Tentamen i organisk kemi, KEMB01, 15 hp, fredagen den 13 januari 2012,

Transkript

1 Tentamen i organisk kemi, KEMB01, 15 hp, fredagen den 13 januari 2012, Molekylmodeller, miniräknare, punktgruppstabell och spektroskopibok får medtagas. Var vänlig besvara endast en uppgift per papper. Skriv namn och personnummer på varje blad. Använd linjerat papper för era svar. Rutat paper är bara för anteckningar och kommer inte att rättas. Markera på omslaget vilka uppgifter som har besvarats. Lycka till! DS 1. Stereokemi och energi-reaktionskoordinatdiagram Nobelpriset i kemi 2001 för asymmetrisk katalys delades bl.a. av Knowles för hans metod för syntes av L-DPA genom asymmetrisk katalytisk hydrogenering. Knowles använde en Rh katalysator med en kiral ligand, DI-PAMP. a) Ange punktgrupp för DI- PAMP i den utritade konformationen. Notera att fosforatomerna är stereogena och har en hög inversionsbarriär. (motivera) 2p P Me Me P DI- PAMP

2 b) Exemplifiera (i förekommande fall) heterotopa, diastereotopa, homotopa och enantiotopa väten i DI- PAMP. (2p) c) Själva hydrogeneringsreaktionen sker som följer. Ange vilket som är Si- face för alkenen i substratet (motivera). (1p) Ph NH Kiral katalysator H 2 Ph NH Me Me d) Mekanismen för reaktionen i c) är noga utredd. Man kan notera att intermediat D bildas från A medan C bildas från B i det för processen produktbestämmande steget. Den dominerande reaktionsvägen för reaktionen är bildandet av D från A. Intressant nog föreligger större delen av katalysator- substratkomplexet som diastereomer B. Konstruera ett energi- reaktionskoordinatdiagram som följer dessa observationer samt ange vilka slutsatser om de relativa energinivåerna man kan dra utifrån observationerna. För referens: struktur D ligger lägre än C i energi och båda ligger väsentligt lägre än A och B. (5p) 2. Konformationsanalys och konjugation/aromaticitet. a) Vinkeln mellan ringarna i bifenyl (Ph- Ph) i dess lågenergikonformation är 44.4 grader. Förklara denna observation. (4p)

3 b) Förklara den relativt höga rotationsbarriären kring C- N bindningen i dimetylformamid (2p) c) Konstruera ett energi- reaktionskoordinatdiagram för rotation kring C2- C3 i butadien. Visa strukturer för extremvärden. Var noga med relativa energinivåer, absoluta värden på behövs dock inte. (2p) d) Förklara varför protonering sker företrädelsevis på syre i dimetylformamid. (2p) 3. Michaeladditioner a) Visa det principiella utseendet på LUM för pi- systemet i 1, samt visa vilka orbitalöverlapp som är relevanta i en 1,4- addition till denna. (3p) b) Förklara varför hårda nukleofiler reagerar med karbonylkolet i 1, medan mjuka nukleofiler reagerar på beta- kolet i densamma. (3p) c) En klass av goda nukleofiler för 1,4- additioner är sk. Gilman- reagens. Visa den principiella strukturen för Gilman- reagens, samt visa hur dessa kan framställas. (4p) 1 4. Elektrofila alkener och addition till aromatiska föreningar a) Visa mekanismen för följande reaktion (4p) Br NH 2 NaNH 2 b) Föreslå ett experiment som visar att mekanismen för reaktionen i a inte är en nukleofil aromatisk substitutution. (2p)

4 c) Ge ett exempel på en reaktion som sker i högt utbyte via en nukeofil aromatisk substitutionsmekanism. (2p) d) Förklara varför nukleofil aromatisk substitution går fortare med aryl- fluorider än med aryl bromider. (2p) 5. Reaktionslära Ange reagens eller produkt (där dessa saknas) i följande tranformationer som sker i högt utbyte. Mer än ett steg kan behövas. (5 x 2p) a)??? H b)??? N H c) H N??? N 1. NaH d) 2. Me 2 C C 2 Me??? e) Ts??? NH 2

5 6. Syntes Proparcain hydroklorid (1) är ett bedövningsmedel som verkar genom att inhibera spänningsstyrda natrium-kanaler i kroppen. Det används bl.a. i form av ögondroppar när man behandlar grön starr operativt. Föreslå en syntes av proparcain hydroklorid som inkluderar 2 och 3 som startmaterial. Kommentera eventuella selektivitetsproblem/hänsyn i din syntes. (10p) H 2 N N HCl 1 2 H H och 3

6 7. NMR Bestäm strukturen hos produkten i reaktionen nedan och gör en assignment av protonskift för densamma. Motivera den föreslagna strukturförändringen mha. NMR- data. (10p) (Alla NMR- spektra är simulerade.) - + PPh 3 Ac H + Produkt HC Startmaterial Startmaterial δ(ppm) Produkt δ(ppm) l.01 (3H, t, J= 7.5Hz) l.10 (3H, t, J= 7.5Hz) l.l7 (3H, s) l.l7 (3H, s) 1.20 (3H, s) 1.20 (3H, s) (2H, complex) (2H, complex) 2.13 (3H, s), 2.13 (3H, s), 3.34 (lh, d, J= 2.5Hz) 3.19 (lh, d, J= 2.5Hz) 3.53 (lh, dd, J= 6, 8Hz) 3.53 (lh, dd, J= 6, 8Hz) 4.02 (lh, dd, J= 2.5, 6Hz) 3.89 (lh, dd, J= 2.5, 6Hz) 4.74 (lh, s) 4.74 (lh, s) 9.74 (lh, d, J= 6Hz) 6.39 (lh, dd, J= 6, 16.5Hz) 6.60 (lh, dd, J= 6, 16.5Hz) 9.60 (lh, d, J= 6Hz)

7 8. NMR Bestäm strukturen hos en okänd förening med hjälp av nedanstående spektra. Ge stöd för strukturen från IR, MS, 13C- och från 1H- NMR- spektrum. (10p)

8 9. NMR Nedan visas en del av ett 500MHz 1H NMR-spektra av en bicyklisk sesquiterpen, samt expansioner av CSY, HMQC och HMBC för samma spektralområde. Protonen H(A) är utmärkt i strukturen och har kemiskaskiftet 3.12 ppm. a. Ange kemiska skift för grannprotoner till H(A). b. Ange kemiska skift för kolet som H(A) binder till. c. Ange kemiska skift för kolen i den terminala dubbelbindningen. H A H Ac 10. H

9 HMQC spektra

10 HMBC spektra