Carbonylverbindungen - Institut für Chemie und Biochemie der FU

Organische Chemie II
- Chemie der Carbonylgruppe -
Zusammengestellt durch B. Grundkötter und
Prof. Dr. C. B. W. Stark
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Warum Carbonylchemie / Charakteristika der Carbonylgruppe.
1.2 MO-Schema, Bindungsenergie und -abstände (Vergleich: C=O vs. C=C), Charakteristika
der Carbonylgruppe (Polarisierung etc.)
1.3 Prinzipien der Katalyse von nucleophilen Additionen an Carbonylverbindungen
1.4 Mechanistische Grenzfälle / Reaktionsprofil
1.5 Acidität, pka-Werte, OH- und C-H-Acidität, Keto-Enol-Tautomerie, Reaktivität von Enolen
und Enolaten
1.6 Klassifizierung von Carbonylverbindungen und Oxidationsstatus
2. Reaktion von Aldehyden und Ketonen mit Nucleophilen (Additionsreaktionen)
2.1 Reaktion mit Wasser (Hydratbildung)
2.2 Reaktion mit Alkoholen (Acetal- und Ketalbildung);
- Darstellung
- Acetale und cyclische Halbacetale in der Natur (Kohlenhydrate)
- Reaktion von Acetalen (Enolether-Darstellung)
2.3 Reaktion mit Thiolen (Thioacetalisierung)
- Darstellung
- Entschützung
- Reaktionen: Corey-Seebach-Synthese (Umpolung); Reduktion (Defunktionalisierung)
2.4 Reaktion mit Stickstoff-Nucleophilen
- primäre Amine und Ammoniak (Aminale: Urotropin)
- sekundäre Amine
- weitere N-Nucleophile (Hydrazine, Hydroxylamine etc.)
2.5 Reaktion mir Kohlenstoff-Nucleophilen (hier nur Cyanid)
- Cyanhydrine
- Strecker-Aminosäure-Synthese
- Benzoin-Kondensation
2.6 Umlagerungsreaktionen
- Baeyer-Villiger-Umlagerung
- Beckmann-Umlagerung
3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
3.1 Einleitung (Biomoleküle, physikalische Eigenschaften etc.)
3.2 Carbonylaktivität (I- und M-Effekte, Reaktivitätsreihe, α-C-H-Acidität, Basizität des
Carbonylsauerstoffes)
3.3 Allgemeiner Reaktionsmechanismus (Additions-Eliminierungs-Mechanismus,
Fluchtgruppenqualität, Triebkraft)
3.4 Veresterung und verwandte Reaktionen
- Veresterung nach Fischer, Umesterung, Amidsynthese
- Reaktive Acylierungsmittel: Säurechloride (Mechanismus, Keten-Mech., Darstellung
von Säurechloriden)
- In situ Aktivierung von Carbonsäuren (Yamaguchi-Veresterung, CarbodiimidMethode, Mitsunobu-Reaktion)
3.5 Esterspaltung (sauer vs. basisch, spezielle Esterspaltungen)
3.6 Decarboxylierungsreaktionen
- thermisch
- radikalisch / elektrochemisch (Kolbe-Elektrolyse, Hunsdiecker-Reaktion)
- Decarboxylierung von β-Keto-Säuren
3.7 Umlagerungsreaktionen
- Arndt-Eistert-Synthese / Wolff-Umlagerung (Reaktivität von Ketenen)
- Isocyanate / Acylnitrene (Hofmann-Abbau, Lossen-Reaktion, Curtius-Reaktion)
3.8 Nitrile (Darstellung, Reaktivität, Reduktion, Hydrolyse und partielle Hydrolyse)
Chemie der Carbonylgruppe – Inhaltsverzeichnis
4. Heterocumulene
4.1 Einleitung (Oxidationsstatus, Hybridisierung, Reaktivität)
4.2 Ketene
- Darstellung (aus Säurechloriden, aus -Halogen-Säurehalogeniden)
- Reaktionen mit Nucleophilen
- [2+2]-Cycloaddtionen (Cyclobutanone, Diketen, Reaktionen von Diketen)
4.3 Isocyanate
- Darstellung
- Reaktionen mit Nucleophilen (auch Polymerisation: z.B. Polyurethane)
4.4 Isothiocyanate (Edman-Abbau, Peptid-Sequenzierung)
4.5 Kohlendioxid / Schwefelkohlenstoff
- Kohlendioxid (Reaktion mit Wasser, Alkoholaten, C-Nucleophilen)
- Schwefelkohlenstoff (Reaktion mit Alkoholaten, Darstellung von Xanthogenaten)
5. C-C-Knüpfungen mit C-H-aciden-Verbindungen
5.1 Einleitung
- Carbanionen (Struktur, Hybridisierung)
- C-H-Acidität (Enolate, ambidente Nucleophilie, HSAB-Konzept, relative Reaktivität)
- Irreversible Enolat-Generierung (Gleichgewichtsreaktion, angemessene Basen)
- Regioselektivität der Enolat-Darstellung (kinetische vs. thermodynamische Kontrolle)
5.2 Reaktionen mit Halogen-Elektrophilen
- -Bromierung
- Haloform-Reaktion
- Hell-Volhard-Zelinsky-Reaktion
5.3 Reaktionen mit Alkylhalogeniden
- Reaktion mit Alkylhalogeniden (generell)
- Malonester- und Acetessigester-Synthesen
- Alkylierung mit tertiären Elektrophilen (Lewis-saure Bedingungen)
- Darstellung von Silylenolethern
- Enamine als Nucleophile (Stork-Enamin-Synthese)
5.4 Carbonylverbindungen als Elektrophile
- Aldol-Reaktion (Aldol-Kondensation, gekreuzte Aldol-Reaktion, Mukaiyama-Aldol)
- Mannich-Reaktion
- Intramolekulare Aldol-Kondensationen
- Claisen-Kondensation und Dieckmann-Cyclisierung
- Knoevenagel-Kondensation und Henry-Reaktion
5.5 Spezielle Transformationen mit -Halogencarbonylen
- Darzens-Glycidester-Synthese
5.6 Organometall-Verbindungen als Nucleophile
- Umpolung, Grignard-Reagenzien, Struktur, Stabilisierung, Lösungsmittel, DonorAdditive
- Reaktionen Metallorganischer Reagenzien mit Carbonylverbindungen
- Reformatzky-Reaktion
6. Vinylogie-Prinzip
6.1 Einleitung (ambidente Elektrophile, 1,2- vs. 1,4-Addition)
6.2 Michael-Addition (verschiedene Nucleophile, Folgereaktionen, Retro-Michael-Reaktion)
6.3 Reaktion mit C-H-Aciden-Verbindungen (Enolate, Knoevenagel-Typ, Stetter-Reaktion,
Robinson-Annelierung)
7. Ylide und Olefinierungsreaktionen
7.1 Einleitung (Ylide, Darstellung, Stabilisierung)
7.2 Wittig-Reaktion
7.3 Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
1
1. Einleitung
1.1 Relevanz der Carbonylchemie
Dieser Teil der OC2 – Vorlesung beschäftigt sich mit nur einer „Verbindungsklasse“
nimmt allerdings genauso viel „Platz“ ein wie der erste Teil.
O
R1
R2
Seebach: „Carbonylchemie ist das Rückgrat der Organischen Chemie.“
Carbonylverbindungen
sind leicht herstell- und handhabbar,
besitzen eine hohe Reaktivität, weshalb sie vielfältig umsetzbar sind,
und sind von großer Bedeutung bei Biomolekülen:
1) Proteine
O
*
R1
2) Fette / Öle:
O
N
H
R1
O
3) Kohlenhydrate:
CHO
H
*
Glycerin
OH
OH
HO
HO
H
H
OH
H
OH
O
HO
OH
OH
CH2OH
β – D – Glucose
Charakteristika der C=O-Gruppe
O
H
EN (O) = 3,5
EN (C) = 2,5
H
+
H
+
Nu -
+H
- H2O
H
H
Nu
- I – Effekt (σ – Akzeptor – Effekt)
OH als Fluchtgruppe durch Protonierung oder
Überführung in Sulfonsäureester
2
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
3
Säurekatalyse
Vergleich C=O mit C=C – Doppelbindung
R3
O
R1
R2
R1
← polar
R4
O
+ H
R1
R2
R2
← unpolar
- H
+
+
O H
O H
+
R1
R2
C
R1
+
R2
→aktivierte Carbonylfunktion (durch H+ oder Lewissäure)
1.2 MO – Schema, Bindungsenergie und –abstände
1.4 Mechanistische Grenzfälle
π* LUMO
π* LUMO
1.)
C 2p
O 2p
C 2p
O
C 2p
R1
π HOMO
R2
π HOMO
⇒ nucleophile Addition
⇒ elektrophile Addition
R1
R1
R1
δ+
R2
+
C O
O
R2
R2
O δ-
Die Folge daraus ist, dass der Kohlenstoff elektrophil und der Sauerstoff nucleophil
ist.
1.3 Prinzipien der Katalyse nucleophiler Addition an Carbonylverbindungen
O
H + Base +
R1
R2
+
R1
C
R1
- Base
+ Nu -
O
R2
+
O
- Nu
R2
Nu
R1
O H
+ H
+
- H
R1
3.)
+ Nu - + H
R1
O H
+
O
R2
- Nu- - H
+
R1
R2
Nu
Vergleiche Folie F1
1.5 Acidität / pKa – Werte / Keto-Enol-Tautomerie
+
R1
O H
- H
R2
+H
+
O
+
R1
R2
pKa = -7,2
R2
+ Base
O
+
H
+
H
O H
R1
R2
Nu
- Nu
R2
Protoniertes Aceton
Basenkatalyse
Nu
+
- H
+ Nu -
O H
O H
2.)
R1
C=O versus C=C
Sauerstoff trägt keine Substituenten, besitzt aber freie Elektronenpaare
Sauerstoff hat eine höhere Elektronegativität als Kohlenstoff
⇒ π – Wolke verschoben in Richtung des Sauerstoffatoms
⇒ Polarisation der Bindung
Mesomere Formeln:
+
+
+ H
R1
R2
R3
O
+
- H
+
+H
R1
R2
R3
pKa = 18
R2
Nu
O H
R1
R2
Nu
4
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
O
O
HO
Neben OH – Acidität gibt es auch CH – Acidität
O
O
+ Base
H
R
H2C
- Base
O
R
R
vergleichsweise acide
pKa ≈ 17 für R = H
+ Base
5
O
K eq < 0,2
+
H
O
Aromatisierung:
OH
(amidentes Nucleophil)
normalerweise pka (R3CH) ≈ 50
pKa (O=C mit CH in α - Position) = (17 – 25) abhängig von R
O
R1
R3
Keto-Enol-Tautomerie
Stereochemie:
Enolat
R1
R3
OH
+
+ Base
R
+ Base
OH
Enol
O
H
R
R2
R2
+ Base
O
R1
O
H
R3
R2
R
+
+H
+
O H
H
+
-H
⇒ Racemisierung
OH
Reaktivität der Enolate:
R
Enol
R
Die Keto-Enol-Tautomerie ist sowohl im basischen als auch im sauren Medium
möglich, jedoch entsteht bei starken Basen eher das Enolat als das Enol.
Das Gleichgewicht der Tautomerie liegt (in der Regel) vollständig auf der Seite des
Ketons.
Dies ist auch auf Grund der höheren Bindungsenergie der C=O-Bindung der Fall.
O
+
E
+
O
⇒ C – Nucleophilie
Fazit:
E+
O
Ausnahmen:
O
O
β – Di – Carbonyl
O
H
H
R
O
Nu
K eq = 0,23 (in H20)
-
E + (nach Enolisierung)
E
6
Chemie der Carbonylgruppe – Einleitung
1.6 Klassifizierung von Carbonylverbindungen und Oxidationsstatus
H
R1
H
R2
Alkan
"Oxidation"
R1
OH
H
R2
Alkohol
O
"Oxidation"
R1
"Oxidation"
R2
Aldehyd
/ Keton
R1
O
OR
Ester /
Carbonsäure
RO
7
2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Nucleophilen
2.1 Reaktion mit Wasser (Hydratbildung)
O
"Oxidation"
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
OR
+O H
Kohlensäurederivate
Mit den Verbindungen der Klassen der Aldehyde / Ketone, der Ester / Carbonsäuren
und der Kohlensäurederivate befasst sich die Carbonyl – Chemie.
H
HO
+ H 2O
+
O
H
+ H+
-H
O
+
HO
+ H 2O
+ OH
- H 2O
-
-
O
+ H 2O
- OH
Hydrat
OH
Ausgehend vom Aldehyd oder Keton entsteht als Hydrat der Carbonylfunktion ein
geminales Diol.
Die Hydratbildung kann sowohl H+-katalytisch als auch OH--katalytisch ablaufen.
Erlenmeyer Regel:
„R2C(OH)2 ist nicht möglich, da Carbonylhydrate schnell Wasser abspalten!“
Ausnahmen von dieser Regel befinden sich auf Folie F2
Trend:
>
Acc
H
>
Alkyl
O
O
O
O
H
Alkyl
Alkyl
O
>
>
Ar
H Ar
Alkyl
Abnahme der Neigung zur Hydratbildung
Erklärung:
R
OH
O
O
+
H
R
C
H
R
vergleiche mit
H
OH
OH
Donor - Substituenten stabilisieren Carbonyl (-kation) relativ zum Hydrat
Akzeptor - Substituenten wirken destabilisierend
8
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
2.2 Reaktion mit Alkoholen (Acetal- und Ketalbildung)
cycl. Acetal
O
Acetalbildung:
Ph
O
+ 2 MeOH , [H+]
+
+
HO
[H+]
OH
+ H+
O
+ H+
+ H
O
-H
Ph
+ MeOH
HO O+
CH3
- H+
HO O
CH3
H
+H
H
H
H
- H2O
+
C
H
H
+
H2O
OH
+
C
H
+
H2O
H
Merkregel: Intramolekulare Reaktionen sind (fast) immer schneller als intermolekulare
(besonders bei der Bildung von 5- und 6-Ringen)
OMe
Acetale und Ketale sind in der Synthese wichtig als Schutzgruppen gegen Nucleophile
und Basen:
Die Acidität des Wasserstoffatoms am Kohlenstoffatom der geschützten
Carbonylfunktion ist äußerst gering.
⇒ Acetale / Ketale sind instabil bzw. reaktiv unter sauren Bedingungen
+ MeOH
+
OO
CH3
O
→ Bildung ist entropisch begünstigt
⇒ leichte Bildung
H3C +
H O OMe
H
O
Ph
- H+
H
H
H
Halbacetal
Ketalbildung:
O
H
OMe
OMe
- H2O
H
9
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
Vergleiche Folie F3
+
2 Me OH
+
+
H
MeO
OMe
+
H2O
Cyclische Halbacetale (Fünf- und Sechsringe) sind stabil
⇒ Kohlenhydratchemie
Der Mechanismus dieser Reaktion ist der gleiche wie bei der Acetalbildung
Anomere / Mutarotation
Allgemein:
Bei der Bildung von Acetalen und Ketalen steht jeder Schritt der Reaktion im
Gleichgewicht
⇒ Verschiebung des Gleichgewicht ist notwendig, durch
1.) Überschuss des Alkohols
2.) Entzug des Wassers (azeotrope Destillation oder Wasserbindende Mittel)
OH
HO
HO
OH
HO
O
b - D - Glucose
a - D - Glucose
OH H
OH
- H+
HO
O
OH OH
H
+ H+
Aceltalhydrolyse = Umkehrung der Acetalbildung
Acetale sind Schutzgruppen für die Carbonylfunktion
Cyclische Acetale und Ketale – Reaktionen mit Diolen
OH
HO
HO
O-
Rotation
OH
HO
HO
OH H
O
OOH O
H
Aldehyd
Eigentlich würde man erwarten, dass die β – Form gegenüber der α – Form
bevorzugt würde, da in der β – Form alle Substituenten in equatorialer Stellung sich
befinden jedoch in der α – Form die OH – Gruppe am anomeren Kohlenstoffatom
axial ständig ist.
10
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
Die Begründung hierfür ist die bei Cyclohexanderivaten beobachtete Bevorzugung
von equatorialen Substituenten gegenüber axialen, aufgrund der 1,3 – diaxialen
Repulsion.
Eine mögliche Erklärung bietet die Beobachtung des anomeren Effekts bei anomeren
Halogeniden (X = Halogenid)
OH
HO
OH
HO
O
HO
OH
O+
HO
H
OH H
X
X
Überlappung zwischen dem axialen Elektronenpaar des Sauerstoffs mit der C – X –
Bindung
O
R
R
- ROH
O
R
+
H
+
SH
C
R
Entschützung (nicht sauer) / Dethioketalisierung
Hg2+ / LA (auch MeI)
+ H2O
S
O
R1
R2
δ−
δ+
δ+
O
- H+
RO O R
H
R
R
δ−
H
S
versus
R1
R2
R1
Reaktionen von Thioketalen (Corey – Seebach – Synthese)
→ Reaktivitätsumpolung
OR
[H+]; ∆ (~150°C); - ROH (ohne H2O)
+ H+
+
OH
S
Darstellung von Enolethern
H
+
C
mäßig stabilisiert
gut stabilisiert
(+M)
Grund für diese unterschiedliche Stabilisierung ist die unterschiedliche Überlappung
der Orbitale der freien Elektronenpaare mit dem leeren Orbital des Kations.
Die Überlappung ist gut bei Sauerstoff, jedoch schlecht beim Schwefel. Dies führt
dazu, dass der Schwefel im Vergleich ein schlechter π – Donor ist.
Reaktionen von Acetalen und Ketalen
RO OR
11
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
C - C - Knüpfung
O
R2-CH2-X
H
R1
CH2 R2
O
C
+
SH
HS
H
vergleiche E1
Hg2+ / H2O
BF2 . OEt2
- LiX
2.3 Reaktion mit (Di -) Thiolen
S
O
R1
+
HS
SH
LA (z.B. ZnCl2)
S
S
R2
R1
R2
(Der Mechanismus dieser Reaktion entspricht dem der Reaktion eines Ketals mit
einem Diol und wird deshalb an dieser Stelle nicht wiederholt!)
Thioacetale / -ketale sind vergleichsweise säurestabil
R1
S
H
BuLi
- Butan
S
R1
R2-CH2-X
S
C
Li
+
SN2
S
R1
S
CH2 R2
+
Li
X
Umpolung
Goldene Regel für Ionen – Stabilisierung:
„Was gut ist für ein Kation, ist schlecht für ein Anion. Und was gut ist für ein Anion, ist
schlecht für ein Kation.“
Mit Umpolung bezeichnet man einen Vorgang, durch den die ursprüngliche Ladung
(partielle oder ionische) umgekehrt wird.
δ+ δ−
R CH2 X
formal
δ−
δ+
R CH2 M
12
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
2.4 Reaktionen mit Stickstoff – Nucleophilen
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
Urotropin
primäre Amine
N
R
H
O N H
N
N
+
Imminium - Ion
N
4 NH3
+
O
6
H
+ RNH2
H R
R + H
H O+ N H - H O
N
- H+
2
R
H O N H
+ H+
O
+ H+
O
+
H
N
R
+ RNH2
- H+
R
H
Imin
+
C
Halbaminal
Der Reaktionspfad ist abhängig vom pH der Lösung (sauren Katalysator) und von der
Nucleophilie des Amins
Die Einstellung des pH-Wertes ist notwendig, da sonst die Bildung von RN+H3 in
Konkurrenz zur gewollten Reaktion ablaufen kann
Hydrolyse von Iminen = Umkehrung der Imin – Bildung
Bei Iminen ist E / Z – Isomerie möglich:
N
R1
R3
R3
R2
R1
N
R2
Isomerie !!
Spezialfall: Ammoniak als N – Nucleophil
O
+
NH3
H
+ H+
+
N
H
- H2O
Neigung zur Oligo– und Polymerisation
O
H
R
+
N
+
R
+R
H
H
NH3
H2N
R
H
N H
+
H2N NH2
R
NH2
RR
R
(vergleiche Aminal
R
R
R
)
+
N
H
R
Polymerisation
Aminal
→ thermodynamisch stabilstes Oligomer
H
13
14
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
15
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
Sekundäre Amine
(Hydrazon: Imin aus Hydrazin)
Anwendung:
R
O
+ H+; + R2NH; - H2O
H
+
N
R
- H+; + R2NH
H
R2N
R2
NR2
H
N
R1
- H+
R
N
R
R
+
N
gute C - Nucleophile
Tertiäre Amine
+
H
NR3
R1
Wolf – Kischner – Reduktion
⇒ siehe OC2 – Teil 3
R1
H
+
N H
H
+
H R2
H
N
+
NO2
H
NO2
Oxime:
O
Rückreaktion bevorzugt
keine Stabilisierung möglich
R
+
H
N
- H2O; - HCl
HON+H3 Cl-
O
R
OH
H
Oxim
HONH2
HN+R3
(Hydroxylamin)
Die Enolatbildung ist eine Gleichgewichtsreaktion
→ Abfangreaktionen sind möglich
Zusammenfassung:
NH3 reagiert in der Regel zu
NH2R reagiert in der Regel zu
NHR2 reagiert in der Regel zu
NR3 reagiert in der Regel
N2
N
NH2
N
R
H
H
Kristalline Produkte mit wohl definiertem Schmelzpunkt
DNPA (Färbereagenz)
H
+
+
R1
NO2
O2N
O
R
(vergleiche Enol)
O
H H
basisch; ∆
„Dinitrophenylhydrazon“
(vergleiche Kapitel 5)
Enamin
O
H
R
C
H2
C
H2
N
⇒ Ausgangsverbindungen für Beckmann – Umlagerung (vergleiche Kapitel 2.6)
2.5 Reaktion mit Kohlenstoff – Nucleophilen (hier nur Cyanid)
Oligo- und Polymeren
Iminen
Enaminen
nicht (höchstens als Base)
Cyanhydrine
O
R
HO CN
H
+
HCN
R
H
Weitere N – Nucleophile
Hydrazone:
+ N2H4
O
R
R
- H2O
N
R
O
NH2
R
R
+
H
+
CN-
H
Das Produkt ist stabil im sauren Milieu; im basischen läuft die Rückreaktion ab
16
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
→ wichtige Methode zur C1 – Kettenverlängerung
HO CN
R
[H+]; H2O; ∆
HO
R
[H+]; H2O; ∆
NH2
R
2.6 Umlagerungsreaktionen
O
O
HO
OH
R
R
+
R
NH3
a) Baeyer – Villiger – Umlagerung
O
+
O
→ Hydrolyse eines Cyanids zur Carbonsäure (Mechanismus folgt in Kapitel 3)
R1
Strecker – Aminosäure – Synthese
O
R
H
+ NH4Cl
H + NaCN
N
R
R3
O
O
H2N CN
R
+ NaCl
H + H2O
[H+]; H2O; ∆
R2
R3
+
H
R
α - Aminosäure
R1
+ R1
R2
O
O
O H
OH
O
H
Umlagerung
O
H2N
O
O
H
- H+ + H+
H + CN+ NaCl
+ H2O
H
17
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
+
R3
O
O
R2
HO O O
R1
R2
HO O
R3
R1
O
+
R2
O
+
R3
O
Crigee - Intermediat
Benzoin – Kondensation
Ar
CN
HO
H
+ CN-
Ar
O
(1)
O CN
Ar
O
Umpolung
C
(2)
H
Ar
Ar
+
H
Ar
OH
O
+ CN-
Cl
O
(3)
O
O
H
O CN
HO CN
Ar
Dabei wird als Percarbonsäure häufig Meta – Chlor – Peroxy – Benzoe – Säure
(mCPBA) eingesetzt:
Ar
O H
Benzoin = α – Hydroxyketon
Rolle des CN- : (1) Nucleophil
(2) Acidifizierung des α - Protons
(3) Gute Abgangsgruppe
(1) + (3) Katalysator
Ar
Ar
OH
Wanderungstendenzen der Reste:
H > 3° > 2° > 1° > CH3
Je höher ein Kohlenstoffatom substituiert ist, desto besser „wandert“ er
→ häufig gute Regioselektivität
O
O
mCPBA; DCM; RT
O
Ringexpansion
mögliche Erklärung der Wanderungstendenz
beim Auftreten freier Carbanionen (im Umlagerungsschritt)
3° < 2° < 1° < CH3 , da das Carbanion nach VSEPR nicht planar (vergleiche NH3)
Aber: Umlagerung ca. konzertiert
d.h. kein freies Carbanion
→ daraus folgt Wanderung des höher substituierten Restes, da höhere
Nucleophilie
18
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
b) Beckmann – Umlagerung
Überblick der bei (1) auftretenden Verbindungen
O
R1
R1
H2NOH; H+ oder LA
R2
R1
OH
N
O
+ H2NOH
- H2O
N
H
R2
H
Nu(cleophil) - H
Name
H2O
Hydrat
R2
ROH
Halbacetal / -ketal
X
RSH
Halbthioacetal / -ketal
X
2.3
RR' NH
HCN
Halbaminal
Cyanhydrin
X
2.4
2.5
Tautomerie
+
+ H+
N
R1
O
H
Umlag.
R1
- H2O
N
C
R2
R1
+ H2O
H
+
O
R2
R1
N
- H+
+
R2
N
Produkt
X
N
Nu(cleophil) - H
HO
R2
X
H
Name
Produkt
ROH
Acetal / Ketal
X
RSH
( RR' NH
Thioacetal / -ketal
Aminal )
X
2.2
Produkt
(3)
(4)
H C N
Ringöffnende
Polymerisation
HN
O
C N
H
N
N
H
n
O
Zusammenfassung Kapitel 2:
O
R1
R2
Nu
H
HO Nu
R2
R1
Nu H
- H2O
Nu
R1
für RR' NH
- H2O
R2
(2)
R'
R2
Nu
R1
(1)
HO Nu
2.3
Überblick für RR’ NH
O
-H2O
Intermediat Auftreten in Kapitel
X
Name
Enamin
Imin
R
≠H
≠H
R'
≠H
=H
Anwendung aus der Technik:
Beckmann-Umlagerung
2.2
+
R2
H2NOH; H+
Intermediat Auftreten in Kapitel
2.1
Überblick der bei (2) auftretenden Verbindungen
R1
O
19
Chemie der Carbonylgruppe – 2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
N
R1
(3)
R
N
R2
R
R2
R1
(4)
ambidentes Nucleophil
einfachster umgepolter C1 - Baustein
folgliches Edukt
sekundäres Amin
primäres Amin
20
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
O
3. Carbonsäuren und Carbonsäurederivate
R
X
→ Reaktivität wird erhöht durch – I – Effekt
3.1 Einleitung
allgemeiner Strukturtyp
O
O
R
R
X
X = OH, OR', NR'2, SR', Hal, etc.
X
→ Reaktivität wird verringert durch + M – Effekt
vergleiche Kapitel 1 Bedeutung / Biomoleküle
R
O
R1
O
O
O
Fettsäuren / -ester
R2
O
O
O
R1
N
H
R1
<
O
O
R1
O
N
R2 <
R1
O
R2
R3
+M -Effekt
S
CoA
R1
O
O
H
R3
<
R2
R1
S
R2
H
O
<
<
O
=
R1
Cl
R1
O
R2
-I -Effekt
H O
R3
O
O H
Wasserstoff – Brücken
5 bis 6 kcal / mol
→ hohe Schmelz- und Siedepunkte
R1
O
O
⇒ C – C – Knüpfungen in der Natur
O
O
O
<
O
R3
R1
O
H <
*
Thioester (Acetyl – CoA)
R1
X
⇒ daraus ergibt sich folgende Reaktivitätsreihe
Proteine
*
+
R
X
Dabei ist zu beachten, dass jeder X – Substituent immer sowohl über
einen – I – als auch + M – Effekt verfügt! Die in der Grafik abgegebenen
Effekte sind nur die entscheidenden Effekte.
Einfluss des Restes R
O
3.2 Carbonylaktivität
Carbonylaktivität ist die Reaktivität einer Carbonylfunktion gegenüber
Nucleophilen in Abhängigkeit vom Substituenten X in der Struktur
R
X
Ist R ein Akzeptor, so wird die Carbonylaktivität erhöht
21
22
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
(Der pKa – Wert ist eine thermodynamische Größe)
⇒ Reaktion muss thermodynamischer Kontrolle unterliegen
Vergleiche:
O
O
H3C
F3C
OH
23
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
⇒ pKa (HX) < pKa (HNu) → Gleichgewicht auf der rechten Seite der oben
beschriebenen Reaktionsgleichung
OH
pKa = 4,75
pKa = 4,75
3.4 Veresterung und verwandte Reaktionen
O
O
Veresterung nach Fischer
R
R
O
O
Stabilisierung durch Akzeptor – Rest R
O
R1
Einfluss auf
α – CH – Acidität
Basizität des Sauerstoffatoms der C = O
O
X
vergleiche
Keto – Enol – Tautomerie
Kapitel 1.5
O
+
+ [H+]; ∆; - H2O
R2 OH
O
R1
+ H+
O
H
H
O R2
- H+
+
O H
X
R1
+
O H
OH
R1
O R2
+ HO-R2
HO OH
⇒ siehe dazu Folie F4
+
R1
O R2
- H+
R1
H
Zusammenfassung
HO OH
+ H+
O R2
H
+
HO O H
R1
OH
- H2O
+
R1
O R2
C
Hydrat eines Esters
Mit erhöhten Akzeptor – Eigenschaften von X
sinkt die Basizität des Sauerstoffatoms der Carbonylfunktion,
steigt die α – CH – Acidität
→ steigt die Elektrophilie des Kohlenstoffs der Carbonylfunktion
Die Veresterung ist eine Gleichgewichtsreaktion und als solche reversibel!
Um das Gleichgewicht in die gewünschte Richtung zu verschieben, wird der
Alkohol im Überschuss eingesetzt und das entstehende Wasser entfernt.
Die Umkehrung der Veresterung ist die Esterhydrolyse.
3.3 Allgemeiner Mechanismus
Umesterung
Additions – Eliminierungs – Mechanismus
Addition
O
R1
+ NuX
O Nu
R1
O
Eliminierung
X
R1
O
- XR1
Nu
tetraedrisches Intermediat
Dieser Mechanismus entspricht insgesamt formal einem SN2 – Mechanismus
Die Richtung in der die Reaktion verläuft ist abhängig von der Nucleophilie von
Nu– versus X– beziehungsweise von der Fluchtgruppenqualität von Nu– und X–
Regel: Je saurer HX, desto besser die Fluchtgruppenqualität von X–
O R2
+
R3 OH
O
+ [H+]; ∆
R1
O R3
+
R2 OH
Der Mechanismus ist der gleiche wie bei der Veresterung nach Fischer.
Auch bei der Umesterung handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion,
weshalb auch hier der Edukt – Alkohol im Überschuss eingesetzt und der
Produkt – Alkohol zum Beispiel durch Destillation entfernt wird.
⇒ sowohl die Veresterung nach Fischer als auch die Umesterung laufen nur
unter H+ – katalytischen Bedingungen ab
O R2
24
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
Nachteile: Drastische Bedingungen (∆)
Überschuss an Alkohol notwendig
Keten – Mechanismus
(besonders bei basischen Aminen und C – H – aciden Carbonylverbindungen
O
Lösung: reaktive oder aktivierte Acylierungsmittel (Veresterungsmittel)
(z. B. Säurechloride oder Säureanhydride)
R1
O
CH
+
Cl
O
- Cl
+
N
R1
R1
+
N
+ R2 OH
- H+
H3C OD
R1
O R2
N
O
R1
Cl
R1
-
+
+
C C O
R2 OH
+
Base
O
bei 0° oder RT
R1
O R2
+
Base H Cl
+ N Et3
-N+ Et3 H
R1
+
O R2
D
O R2
Pyridin ist nucleophil → schnelle Reaktion mit dem Säurechlorid
Et3N fängt lediglich die gebildete Salzsäure ab
( vergleiche aber Keten – Mechanismus)
⇒ vergleichbare Reaktion mit Anhydriden
OMe
H
Cl
kann racemisieren
Anwendung von Säurechloriden insbesondere zur Darstellung einfacher Ester
(Acetate, Benzoate, …)
Darstellung von Säurechloriden
O
R1
Veresterungskatalysatoren:
siehe Kapitel 4
C
R2
- Cl
H
über
O
O Cl
R1
OMe
CH
⇒ insbesondere relevant bei α – chiralen Säurederivaten
R1
+ R2 OH
O Cl
R1
O
R1
H3C OD
Addition an C = C - Bindung
H
+
+
+ Et3 N
- Et3 N+ H Cl-
+
N
OMe
CH2
Verhältnis 2 : 1
O N
R1
O
Et3 N
H
O Cl
25
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
O
SOCl2 oder PCl3 oder PCl5 oder
O
OH
R1
Cl
N
Cl
+
HCl
+
XYZ
Cl
O
XYZ hängt vom Einsatz ab
N
i)
Di – Methyl – Amino – Pyridin (DMAP)
entwickelt von Herrn Steglich → Bezeichnung als Steglich – Base
O
O
R1
OH
+
Cl
S
O
Cl
R1 Cl O
O
Intermediat:
R
N
H
S
O
O
O
R1
Cl
Cl
+
+
O S
Cl
+H
+
O
O
N
R1
O
S
O
+
Cl
HCl
R1
C
H
+
O
O
O
S
Cl
+
Cl
R1
Cl
+
SO2
+
HCl
26
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
In situ – Aktivierung und Wasser – Bindung
Carbodiimid – Methode
Die Reaktion verläuft analog mit PCl3, PCl5, usw.
ii) Oxallychlorid
O
O
O
R1
OH
+
Cl
Cl
O
O
Cl
HO
O
R1
Cl
R1
O
Cl
+
+
+
HCl
CO2
R1
O
H
O
R1
+
R1
OH
O
O
Base
R1
R1
O
O
R2
+ R1
O
+
Base
H+
R1
O
R1
O
O
R1
O
O
R2
+
N
N
H
N R3
H
+
R3
O
R2 OH
R1
R2
O
N
+
O
R3
N
H
H
R3
→ Di – Cyclo – Carbodiimid (DCC)
→ Di – Isopropyl – Carbodiimid (DIC)
O
R3
N
H
O
R3
R1
O
N
R3
F
N
N
H
R3
F
N
O
O
- HCl
O
Die Lösung für dieses Problem ist der Zusatz von aktivierenden Katalysatoren
Zum Beispiel:
R1
Cl
R1
Cl
N
O
Cl
Trichlorbenzoylchlorid
R3
azaanaloges gemischtes
Anhydrid
HO
Cl
Cl
+
N
N
O
O
+
O
Problem ist die häufig beobachtete Umlagerung des azaanalogen Anhydrids
zu N – Acylharnstoffderivaten (insbesondere bei reaktionsträgen Substraten.
Lösung: In situ – Erzeugung von gemischten Anhydriden
Yamaguchi – Veresterung
H
C
+
R1
O
-H2O
H
O
H R3
vergleiche Darstellung von Anhydriden
2x
R1
N
O
"geht verloren"
O
R2 OH
R3 = Cyclo – Hexyl
= Iso – Propyl
O
H
N R3
O
R3
O
Verwendung von Anhydriden
R1
+
R3
N C N
CO
Generelle Anmerkung zu Säurechloriden
Hoch reaktiv
Reagieren spontan und zum Teil heftig mit Wasser
⇒ deshalb Erzeugung in situ (≈ „am Ort des Geschehens“) oder destillative
Reinigung
Einige Säurechloride kommerziell erhältlich
R2
+ R3
O
Gase verschieben Gleichgewicht
→ Triebkraft
O
27
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
N
F
N
F
,
F
OH
,
DMAP
Cl
Cl
Hydroxybenzotriazol (HOBT)
Anwendung in der Peptidsynthese
gemischtes Anhydrid
O
reaktive Carbonylfunktion
O
R1
1)
R1
N
H
OH
O
H2N
O
R2
DCC, DMAP
2) H+(Entschützung der tBu-Gruppe)
O
R1
R1
N
H
O
H
N
O
OH
R2
28
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
29
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
Daher ist eine Esterspaltung unter basischen Bedingungen besser:
Diese Reaktion ist vollständig automatisiert.
Mitsunobu – Reaktion
O
R1
H
O
+
R2 OH
+ EtO2C
N
N
CO2Et
CO2Et
H
-
N N
EtO2C
O
R1
O
+ PPh3
R1
O
+
HO
+ R2
+
R1
O Na
OH
- O PPh3
"fast" immer irreversibel
+ DEAD, PPh3
O
Na
O
H
O
R1
+
+
R2
Dabei ist die Ausbildung der P=O – Doppelbindung eine der Triebkräfte der
Reaktion.
+
O
R2
O
+
O
Na O O R2
R1
H
O
R1
OH
Stabilität von
RCO2 pKa
OH
R1
RO –
versus
~ 4-5
O
+ R2
H
+
O Na
~ 15-18
(der konj. Säure)
⇒ Beide Methoden sind auch auf Amide, etc. anwendbar.
O
+ R1
Spezielle Esterspaltungen
Cl
O
+ Base
R1
tert – Butyl – Ester
O
O
R1
z. B. F3C-COOH
in DCM (H2CCl2)
O
3.5 Esterspaltung (Esterhydrolyse / Verseifung)
O
R1
O
R2
+ H2O
R1
O
H
+
+ H+
O
[H+]
R1
O
H
+
R2 OH
Dies ist eine Gleichgewichtsreaktion, weshalb hier ein Überschuss an H2O
eingesetzt werden muss. ( Vergleiche Fischer – Veresterung in Kapitel 3.4)
H
Verschiebung des
Gleichgewichts
- H+
+
H
O
R1
H
H
O
[H+]
O
R1
O
+
O
H
+
H
H
C
tert – Butyl – Ester werden auch als Schutzgruppen für Ester verwendet:
O
R1
O
H
+
Addition
O
[H+]
R1
O
30
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
Hunsdiecker
Benzylester
O
R1
+
O
H2
Hydrierung
(reduktive Spaltung)
R1
O
H H
O
[Pd / Cu]
O
H
+
H
+ Br2
+
R1
O Ag
R1
- AgBr ; - CO2
Br
+
3.6 Decarboxylierungsreaktionen
O
R1
- CO2
CH3
R1
O
Br
Br
O
O
O
Br
O
R1
O
R1
R1
+
Defunktionalisierung
- CO2
H
O
Ag
- AgBr
R1
31
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
R1
R1
C - C -Knüpfung
O
O
Homolyse
Br
- Br
R1
- CO2
O
R1
O
H2
C
- CO2
R1
X
ca. Umfunktionalisierung
Kettenreaktion
Decarboxylierung von β – Ketosäuren
Die thermische Decarboxylierung ist trivial, jedoch sind extrem drastische
Bedingungen nötig.
Elektrochemische / radikalische Decarboxylierung
Kolbe – Elektrolyse (anodische Oxidation)
O
2x
+
R1
- 2 e- ; - 2 CO2
R1
O Na
2x
R1
OH
R1
H
O
= R1
O
O
OH
spontan oder
bei leichtem
Erwärmen
R1
+
O
3.7 Umlagerungsreaktionen (von Carbonsäurederivaten)
2 x R1
H2
C
Dies ist keine Kettenreaktion!
Dies kommt durch die hohe lokale Konzentration der Radikale auf der
Oberfläche der Anode.
Arndt – Eistert – Synthese (C1 – Verlängerung von Säurechloriden)
O
O
R1
O
H
R1
RetroSynthesepfeil
Cl
+
+
H2C N N
+
H2C N N
O
C
R1
Combination der
Kohlenstoffradikale
- 2 CO2
O
O
O
Umlagerungsreaktionen über Ketene
- 2 eO
O
Diazomethan
R1
32
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
O
R1
Cl
+
O
+
H2C N N
+
R1
- H+
H2
+
O C N N
R1
R1
Cl
C
H
Acyl - Carben
O
Wolff - Umlagerung
R1
C
+
C N N
H2
R1
H2O
R1
C
Azaanaloge
Wolff - umlagerung
H
O
O
N LG
R1
NH2
Amin
N
Acylnitren
OH
+
O
Na+ -OBr
R1
C C O
C C O
NH2
(alkalisch)
R1
E+
O
Die angegebene Reaktivität gilt auch für andere Heterocumulene
R1
O
R1
- CO2
O
- NaBr
N Br
R1
+
O
R1
O
R2 Ester
R1
R2
O
O
+ Base
- BaseH+
N O
H
R2
R1
N O
O
- R2CO2R1
O - Acylderivat
einer Hydroxamsäure
N
Nitren
Curtius
R2 NH2
R1
Umlagerungsreaktionen über Isocyanate (Acylnitrene)
+ Na+ N3- Na+ Cl-
O
O
R1
NH2
N
Na
O
O
R1
O
Lossen
H2O
R1
OH
R1
R1
N
H
H
N
Aza - Wolff Umlagerung
O
H Säure
O
R1
R2 OH
+ "Br+"
ca. SN2
R1
R1
+ NaOH
- H2O
+ Base
- BaseH+
Nu-
N C O + H2O
Br
N
H
R1
C C O
R1
Nitren
O
R1
- CO2
Hofmann – Säureamidabbau
R1
R1
OH Carbaminsäure
O
- H+
R1
Reaktivität von Ketenen
R1
H
N
R1
R1
O
+
+ H2O
N C O
- LG-
H
R1
N
H
Keten
Aufarbeitung / Hydrolyse
O C C
Isocyanat
LG
O
O
- Cl-
Aza – Analogie (hier Abbaureaktionen von Carbonsäurederivaten zu Aminen)
Allgemeiner Mechanismus
O
C N N
H
R1
33
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
N
H
R2
Amid
R1
Cl
O
R1
+
N N N
Acylacid
O
- N2
R1
N
Nitren
34
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
Reduktion von Nitrilen
3.8 Nitrile
Vollständige Reduktion
Eigenschaften von Nitrilen:
Vergleichsweise geringe Reaktivität → Geringe Elektrophilie
⇒ Verwendung als Lösungsmittel → Acetonitril (MeCN)
→ Stabilisierung kationischer Intermediate (aprotisch – polar)
→ niedrige Siedepunkte (da keine Wasserstoff – Brücken – Bindungen)
Carbonsäurederivate
R1
R1
X
+
C
- X-
R1
CN
R1
R1
C N
- H2O
C N
Reaktionen von Nitrilen
Hydrolyse / Verseifung eines Nitrils
∆
[NaOH]
+ H2O
∆
[NaOH]
+ H2O
O
R1
NH2
- NH3
O
R1
+ -OH
+ H2O
- -OH
N
R1
OH
R1
N
R1
C N
+
N
iBu2Al H
Di-Iso-Butyl-Aluminium-Hydrid
(DIBAH)
R1
NH2
C N
1/2 LiAlH4
R1
Dehydratisierung von Amiden
R1
+
C NH2
H2
Partielle Reduktion
N
Dabei ist X meist ein primäres Halogenid.
O
C N
mit wässriger
Aufbereitung
Darstellung von Nitrilen
Kolbe – Nitril – Synthese
R1
35
Chemie der Carbonylgruppe – 3. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten
H
OH
Die Hydrolyse ist auch unter säure – katalytischen Bedingungen möglich.
(Vergleiche Kapitel 2.5 Strecker – Aminosäuresynthese)
O
H
Al(iBu)2
H
Hydrolyse
via Immin
O
R1
H
36
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
Beispiel:
4. Heterocumulene
4.1 Einleitung
O
C C O
O
OH
- H2O
O
HO
OH
R1
C C O
Cumulene
+ H+
R1
Allgemeine Struktur
R1
R1
R1
C
R1
R1
versus
cumulierte
zentrales C – Atom sp – hybridisiert
terminale C – Atome sp2 – hybridisiert
π - Systeme stehen orthogonal
zueinander
R1
C O
R1
R1
konjugierte
alle C – Atome sp2 – hybridisiert
π - Systeme stehen parallel
zueinander
R1
(R1 = Alkyl ; Aryl ; H)
Darstellung von Ketenen
R1
Beispiele für cumulierte Doppelbindungen
H
O
H
C
X C Y
(X; Y = O; S; NR)
+
Et3N+H Cl-
O
Zn
R1
R1
Cl
C O
+
ZnCl2
Cl
O
Reaktivität von Heterocumulenen
R1
+
via
X C Y
Nu-
C O
Cl
Heterocumulene
H
R1
Et3N
H
H
X C Y
Keton
4.2 Ketene
Systeme mit cumulierten Doppelbindungen
H
Nu
R1
vergleiche Kapitel 1.6
Allen
H
R1
Cl
Zn
Cl
E+
O
R1
C
Zn
+
O Zn
Cl
+
Cl
Nu
R1
O
+ Nu+ H+
+
R1
Nu
Enol
Kohlensäure
R1
Tautomerie
R1
O
+ H2O
C
- H2
R1
polarisierte
C=O-Bindung
R1
Oxidation
O
OH
R1
Oxidationsstatus
H
37
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
R1
Cl
Cl
38
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
Das Zink – Enolat ist durch Mesomerie stabilisiert.
Reaktion mit Nucleophilen
R1
C O
R1
+ NuH
H
O
Nu-
=
+
R2
β - Keto - "Nu"
-NR2
2
O
R2
R2
„Konzertiert“ bedeutet, dass die Reaktion stereo – spezifisch ist, da die
Bindung an das Kohlenstoff – Atom der Carbonylgruppe gleichzeitig mit der
Bindung an das zweite, an der Doppelbindung beteiligte Kohlenstoff – Atom
stattfindet.
( Die [2+2] – Cyclo – Addition ist thermisch verboten.
Vergleiche Woodward – Hoffman - Regel)
Nu
+
+H
H
H
+
C O
H
Reaktion von Diketen
O
[2+2]
O
+
O
Allgemeine Struktur
R1
N C O
Darstellung
O
R1 NH2
+
Cl
- 2 HCl
Cl
basische Bedingungen
R1
N C O
O
- HCl
C O
+H
4.3 Isocyanate
Ketendimerisierung
H
Nu- = -OR2
-NR2
2
etc.
O
O
R1
R1
konzertiert
R2
O
Nu
Nu
Nu
[2+2] - Cyclo - Addition
O
O
NuH
O
R1
H
-OR2
Besonderheit
[2+2] – Cyclo – Addition
R1
O
-OH
R1
C O
+
O
O
Nu
R1
39
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
via
β - Lacton
(4 - Ring)
- HCl
Cl
R1 N
H
Additions - Eliminierungs - Mechanismus
oder:
Di - Keten
O
- LGR1
N
LG
Aza - Wolff Umlagerung
R1
(Vergleiche Kapitel 3.7)
Reaktionen von Isocyanaten
N C O
40
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
R1
X
primäre Amine
NH2
Nu-
+ H2O
- CO2
R1
+
X
C
Nu
X
R1
N
H
X
+ E+
Nu
X
Kohlenstoffdioxid
O
+ HOR2
N C O
41
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
O R2
O
Urethane
CO2 + H2O
HO
OH
instabil
Mono - Hydrat des CO2
Unter basischen Bedingungen
+ H2NR2 / + HN(R2)2
O
R1
N
H
O
N
H
R2
R1
O
N
R2
Harnstoffderivate
Technische Bedeutung von Urethan im Bereich der Polymere
NCO
OCN
HO
+
OH
Polymerisation (Polyaddition)
O
N
H
O
H
N
O
O
Polyurethan
4.4 Isothiocyanate
Allgemeine Struktur
R1
N C S
Isocyanate sind wichtig bei der Peptid – Sequenzierung
(Vergleiche Edman – Abbau)
4.5 Kohlenstoffdioxid und – disulfid
O
N
H
O
n
R2
HO
+
O Na
Natriumhydrogencarbonat
X E
42
Chemie der Carbonylgruppe – 4. Heterocumulene
mit Alkoholen
5. C – C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
C Li
+
+ H+
- Li+
O
+
=
CO2
O
Li
Li
5.1 Einleitung
O
+
OH
C
R1 O
S
R1
R1
C
R1
S
+ MeI
S
R1
R1
C
R1
S
S
+
Carbanionen
C1 - verlängerte Carbonsäure
Kohlenstoffdisulfid
R1 O K+
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
S Me +
R1 O
+
K
+I
sp3 – hybridisiert; isoelektronisch zu NR3
(Beachte: VSEPR – Modell)
nur bei sehr tiefer Temperatur konfigurativ stabil
aber: in Konjugation häufig sp2
Xanthogenat
(Dithiokohlenstoffsäureester)
S
O
R1 O
O
O
- H+
H
X
S
C
außerdem:
Carbodiimide
X
+ E+
E
N C N
DCC mit R = CyclohexylO
O
R1
+
N C N
R1
O
R2
O
+
H
R1
+
N C N
R1
O E
X
R1
R2
+ E+
O
R1
H
X
X
Regel: harte Elektrophile greifen am Sauerstoff – Atom an
weiche Elektrophile greifen am Kohlenstoff – Atom an
(HSAB – Konzept)
HSAB = Hard and Soft Acids and Bases
(Pearson – Konzept)
Reaktivität von C – Nucleophilen
aktivierte Säure
O
R2
N
O
N
H
R2
O
R1
N
R2
>
R1
Folge - Reaktion:
Veresterung mit Alkohol
Vergleiche Kapitel 3.4
R1
Enolat
O
>
R1
Enamin
R2
OH
~
R1
Enolether
R1
Enol
43
44
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Weitere C – H – acide Verbindungen
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Regioselektivität – Thermodynamische versus kinetische Kontrolle
H H
+
C
- H+
pKa = 16
O
- H+
+ KH
bei RT
O
6e 5c
(Aromat)
R1 C C H
pKa = 25
H
O K
R1 C C
sp – Hybrid = 50% s – Oribtal - Charakter
thermodynamische Kontrolle
O Li
+ LDA
bei -78°C
+
kinetische Kontrolle
O
+ Base ; - BaseH+
X
X
Thermodynamische Kontrolle liefert das thermodynamisch stabilere Enolat,
welches eine höher substituierte Doppelbindung (im Vergleich zum Produkt
bei kinetischer Kontrolle) besitzt.
Kinetische Kontrolle liefert das Enolat, bei dem das abgespaltene Proton (im
Vergleich zum bei thermodynamischer Kontrolle abgespaltenen Protons)
sterisch leichter zugänglich war.
Gleichgewicht
⇒ Welche Base soll man nehmen?
Problem: Häufig ist bei Reaktionen eine vollständige Enolat – Generierung
erwünscht
→ keine nucleophile Base, da
Abholung des H+ in α – Stellung zur Carbonylgruppe erwünscht und
nucleophiler Angriff der Base am Carbonyl – Kohlenstoff unerwünscht
5.2 Reaktionen mit Halogen – Elektronphilen
α – Bromierung (nicht auf Brom beschränkt)
Lösung: Starke, nicht nucleophile Base
+
+
Li N
K O
Base
O
18
pka
(der konj. Säure)
NaH
H
H
R1
24
(optimal)
Na N
+ Br2
- HBr
+ H+
35
irreversibele
Deprotonierung
In Situ – Darstellung von Lithium Di isopropyl Amin (LDA)
Br
R1
H
35
(meist zu schwach)
+
O
[H+]; Br2 ; ∆
+
O
H
H
R1
O
- H+
H
R1
selektive Mono – Halogenierung
H N
+
nBu
Li
+
Li N
+
O
Butan
R
Br
, da die freien freien Elektronenpaare am Sauerstoff an Basizität
„verlieren“ (im Vergleich zum Edukt)
45
46
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
O
Haloform – Reaktion
O
H
R1
+ HCBr3
+
R1
O
R1
O
Br2; NaOH
O Na
Bromoform
+ NaOH
- H2O
Umprotonierung
47
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
R1
+ Nu-
X
X + Hal
Hal
Nu
Dabei steht X nicht für ein Halogen!
Das Nucleophil kann -OR2 , -NR22 oder -CN sein.
5.3 Reaktionen mit Alkylhalogeniden
+
O Na
O
R1
R1
O
+
H
H
R1
+ Br2
- NaBr
Br
+
Na O
O
Br
Br
R1
H H
Br
R1
Br
O
R2
R1
+ LDA
- HN(iPr)2
O
R1
i) LDA
ii) R2 - CH2 - X
O
NaCBr3
Br
Br
+ R2
O Li
X
- Li X
+
R1
OH
R2 – CH2 – X ist ein weiches Elektrophil
Hell – Volhard – Zelnisky
Vergleiche Malonester – und Acetessigester – Synthese
O
O
Br2 ; [P]
R1
R1
OH
O
+
OH
O
O R2
R1
Br
+ PBr3
O
R1
Br
(vergleiche Kapitel 3.4)
R1 = OR2 → Malonester
R1 = CH3 → Acetessigester
O
R1
Br
O
O
O
R1
H
Br
+ Br2
- HBr
+
O
R1
HO
R1
O
R1
O
Br
Br
Br
(vergleiche
Kapitel 3.4)
R1
O
+ HBr
α – Halogencarbonyle sind wichtige Ausgangsverbindungen für nucleophile
Substitutionen
R1
Na+ -OR2
O
O
R3 - CH2 - X
O R2
H+ / H2O , ∆
- HOR2
- CO2
O
O R2
R1
R3
O
R1
R3
48
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
O
O
O
O
O
H+ ; H2O
Na+ -OEt , MeI
OEt
EtO
EtO
OEt
O
EtO
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Nebenreaktionen
OH
Doppelalkylierung
H
O
- EtOH
O
EtO
O Na
+
+ MeI
- NaI
- CO2
(siehe Kapitel 3.6)
O
EtO
OH
OEt
O
O – Alkylierung
EtO
O
O
EtO
OH
⇒ Generelle Einschränkung
Enolat – Alkylierung immer SN2
Deshalb nur mit primären und sekundären Elektrophilen
Für tertiäre Elektrophile werden latente / maskierte Enolate verwendet (zum
Beispiel Silylenolether)
Cl
O
SiMe3
+
+
- Me3SiCl
R1
O
SiMe3
Ti Cl4
O
R1
Me3Si
+
O
R1
R1
+
+
C
Ti- Cl5
Me3Si
O
+
R1
C
49
50
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Darstellung von Silylenolethern
H
R1
SiMe3
O
H
R1
+
+ LDA
- HN(iPr)2
ca. SN2
R1
+ Me3SiCl
- LiCl
R1
R1
R2
vergleiche
Kapitel 2.4
R2
R2
+ E+
O
+
N
R2
R1
R1
- R22NH
E
Hydrolyse R1
H+/H2O
dabei wir als R22NH häufig Pyrolidin, Piperidin und Morpholin
besondere Bedeutung bei basenlabilen Substraten
5.4 Carbonylverbindungen als Elektrophile
O
O
O M+
+
R2
R3
nach wässriger Aufarbeitung
Der Prototyp: Aldol – Reaktion
R2
O
R3
O
R3
R2
R1
„Nebenreaktion“: Aldol – Kondensation
R1
N
+ BH+
-B
Das erhaltene ist ein Aldol (Aldehydalkohol).
Stork – Enamin – Synthese
+ R22NH
+
OH
R3
R2
R1
R3
O
O
+
O – Silylierung
Einsatz eines harten Elektrophil (Me3SiCl)
Bildung einer Si – O – Bindung (stark)
O
R2
O
[Base]
+B
- BH+
R1
O Li
R1
O
O
1) LDA
2) Me3SiCl
O
51
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
R1
OH
R3
R2
O
E
OH
R3
R2
H
+B
- BH+
O
R1
O
R3
R2
+ H+
- H2O
O
R3
R1
Bei diesem Vorgang stehen alle Schritte im Gleichgewicht
→ Retro – Aldol möglich
⇒ Problem: Gekreuzte Aldole (4 Produkte: 2 Hetero, 2 Homo)
Ausnahme: Carbonylfunktionen ohne α – Protonen, da diese nicht enolisierbar
sind
O
O
O
H
Ph
H ,
H
, H
Mukaiyama – Aldol (Verwendung latenter Enolate)
R2
52
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
O
SiMe3
O
+
R1
H
R1
R2
Mannich – Reaktion (Azaanaloge Aldol – Reaktion)
OH
O
Ti Cl4 (Lewis - Säure)
1
O
O
R2
3
Aldol
H
R1
Hydrolyse
+
H
H
+
+ Ti Cl4
Cl Cl
O
H
+
Ti
Cl Cl
Cl
O
Cl
R2
H
C
Ti
O
Cl
R1
O
Cl
+
Ti
Cl
Cl
+
R1
R1
Cl
R2
+
C
β - Amino - Keton
(Mannich - Base)
∆
- NH3
+
+
N
H
O
H
H
R1
SiMe3
SiMe3
H
H
NH2
R1
Si+Me3
R2
O
O
[Lewis - Säure]
NH3
+ H+
- H2O
[H+]
Cl
O
+
O
Cl
R2
53
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
O
Ti
Cl
Cl
Cl
Bei der Mannich – Reaktion ist eine „einfache“ Aldol – Reaktion als
Nebenreaktion möglich, da das Iminium – Ion in situ erzeugt wird.
Intramolekulare Varianten
Ungerade Abstände „natürlich“
Gerade Abstände durch Umpolung!
O
O
O
O
=
O
Base, ∆
Bei dieser Aldol – Kondensation entsteht ein cyclisches Enon, dessen Bildung
nur intramolekular abläuft.
(Besonders effizient bei Fünf – und Sechsringen)
54
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Claisen – Ester – Kondensation
55
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Knoevenagel – Kondensation
O
+
Na
O
2 R1
O
NaOR2
R2
R1
R2
O
Hydrolyse
R1
O
R2
R1
O
O
R1
+
O
R2
O
R1
+ NaOR2
- HOR2
R1
O
HO
O
O
R1
R2
O
R1
O
+
R1
O
R2
NC
H
auch mit:
R2
R2
O O O
R1
O
R1
R1
+
H3C NO2
Base, - H2O (∆)
R1
NO2
R1
Nitromethan
Nitro – Gruppe = heteroanaloge Carbonylfunktion
O
NaOR1
H H
R1
O
Insbesondere bei Fünf – und Sechsringen
Intramolekulare Reaktion
O
O
R1
H+ / H2O
- CO2
- HOR1
R1
O
O
O
häufige Folgereaktion
O
O
, Malonsäurederivaten
O
R2
Dieckmann – Cyclisierung
R1
R2
CN
H H
R1
O
- H2O
Henry – Reaktion
+
Na
R2
R1
Voraussetzung: Zwei acide α – Protonen
- NaOR2
H
O
O
+
O
O
O
R2
via
Na
O
O
O
R2
β - Keto - Ester
+ NaOR2
- HOR2
R1
Base, H2O
R1
R1
H
O
O
O
O
O
O
+
R1
N
O
H
azide
pKa ~ 10
Merke: Stark C – H – acide Enolatkomponenten geben immer
Kondensationsprodukte (Knoevenagel und Henry)
R2
R1
56
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
5.5 Spezielle Transformationen mit α – Halogencarbonylen
Reaktivität in Bezug auf X
I > Br > Cl
Darzens – Glycidester – Synthese
R1
H
+
R2
O
Base
R3
R1
H
H Cl
R1
H
R2
O
H O
R3
R2
O
Cl
R2
R1
formale
Substitution
R1
δ- δ+
CH2 M
CH2
M+
Carbanion
Kohlenstoff – Nucleophil
M = Mg → Grignard – Reagenzien
+
0
Mg
R2
Struktur und Reaktivität der Grignard – Reagenzien
(Formales) Carbanion (sehr reaktiv, vergleiche auch pKa ≈ 50)
aber:
Stabilisierung durch Metall (z.B. Li und Mg)
→ kovalenter Bindungsanteil
Stabilisierung durch Lösungsmittel
→ Vergleiche Schlenk – Gleichgewicht (Dimerisierung)
X
R1
CH2 Mg X
oxidativer Einschub
in die C-X-Bindung
Et2O
OEt2
R1
R1
X
Mg
Mg
X
2 Elektronen – 3 Zentren – Bindung
(Vergleiche Diboran B2H6)
Bildung von Clustern (gilt auch für M = Li)
→ Verringerung der Reaktivität
⇒ Aufbrechen der Cluster durch Lösungsmittel und Donor – Additive
TMEDA (Tetra Methyl Ethyl Di Amin)
NMe
M+
+II
R1
OEt2
Mg
X
MeN
Darstellung von Grignard – Reagenzien
R1 CH2 X
R2
Mg
R1
X = Halogen
M = Metall (Li, Mg, Cu, Zn)
O
R1
Umpolung an Halogenalkanen
δ+ δCH2 X
O
CH2 Mg X
R2
R3
Als Base kann NaOR3 eingesetzt werden, jedoch wird dann auch SN2 als
Konkurrenzreaktion ablaufen
Edukte: α – Halogenester (siehe Kapitel 5.2)
5.6 Organometall – Verbindungen als Nucleophile
R1
O
R1
Cl
Zum Beispiel: Et2O, THF, DME
O
intramolekulare SN2
O
+
R3 Glycidester
- Cl-
+B
- BH+
O
O
O
(F geht nicht)
Lösungsmittel: Ether – Lösungsmittel
R2
O
O
57
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
HMPA (Hexa Methyl Phosphorsäure tri Amid)
OEt2
58
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
O
M+
O
P
Me2N
R1
+
H
R2
OH
in Et2O
CH2 Mg Br
NMe2
H
+ H2O
- Mg(Br)OH
Br
O
Mg
R1
N
O
Mg H2
C R2
Mg
Br
R1
R2 C
H2
R2
R1
nach Hydrolyse
Br
NMe2
DMPU (Dimethylpropylene-Urea)
O
N
59
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
+
R2 CH2 Mg Br
+
R2
R2
H
mögliche Nebenreaktion
Wichtig bei Reaktionen mit Organometall – Verbindungen ist die strikte Abwesenheit
von Wasser:
R1 CH2 M
+
H2O
R1 CH2 H
+
M+ -OH
nBuH
CH2 OH
+
R1 CH2 O M+
O
nBuLi
+
O
- nBuH
OH
Mg X
R1
H
Edukt
Zwischenstufe
Produkt
Formaldehyd
Primärer Alkohol
Aldehyd
Sekundärer Alkohol
Keton
Tertiärer Alkohol
Ester
Keton
Tertiärer Alkohol
Cyanid
Organometall - Imin Keton
Kohlenstoffdioxid
Organometall - Säure
Titration von R – Li – Lösungen (z.B. nBuLi)
Ph
+ R2
H
MgX
Fazit:
Zerenitov
+ R1
O
R1
Feuchtigkeit
nBuLi
O
Ph
O Li
THF
Ph
+
Reformatsky – Reaktion
farblos
Ph
+ 1 Tropfen
O Li
Ph
+
+
O Li
Ph
R1
O
(Umschlagpunkt)
hier: leuchtend gelb
O
O
Br
+
Ph
Li
+
C
Ph
OH
Zn
H
R2
R2
nach Hydrolyse
O
O
R1
Zn (aktiviert)
O
O Li
+
O
O
Br Zn
O
R1
+
H
Dianion
Reaktion mit Carbonylfunktionen
O
Br
Zn
O
R1
Zinkenolat
O
R2
R2
Br
Zn
+ H2O
- "Zn(Br)OH"
O
O
R1
60
Chemie der Carbonylgruppe – 5. C-C-Knüpfung mit C-H-aciden Verbindungen
Aktiviertes Zink zum Beispiel durch Waschen mit verdünnter Salzsäure oder
aus Zink – Kupfer – Legierungen oder durch Ultraschall.
61
Chemie der Carbonylgruppe – 6. Vinylogie-Prinzip
6. Vinylogie – Prinzip
6.1 Einleitung
R1
R1
+
C O
O
R2
R2
Einführung einer Vinyl – Gruppe
ambidentes Elektrophil
O
O
O
+
+
C
C
konj. π - System
δ+ - Charakter wird
kommuniziert
+ Nu+ H+
+ Nu+ H+
HO Nu
OH
Nu
O
Nu
1,2 - Addition
kinetische
Kontrolle
1,4 - Addition
thermodynamische
Kontrolle
Weiche Nucleophile liefern 1,4 – Additionen
Regioselektivität
O
R1
R1 = H → Alkyl → Aryl → OR2
1,2 – Addition → 1,4 – Addition
62
Chemie der Carbonylgruppe – 6. Vinylogie-Prinzip
6.2 Michael – Addition (Konjugierte Addition)
6.3 Kohlenstoff – Nucleophile
Nu
O
O
R1
R2
+
Nu
Prototyp der Michael – Addition
sauer oder basisch
H
R1
R2
1,5 - Dicarbonyl
O
O
+B
- BH+
O
R1
R2
+
Nu-
Nu
R1
+
O
H+
R2
H
+ R2
H
R1
O
R1
R2
H
R2
+ Nu
Nu – H = R3 OH
R3 NH2
R3 SH
O
- H+
H
R1
→ Aldol
→ β – Amino – Carbonyl
→ Thioaldol
H
Nu
+
R2
R3
R1
O
R2
R2
O
O
+ H+
R2
O
R2
+
O
Nu-
R1
O
R2
R2
R1
Mit Knoevenagel – Nucleophilen häufig doppelte Addition
NC
Nu
O
O
Ti Cl4
CN
H H
CN
O
+
2
O
O
Stetter – Reaktion (Vergleiche Kapitel 2.5: Benzoin – Kondensation)
R2
1,4 - Dicarbonyl
Analoga von Halbacetalen
O
O
Ar
H
O
CN- (katalytisch)
+
Ar
O
O
via
Ar
Robinson – Annelierung
C
H
CN
O
+
OH
R3
R1
R3
R1
R3
+
NC
O
Tautomerie
SiMe3
R1
Die 1,2 – Addition ist bei Heteroatomen unter basischen Bedingungen nicht
Produkt bildend
R1
R3
R2
Auch mit Silylenolethern (Mukaiyama ähnlich)
O
R1
Base
O
O
+ H+
O
O
+B
- BH+
Nu
R1
+
63
Chemie der Carbonylgruppe – 6. Vinylogie-Prinzip
64
Chemie der Carbonylgruppe – 6. Vinylogie-Prinzip
O
O
O
+
7. Ylide und Olefinierungsreaktionen
7.1 Einleitung
NaOH; ∆
Ylide: Heteroatom mit positiver Ladung direkt verknüpft mit einem Kohlenstoffatom mit
negativer Ladung
+ OH- H2O
Kondensation
- H2O
O
O
O
+
65
Chemie der Carbonylgruppe – 7. Ylide und Olefinierungsreaktionen
Michael - Addition
O
O
intramolekulare
Aldol
Beispiel Phosphor:
R
+
Ph3
P C
R
Ph3
R
Ylid
(Zwitterion)
HO
P C
R
Ylen
Benennung: Heteroatom + Ylid
Schwefel – Ylid
Sequenz aus Michael – Addition und intramolekularer Aldol – Kondensation
Verwendung für z.B. Steroid – Synthesen
R1
R2
+
S C
R2
R1
Darstellung von Yliden
X
Ph3
+B
- BH+
R
+
P
P C
Ph3
P C
H R
vergleichsweise
azide
pKa(DMSO) ~ 22
R
+
Ph3
R
+
R
R
Darstellung des Phosphonium – Salzes
Ph3
P
+
R
X
C
R
SN2
H
Ph3
+
R
+
P
X
H R
Stabilisierende Reste R / Klassifizierung von Yliden
R
Alkyl
Aryl
Acceptor
Ylid - Typ
nicht stabilisiertes
semi - stabilisiertes
stabilisiertes
Base zur Darstellung
nBuLi; NaNH2; KOtBu
NaOEt
NaOH; NaHCO3
X
66
Chemie der Carbonylgruppe – 7. Ylide und Olefinierungsreaktionen
67
Chemie der Carbonylgruppe – 7. Ylide und Olefinierungsreaktionen
7.2 Wittig – Reaktion
O
Darstellung des Wittig – Reagenzes (häufig in situ)
Ph3
P
+
Ph3
R CH2 Br
P CH2 R
+ BuLi
+ Br
- BuH
- LiBr
Ph3
Ph3
P CH
+
P CH
R
+
R1
R1
R2
R2
+
OEt
EtO
O
+
P
OEt
+B
- BH+
O
+
OEt
O
H
EtO
SN2
- EtBr
O Br O
H
(z.B. NaOEt)
R1
O
R1
O P Ph3
P
R1
O
+
H
[2+2]
Cycloaddition
H
R2
Ph3
O
O
EtO P
EtO
C
OEt
+
+
P
O
O
O
H
(EtO)2
R1
P O
EtO C
P O
R1
O
(EtO)2
[2+2]
Cycloreversion
+B
- BH+
Ph3
OEt
OEt
H
H
[2+2]
Cycloreversion
O
O
EtO P
EtO
HWE – Reaktion
O
EtO P
EtO
Wittig – Reaktion
+
+ Br
(EtO)3 P
+
SN2
R1
O
O
R2
(EtO)2
Oxaphosphetan
P O
EtO C
Selektiv für Z – (Cis – ) Olefine
Funktioniert auch mit Ketonen (aber nicht mit Estern)
Kompatibel mit vielen funktionellen Gruppen
Wichtigste Methode für Olefin – Synthesen
R1
O
7.4 Schwefel – Ylide
7.3 Horner – Wadsworth – Emmons (HWE) – Reaktion
Darstellung
Reaktion stabilisierter Phosphonate mit Aldehyden und Ketonen
O
O
EtO P
EtO
+B
- BH+
OEt
O
EtO P
EtO
C
Me
O
OEt
"einfaches" Carbanion
kein Ylid
H
S
Me
+
R1 CH2 X
Me2
+
S CH2 R
+X
Di Methyl Sulfid
(ThioEther)
+B
- BH+
- X-
Me2
+
S CH
Schwefel - Ylid
Reaktion mit Aldehyden und Ketonen
pKa ~ 18
Darstellung des HWE – Reagenzes
Arbuzov – Reaktion
SN2
Me2
+
S CH
R1
+
R1
O
O
+
H
R2
S
R2
SN2
R1
O
R2
+
Me2S
R1

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