
aminami II
aminami II
-
-
rz
rz
ę
ę
dowymi. Warunkiem ich
dowymi. Warunkiem ich
powstawania jest obecno
powstawania jest obecno
ść
ść
atomu wodoru w
atomu wodoru w
pozycji
pozycji
α
α
, w cz
, w cz
ą
ą
steczce zwi
steczce zwi
ą
ą
zku karbonylowego
zku karbonylowego
R
2
NH
C
O
CH
3
R
C
R
CH
2
N
+
-H
2
O
R
R
29
RJC
Podsumowanie
Podsumowanie
Addycje nukleofilowe do grupy C=O
Nukleofile z ładunkiem vs nukleofile obojętne
Rola zawady sterycznej
Szybkość reakcji a wartość pH, równowagi
Otrzymywanie cyjanohydryn oraz ich wykorzystanie
Reakcje grupy C=O z odczynnikami Grignarda
Semikarbazony oraz oksymy
2,4-Dinitrofenylohydrazony
Iminy oraz enaminy
Addycje nukleofilowe do grupy C=O
Nukleofile z ładunkiem vs nukleofile obojętne
Rola zawady sterycznej
Szybkość reakcji a wartość pH, równowagi
Otrzymywanie cyjanohydryn oraz ich wykorzystanie
Reakcje grupy C=O z odczynnikami Grignarda
Semikarbazony oraz oksymy
2,4-Dinitrofenylohydrazony
Iminy oraz enaminy