3.Reazioni elettrofiliche (al C=C, al C C, aromatiche, ecc.) · del numero di legami, al tipo di...

Università degli Studi di Bari - Dipartimento di Farmacia-SdF TECNICHE ERBORISTICHE

CHIMICA ORGANICA A.A. 2012-2013

3. Reazioni organiche

Giuseppe G. Carbonara

3.Reazioni elettrofiliche

(al C=C, al CC, aromatiche, ecc.)

Università degli Studi di Bari - Dipartimento di Farmacia/SdF TECNICHE ERBORISTICHE


3.0 Reazioni organiche

I. Terminologia, energie e velocità, classificazione II. Reazioni Nucleofiliche:

I. al carbonio saturo (sostituzioni) II. al carbonile (addizione, sostituzione) III. aromatiche (sostituzioni)

III. Reazioni di Eliminazione IV. Reazioni Elettrofiliche

I. a legami multipli (addizione) II. a composti aromatici (sostituzioni)

V. Trasposizioni molecolari VI. Reazioni radicaliche VII. Riduzioni e ossidazioni VIII. Sintesi organiche

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Per meccanismo di reazione ‒ Le reazioni dei diversi gruppi funzionali possono quindi essere classificate in base alla variazione

del numero di legami, al tipo di scissione del legame, alla natura elettrofilica o nucleofilica del substrato, al numero di molecole che prendono parte allo stadio che determina la velocità di reazione [monomolecolari (1), bimolecolari (2), ecc.], ad altri tipi di reazione.

3.0 Classificazione delle reazioni organiche

Reazioni organiche Meccanismo

Omolotico Eterolitico (ionico)

Tipo Radicalico Nucleofilico Elettrofilico

Sostituzione (S) AB + C g AC + B

Alogenazione al C saturo

SN1 (monomolecolare) SN2 (bimolecolare)

SN acilica SN C=C

SN aromatica

SE aromatica

Addizione (A) A + B g C

Addizione racicalica al doppio legame C=C

AN carbonilica AN C=C AN C≡C

AE C=C AE C≡C

Eliminazione (E) A g B + C

E 1 E 2

Reazioni acido-base Trasposizioni Cicloaddizioni Ossido-riduzioni (idrogenazioni e deidrogenazioni)





Per Gruppo Funzionale − I gruppi funzionali sono atomi o gruppi di atomi che mostrano una reattività caratteristica

quando vengono trattati con alcuni reattivi. − Un particolare gruppo funzionale quando è presente in un composto mostrerà quasi sempre il suo

comportamento chimico caratteristico. Pertanto, le reazioni organiche sono spesso organizzate in base ai gruppi funzionali.

3.0 Classificazione delle reazioni organiche

Classe Funzionale Formula Reazioni Caratteristiche

Alcani C–C, C–H Sostituzione (di H, in genere con Cl o Br, reazione radicalica) Combustione-ossidazione (conversione a CO2 e H2O)

Alcheni C=C–H Addizione (AN, AE) Sostituzione (di H)

Alchini C≡C–H Addizione (AN, AE) Sostituzione (di H)

Alogenuri Alchilici H–C–C–X Sostituzione (di X) (SN) Eliminazione (of HX)

Alcoli H–C–C–O–H Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN) Eliminazione (di H2O); Ossidazione (eliminazione di 2H)

Eteri (alfa)C–O–R Sostituzione (di OR); Sostituzione (di H in alfa) (SN)

Ammine C–NRH Sostituzione (di H) (SN) Addizione (all’N); Ossidazione (di N)

Anello benzenico C6H6 Sostituzione (di H o di X) (SN, SE)

Aldeidi (alfa)C–CH=O Addizione (riduzione con H2 o attacco nucleofilo) (AN) Sostituzione (di H o di H in alfa) (SN)

Chetoni (alfa)C–CR=O Addizione (riduzione con H2) (AN) Sostituzione (di H in alfa) (SN)

Acidi carbossilici (alfa)C–CO2H Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN) Sostituzione (di H in alfa); Addizione (al C=O) (SN)

Derivati carbossilici (alfa)C–CZ=O (Z = OR, Cl, NHR, ecc.)

Sostituzione (di Z); Sostituzione (di H in alfa) (SN) Addizione (al C=O) (AN)



I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Meccanismo generale

3.3 Reazioni elettrofiliche

Nucleofilo Elettrofilo

Elettrofilo Nucleofilo

Stadio lento

Mappa del potenziale

elettrostatico dell’alchene

nucleofilo

Intermedio

carbocationico

Stadio

veloce

Stadio 1

Stadio 2





Addizioni con meccanismo carbocationico


Reagente

Procedono attraverso l’addizione iniziale di un protone all’alchene per dare un

intermedio carbocationico. Il nucleofilo attacca il carbocatione in un secondo stadio.

Prodotto Commenti

Queste reazioni procedono con una orientazione

secondo Markovnikov e una stereochimica che

produce eventuale racemizzazione. E’ possibile il

riarrangiamento dei carbocationi intermedi.

Regola di Markovnikov. L’H+ si lega al carbonio con

più idrogeni (meno sostituito), e il Nu: si lega al

carbonio con meno idrogeni (più sostituito), ovvero

che porta al carbocatione più stabile.





Addizioni con intermedio ciclico a tre termini


Reagente Prodotto Commenti

Quando l’elettrofilo E: ha un doppietto elettronico non condiviso, inizialmente l’addizione

produce un anello a tre termini. Se l’anello non è carico la reazione si ferma. Se l’anello ha

una carica positiva, si ha l’attacco del nucleofilo sul carbonio più sostituito che porta

all’apertura dell’anello.

Addizione sin Addizione anti

Si ferma se l’anello è neutro;

il Nu: attacca se l’anello è positivo.

I carbeni si addizionano

per dare derivati del

ciclopropano.

(diazometano)








Gli acidi perossicarbos-

silici danno gli epossidi

con un meccanismo di

addizione sin.

Cloro e bromo si addizio-

nano con meccanismo

anti.

Nelle addizioni di Cl e Br,

se si usa come solvente

l’acqua, si ottengono le

aloidrine. L’OH si lega al

carbonio più sostituito

con meccanismo di

addizione sin.








Nella reazione degli

alchini, il prodotto iniziale,

un enolo, tautomerizza a

chetone.

L’ossimercuriazione è un

metodo di addizione di

acqua secondo

Markovnikov che permette

di evitare il riarran-

giamento del carbocatione

intermedio.





Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi


L‘idroborazione porta alla

addizione sin anti-Markov-

nikov di acqua.


Quando l’Elettrofilo e il Nucleofilo fanno parte della stessa molecola, si produce un’addizione

sin, col nucleofilo che si lega al carbonio più sostituito.

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Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi



L’ozono può essere

utilizzato per scindere

l’alchene in due composti

carbonilici.

Tetrossido si osmio e

permanganato producono

l’addizione sin di due

gruppi ossidrilici

all’alchene.

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Idrogenazioni catalitiche



L’idrogenazione catalitica produce

l’addizione sin di due atomi di

idrogeno all’alchene o di quattro

idrogeni all’alchino portando al

corrispondente alcano.

L’uso di un catalizzatore

«avvelenato» (Lindlar: Pd/CaCO3/

chinolina) permette di ridurre

l’alchino al corrispondente alchene

cis.

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II. Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr: Meccanimo generale


lento

Ione arenio

stabilizzato per

risonanza

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Meccanismo

3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Viene protonato

il gruppo OH

dell’acido

nitrico.

Con la perdita di H2O viene

generato lo ione elettrofilo

nitronio +NO2.

Lo ione nitronio +NO2 reagisce

con l’anello benzenico come

visto nello schema generale.

Una base presente nella miscela di reazione,

come l’ H2O, rimuove un protone dallo ione arenio

per ripristinare l’anello aromatico.

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Effetto dei sostituenti


Fortemente attivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M > effetto

induttivo elettron-attrattore - I

Moderatamente attivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M > effetto

induttivo elettron-attrattore – I (meno

che con i precenti sostituenti)

Debolmente attivanti orto, para Debole effetto induttivo + I o di

iperconiugazione

Debolmente disattivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M

(controlla la regiochimica) < effetto induttivo elettron-attrattore - I

(controlla la velocità di reazione)

Moderatamente

disattivanti meta

Effetto elettron-donatore – M , effetto

induttivo elettron-attrattore – I

Fortemente disattivanti meta Effetto elettron-donatore – M e/o

effetto induttivo elettron-attrattore – I

Gruppi arilici

Gruppi alchilici

Alogeni

Sotituente Reattività Regiochimica Commenti



Sintesi di composti aromatici


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Sintesi di composti aromatici (SNAr) su altri substrati


Le reazione di sostituzione nucleofilica aromatica può avvenire mediante

meccanismi di addizione-eliminazione e eliminazione addizione

Reazione Commenti

Addizione-eliminazione; richiede gruppi

fortemente elettron-attrattori in posizione

orto e/o para all’alogeno

Eliminazione-addizione; procede

attraverso l’intermedio benzino; richiede un

base molto forte

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Sintesi di composti aromatici


Prodotto meno reattivo; funziona anche su

anelli disattivati.

X = Cl e Br; cat. acidi di Lewis AlCl3, FeCl3,

AlBr3, FeBr3; prodotto meno reattivo; funziona

anche su anelli disattivati.

Prodotto meno reattivo; funziona anche su

anelli disattivati; reazione reversibile usando

H2SO4 in H2O.

Alchilazione di Friedel-Crafts; prodotto molto

più reattivo; non funziona su anelli fortemente

disattivati, possibili prodotti di riarrangiamento

carbocatione; si può usare una anidride

effettuata con alcheni, alcoli e catalisi acida

per generare l’elettrofilo.

Acilazione di Friedel-Crafts; prodotto meno

reattivo; non funziona su anelli fortemente

disattivati, si può usare una anidride per

generare l’elettrofilo.

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Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.

3.3 Sostituzioni Nucleofiliche Aromatiche SNAr

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Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.


Sostituzione di –NH2 con

Cl o Br


I


F


OH


CN

Sostituzione di –NH2 con H; può

essere effettuata anche con NaBH4

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Altre reazioni sugli anelli aromatici


Reazione Commenti

Può essere effettuata anche

con acido e Fe, Sn, SnCl2

Riduzione di Clemmens

[Zn(Hg) e HCl]; riduzione di

Wolff-Kishner (NH2NH2 e

KOH)

Ossidazione di un residuo

alchilico con permanganato::

va bene se R non è terziario

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