CHEMIA

ORGANICZNA

Kurs podstawowy

Kurs podstawowy

Wykład 9

Reaktywność alkoholi

Reaktywność alkoholi

Odwadnianie alkoholi

Różnica w temperaturach wrzenia pozwala na wydzielenie produktu

Reaktywność alkoholi

Odwadnianie alkoholi

H

2

SO

4

+

grzanie

OH

g³ówny

grzanie

Tworzy się trwalszy alken

OH

H

2

SO

4

grzanie

Kation się przegrupowuje ze względu na wyższą rzędowość

Reaktywność alkoholi

Odwadnianie alkoholi

Przyłączenie protonu
do tlenu

Odejście wody i
utworzenie karbokationu

Reaktywność alkoholi

Odwadnianie alkoholi

POCl

3

Pirydyna

OH

β

t

H

N

β-proton

OH

POCl

3

Pirydyna

Py*HCl

O

P

O

O

P

O

- Py*HCl

Cl

Cl

Cl

Cl

Doskonała grupa opuszczająca

Reaktywność alkoholi

Przegrupowanie pinakolinowe dioli

Brak protonu

β więc reakcja nie powinna zajść

Brak protonu

β więc reakcja nie powinna zajść

Reaktywność alkoholi

Przegrupowanie pinakolinowe dioli

Reaktywność alkoholi

Przegrupowanie pinakolinowe dioli

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi

Utlenianie alkanów
prowadzi do

prowadzi do
powstawania całej gamy
związków w zależności
od budowy wyjściowego
alkanu

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi II-rzędowych

Środowisko kwaśne
jest potrzebne do
otrzymania

otrzymania
właściwego utleniacza

Chromian bądź dwuchromian sodu – podstawowy utleniacz dla
niewymagających alkoholi

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi II-rzędowych

kwas chromowy

kwaśny chromian

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi II-rzędowych

Tlen oddaje dwa elektrony
na atom chromu

Chrom może przyjąć aż
6 elektronów

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi I-rzędowych

O

OH

Na

2

CrO

4

H

2

SO

4

OH

92%

?

H

O

Czy jest możliwość zatrzymać proces utlenienia na etapie aldehydu?

Czy jest możliwość zatrzymać proces utlenienia na etapie aldehydu?

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi I-rzędowych

Jest to tak naprawdę zdezaktywowany bezwodnik kwasu chromowego, który
swoją mniejszą aktywność zawdzięcza pirydynie która kompleksuje chrom

swoją mniejszą aktywność zawdzięcza pirydynie, która kompleksuje chrom
oslabiając jego zdolności do przyjmowania elektronów

O

OH

PCC

DCM

H

O

78%

78%

Inny odczynnik utleniający tylko do aldehydów – MnO

2

Reaktywność alkoholi

Utlenianie Swerna

OH

DMSO, (COCl)

2

H

O

85%

Et

3

N, DCM, -60

o

C

85%

O

O

H

3

C

S

CH

3

Cl

Cl

O

Gdzie tu jest utleniacz?

Reaktywność alkoholi

Utlenianie Swerna

S

CH

3

OH

(COCl)

2

- CO

2

, -CO, -HCl

Cl

O

CH

3

N

Et

Et

O

S

CH

3

CH

3

H

Et

3

O

+

H

3

C

S

CH

3

+ NEt

3

-HCl

Reaktywność alkoholi

Utlenianie alkoholi - podsumowanie

Alkohol I-rzędowy:

-do aldehydu – PCC, MnO

2

, utlenianie Swerna

d k

k b k l

k żd

tl i

N C O

-do kwasu karboksylowego – każdy mocny utleniacz – Na

2

CrO

4

,

KMnO

4

, HNO

3

itd.

Alkohol II-rzędowy:

-do ketonu: każdy odczynnik utleniający

do ketonu: każdy odczynnik utleniający

Reaktywność alkoholi

Utlenianie dioli

OH

OH

HIO

4

H

O

H

H

H

O

W przypadku potraktowania dowolnego diolu kwasem nadjodowym w

p yp

p

g

j

y

pierwszej kolejności tworzy się diester kwasu nadjodowego, który
rozkłada się elektrocyklicznie do dialdehydu i kwasu jodowego

Reaktywność alkoholi

Alkohole jako nukleofile i elektrofile

Reaktywność alkoholi

Alkohole jako nukleofile i elektrofile

Reaktywność alkoholi

Alkohole jako nukleofile i elektrofile

W dużej części reakcji z udziałem alkoholi jako substratów obserwuje się
sytuację, że alkohol ulega w tej samej reakcji zarówno jako elektrofil jak i
nukleofil

Reaktywność alkoholi

Reakcja z halogenowodorami

Reaktywność alkoholi

Reakcja z halogenowodorami

Reaktywność alkoholi

Reakcja z halogenowodorami

S

N

2

S

N

2

S

N

2

Reakcja składa się właściwie z dwóch reakcji S 2 początkowo na HBr a

Reakcja składa się właściwie z dwóch reakcji S

N

2, początkowo na HBr a

potem na kationie hydroksoniowym

Reaktywność alkoholi

Reakcja z halogenowodorami

Chlorek cynku pełni w tej reakcji rolę kwasu Lewisa, który ma za zadanie
wspomagać tworzenie się karbokationu W przypadku alkoholi I rzędowych

wspomagać tworzenie się karbokationu. W przypadku alkoholi I-rzędowych
ZnCl

2

zwiększa polaryzację wiązania C-O i umożliwia atak anionu

chlorkowego

Reaktywność alkoholi

Problemy reakcji alkoholi z HX

Produkt oczekiwany

Produkt rzeczywisty

Reaktywność alkoholi

Problemy reakcji alkoholi z HX

Tworzący się karbokation jest drugorzędowy i ma
możliwość przekształcenia się w trzeciorzędowy

Reaktywność alkoholi

Przekształcenia w haloalkany

2P

+

3I

2

2PI

3

3

Reaktywność alkoholi

Przekształcenia w haloalkany

bardzo dobra grupa

j

opuszczająca

Przekształcenie alkoholi w halogenki za pomocą trójhalogenków fosforu
zachodzi z inwersją konfiguracji

Reaktywność alkoholi

Przekształcenia w haloalkany

Uż i

hl k ti

l

k ji

lk h l

d j

t

i

Użycie chlorku tionylu w reakcji z alkoholem powoduje utworzenie
chloroalkanu jako produktu głównego oraz dwutlenku siarki oraz
chlorowodoru jako produktów ubocznych

Reaktywność alkoholi

Przekształcenia w haloalkany

W t k i

k ji t

i

hl

lfi i

d kt

jś i

W trakcie reakcji tworzy się chlorosulfinian – produkt przejściowy

Reaktywność alkoholi

Tosylany

Dlaczego tosylany?

Reaktywność alkoholi

Tosylany

Grupa p toluenosulfonowa jest anionem mocnego kwasu więc jest bardzo dobrą

Grupa p-toluenosulfonowa jest anionem mocnego kwasu, więc jest bardzo dobrą
grupą opuszczającą. Modyfikacja alkoholu poprzez utworzenie tosylanu a
następnie podstawienie tosylanu nukleofilem jest bardzo popularną reakcją w
chemii organicznej

S

O

O

S

O

O

Inne chlorki kwasowe to:

H

3

C

S

Cl

S

Cl

Reaktywność alkoholi

Tosylany

SUBSTYTUCJA

Przebieg reakcji tosylanów z nukleofilami zależy od mocy nukleofila i
warunków prowadzenia reakcji

ELIMINACJA

ELIMINACJA

Reaktywność alkoholi

Tosylany

Substytucja nukleofilowa z udziałem tosylanów zachodzi według

h i

S 2

mechanizmu S

N

2

Reaktywność alkoholi

Tosylany

alkohole

nitryle

haloalkany

etery

sole amoniowe

sole amoniowe

alkany

Reaktywność alkoholi

Estryfikacja alkoholi

kwas karboksylowy

ester kwasu

karboksylowego

Ni t lk k

k b k l

l

j

k ji

t fik ji l

ó

i ż k

Nie tylko kwasy karboksylowe ulegają reakcji estryfikacji, ale również kwasy
nieorganiczne

Reaktywność alkoholi

Estryfikacja alkoholi

K

lf

Kwasy sulfonowe

Kwas siarkowy

Reaktywność alkoholi

Estryfikacja alkoholi

Kwas azotowy

trinitrogliceryna

Reaktywność alkoholi

Estryfikacja alkoholi

Kwas fosforowy

W kwasie fosforowym możliwe jest podstawienie aż trzech grup -OH

Reaktywność alkoholi

Alkoholany

R

O

H

Na

R

O

+

1/2 H

2

Na

R

O

H

K

R

O

+

1/2 H

2

K

Synteza eterów Williamsona to najważniejsze zastosowanie alkoksylanów

Synteza eterów Williamsona to najważniejsze zastosowanie alkoksylanów.
Niektóre z alkoholanów są używane jako zasady (np. t-BuOK).

Reaktywność alkoholi

Synteza Williamsona

W pierwszym etapie następuje generowanie alkoksylanu

W drugim etapie alkoholan reaguje z haloalkanem tworząc eter

Reaktywność eterów

Reakcja z HX (X = Cl, Br, I)

At k B

j d

Atak Br

-

na jeden z

rodników alkoliwych

Atak tlenu na proton w HBr

Reaktywność eterów

Rozszczepianie eteru
cyklopentylowo-etylowego

Rozszczepianie może zajść według dwóch mechanizmów

Reaktywność eterów

Rozszczepianie eteru
cyklopentylowo-etylowego

Rozszczepianie eterów
di lkil

h

b

d i

dialkilowych wobec nadmiaru
HX prowadzi do powstania
haloalkanów

Wymiana –OH na –Br może zachodzić według mechanizmu S

N

1 lub S

N

2 w

zależności od użytych warunków

Reaktywność eterów

Rozszczepianie eteru fenylowo-etylowego

Dla eterów arylowo-alkilowych reakcja rozszepiania biegnie wyłącznie w podany

y

y

j

p

g

y ą

p

y

powyżej sposób, a reakcja zatrzymuje się na etapie fenolu

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w środowisku kwaśnym

Otrzymany diol posiada
kondigurację trans

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w środowisku kwaśnym
w obecności alkoholu

w obecności alkoholu

H

O

H

O

H

O

H

O

OH

HO

H

HO

O

OH

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w środowisku
przyrodzie

Skwalen prekursor steroidów

Skwalen – prekursor steroidów

Cyklizacja prowadzi do lanosterolu – pierwszego ze steroli

Reaktywność epoksydów

Reakcja epoksydów z HX

O

HBr

gaz

HBr

wodny

Br

Br

Br

OH

Oddziaływanie związków typu HX podlega mechanizmowi opisanemu
wcześniej. Różnice w produktach wynikają z prowadzenia reakcji w
rożnych środowiskach

rożnych środowiskach

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w warunkach zasadowych

Atak OH

-

następuje od strony

przeciwnej do tlenu
epoksydowego

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w warunkach zasadowych

Reaktywność epoksydów

Otwieranie epoksydów w warunkach zasadowych

Amina jako zasada

Reaktywność epoksydów

Orientacja addycji nukleofili do epoksydów

Addycja w warunkach kwaśnych

Addycja w warunkach zasadowych

y j

y

Reaktywność epoksydów

Orientacja addycji nukleofili do epoksydów

Anion alkoksylowy reaguje wg S

N

2 i atakuje najmniej zatłoczoną pozycję w

epoksydzie

epoksydzie

W katalizie kwaśnej nukleofil atakuje najbardziej pozytywny węgiel

Reaktywność epoksydów

Addycja związków organometalicznych

Związki organomagnezowe (Grignarda) i organolitowe również
przyłączają się do epoksydów

Reaktywność epoksydów

Selektywność addycji

Przylączenie organolitu zachodzi od mniej zatłoczonej strony

Selektywność addycji odczynnika Grignarda jest dużo niższa

Do zapamiętania

€

Reaktywność alkoholi

€

Reaktywność eterów

€

Reaktywność epoksydów

€

Reaktywność epoksydów