Föreläsning 20. Sammanfattning F20. 1) Introduktion 2) Organiska reaktioner 3) Mekanismer. 4) Reaktioner och reagens

Transkript

1 Föreläsning 20 Sammanfattning 1) Introduktion 2) rganiska reaktioner 3) Mekanismer A) adikalreaktioner B) Joniska reaktioner 4) eaktioner och reagens

2 1. Introduktion Grundläggande kunskap 21.1 rganisk-kemisk ritteknik C 6 6 C 3 C 2 Summaformeln anger hur många atomer det finns av varje slag utan att ge någon strukturinformation. Användbart vid sökning i kataloger och databaser. Formeln ger viss strukturinformation. I detta fall ser vi att en metylgrupp och en hydroxylgrupp är bundna till en metylengrupp. Stereokemi indikerat i en struktur. Den feta linjen betyder att bindningen sticker ut från papperets plan medan den streckade linjen indikerar att bindningen ligger bakom papperets plan. Våglinjer betyder att stereokemin är odefinierad, okänd eller att vi har att göra med en blandning av olika stereoisomerer. C C Streckformeln (dash formula) ger information om hur atomerna är bundna till varandra. En karbokatjon, vilket innebär att en elektron saknas. bservera att laddningar oftast ritas med ring runt för att skilja från ett vanligt plustecken. En radikal, det vill säga en oparad elektron. Ett förenklat skrivsätt (bond line formula) används oftast i organisk kemi. Varje vinkel eller avslutad linje symboliserar en kolatom. Alla heteroatomer (t.ex. kväve, syre, klor) markeras. Väten ritas normalt inte ut om de inte är bundna till en heteroatom eller behövs för att förtydliga. Kulmodell (ball and stick) är ett sätt att rita en tredimensionell bild av en molekyl. -, '-, "- Ar- En karbanjon, det vill säga en elektron för mycket. En minusladdning indikerar att det finns ett elektronpar som ibland ritas ut. lika odefinierade alkylgrupper. En odefinierad aromatisk grupp. Ph- - lika sätt att rita en fenylgrupp. kryssform eklipsform Newmanprojektionen är ett annat sätt att åskådliggöra det tredimensionella utseendet hos en molekyl. Molekylen ritas sedd framifrån den centrala bindningen. De tre främre bindningarna ritas framför cirkeln och de tre bakre dolda bakom cirkeln. Beroende på konformationen kan Newmanprojektionen ritas i kryssform eller i eklipsform. - En odefinierad grupp, ofta en halogen eller lämnande grupp. En reaktionspil. Flera reaktionssteg efter varandra. En jämviktspil. C 3 C 3 En Fischerprojektion är ett tredje sätt att åskådliggöra det tredimensionella utseende hos molekyler. orisontella linjer representerar grupper som sticker ut från planet medan vertikala linjer representerar grupper som ligger i eller bakom planet. C 3 En kalottmodell (space filling) är den bästa ritade modellen av en molekyl. är syns tydligt vilket volym som varje atom upptar. Tyvärr krävs oftast datorhjälp för att rita dessa. C 3 En resonanspil. bservera att resonanspilar endast får användas för resonansstrukturer. Dessa ska ritas inom hakparentes: En retrosyntespil. En krökt pil som används för att visa elektronflöden i reaktionsmekanismer. Krökta pilar ska alltid starta från nukleofilen och gå till elektrofilen. En halv krökt pil (fiskkrokspil) som används för att visa att endast en elektron flyttas. Används framför allt i radikalmekanismer. Pil för att markera dipolmoment. Pilspetsen går mot den atom som har högst elektronegativitet

3 1. Introduktion Grundläggande kunskap 21.2 Stereokemiska termer E/Z cis/trans s-cis/s-trans +/ syn/anti D/L /S exo/endo Används för alkener. E, entgegen, betyder att de två grupper med högst prioritet sitter på olika sidor av dubbelbindningens plan. Z, zuzammen, betyder att de två grupperna sitter på samma sida. (3.2) Används för alkener. Cis betyder att två lika grupper sitter på samma sida om dubbelbindningens plan. Trans betyder att de två grupperna sitter på olika sidor. Cis/trans är ofta använt men inte lika entydigt som E/Z. (3.2) Används för diener. Med S-cis menas att de båda dubbelbindningarna sitter i ett plan och riktade åt samma håll. (12.3.2) Används för föreningar som uppvisar optisk aktivitet vilket mäts i en polarimeter. (6.3) Används vanligen för reaktioner. Med en syn-addition menas att två grupper kommer in från samma sida i en reaktion. Med anti menas att de kommer in från olika håll. (6.1) Äldre sätt att ange stereokemi. Används dock fortfarande mycket framför allt inom kolhydratoch aminosyrakemi. Med D, dextrorotatory, menas att stereocentrat har samma konfiguration som D-glyceraldehyd medan L, levorotatory, betyder att stereokemin är samma som för L-glyceraldehyd. (6.1) Cahn-Ingold-Prelogs system för stereocenter. Stereocentrat betraktas uppifrån med den lägst prioriterade gruppen nedåt. m ordningen för de övriga tre är medsols anges stereocentret som, om motsols som S. (6.1) Används för grupper i bicykliska system. Med endo menas att gruppen sitter bort från den viktigaste bron, oftast den kortaste, medan exo innebär att den sitter riktad mot bron. (6.1) C s-cis anti syn C 2 D-glyceraldehyd endo E Z cis trans s-trans A C A B B C 2 L-glyceraldehyd 3 exo 1 S 2 huvudbrygga 21.3 Isomeri Är summaformeln samma? ja Är molekylerna identiska? nej Inte heller efter alla tänkbara konformationsändringar? nej Isomerer Kommer atomerna i samma följd? ja stereoisomerer (4.1) Är molekylerna spegelbilder av varandra? ja Finns symmetriplan? Nej enantiomerer (6.1) ex. nej ja jo nej nej ja Cl olika ämnen samma ämne konformerer (4.4) strukturisomerer (konstitutionella isomerer, 4.1) diastereomerer (6.1) mesoförening (6.2) Cl ex. ex. ex. ex. Skiljer bara (-C 2 -) n? Ja homologer (3.1) Cl Cl Cl Cl Cl nej inte homologer ex. metan,etan, propan symmetriplan Cl Cl Cl Cl Cl

4 1. Introduktion Grundläggande kunskap 21.5 Krafter inom och mellan molekyler Interaktion Styrka Typ Exempel Övrigt Jon-jonbindning Mycket stark (mer än 500 kj/mol, NaCl, NaAc, K2C3 De starka bindningarna inom kristaller gör att smältpunkten för joniska föreningar blir mycket beroende av Cl Na hög ( C). (1.4) kristallstrukturen) Kovalent bindning Stark (~ kj/mol) C 3 C 3 C 3 I - (435kJ/mol) C3-C3 (368 kj/mol) C3-I (234 kj/mol) Finns i alla molekyler. Två atomer delar elektronpar för att uppnå full oktett. Styrkan hos bindningen beror på hur bra överlappet är mellan orbitalerna. (1.5) Jon-dipolinteraktion Medelstark Na Salter upplösta i vatten Viktig vid upplösning av joner i polära lösningsmedel (opolära lösningsmedel löser oftast joner dåligt). (5.3.1) Dipol-dipolinteraktion Vätebindning Dispersionskrafter (Londonkrafter eller van der Waalsinteraktioner) Svag (ofta mindre än 5 kj/mol, vätebindningar undantagna) Svag till medelstark (5 40 kj/mol) Varierande (beror på molvikt och utseende) Aceton, metylklorid, dimetylformamid 2, Et, F, N3 Metan, heptan Styrkan av dipol-dipolinteraktionen är beroende av polariteten hos föreningen. Polariteteten mäts som dipolmoment. ög polaritet ger höga kokpunkter (t.ex. DMF, DMS). (5.3.2) Vätebindning är en form av stark dipoldipolinteraktion som bildas mellan väteatomer bundna till kraftigt elektronegativa atomer (,N,F) och fria elektronpar på dessa atomer. Ger höga kokpunkter (t.ex. Et 78 C, MeMe- 25 C). Mycket viktig i biologiska system. (5.3.3) Inducerade dipoler ger svaga interaktioner som gör att även opolära ämnen kan kondenseras. Storleken på interaktionerna beror på föreningens polariserbarhet och utseende. Långa molekyler har högre kokpunkt än kompakta (t.ex. n-butan, 138 C och t-butan, 160 C). (4.2)

5 1. Introduktion Namngivning 21.4 Namngivning av enklare organiska föreningar 1) Bestäm vilken funktionell grupp som har högst prioritet (se tabell 1). Denna grupp anges som suffix i namnet medan samtliga andra grupper blir prefix (se tabell 1 och 3). Viktigaste funktionell grupp. Suffix -syra 2) Välj huvudkolkedja som den funktionella gruppen ingår i enligt: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) störst antal funktionella grupper flest multipelbindningar längst kedja flest dubbelbindningar lägsta nummer på funktionella grupper lägsta nummer på multipelbindningar lägsta nummer på dubbelbindningar maximalt antal substituenter lägsta nummer på substituenter lägst nummer på den substituent som står först i namnet 3) uvudkolkedjans namn anges av hur många kolatomer som ingår i den (se tabell 2) samt med suffix för vilken typ av kolväte det är frågan om (-an för alkaner, -en för alkener och -yn för alkyner). 4) Numrera kolatomerna så att den viktigaste funktionella gruppen får så lågt nummer som möjligt, därefter så att övriga grupper får så lågt nummer som möjligt. Positionen för en substituent i kolkedjan kallas för lokant. 5) Ange eventuell stereokemi för dubbelbindningar och stereocentra (avsnitt 20.2). -stereocenter i position 5 6) Namnet konstrueras enligt: uvudkolkedja är en alken med 8 kolatomer. uvudkolkedjans namn blir okten E-dubbelbindning i position 3 a) lokant och stereokemi för dubbelbindningar och stereocentra b) prefix med multiplicerande prefix (se tabell 4) och lokant i bokstavsordning c) huvudkolkedjans namn d) kolvätesuffix med multiplicerande prefix samt eventuella lokanter för alkener och alkyner e) funktionella gruppens suffix och eventuellt lokant och multiplicerande prefix Tabell 1 Funktionella grupper formel CN S N 2 amino- suffix (med kol) -karboxylsyra -karbonitril -karbaldehyd -on -ol -tiol -amin S 3 -sulfonsyra --- sulfosuffix (utan kol) -syra prefix (med kol) karboxy- Alkyl...-karboxylat Alkyl...-oat -karbonylhalid -oylhalid -karboxamid -amid N 2 -nitril -al -on alkoxykarbonyl- haloformyl- karbamoyl- cyano- formyl- * oxo- hydroxi- merkapto- * m kolet inte räknas in kan även prefixet oxo- användas för aldehyder. Tabell 3 Substituenter F Cl I N 2 N fluoro- kloro- bromo- jodo- nitro- S fenoxi- nitroso- alkyltio- alkoxi- fenyl- nummer prefix prefix* Tabell 2 Kolvätenamn antal kol di tri tetra penta hexa hepta okta namn metan etan propan butan pentan hexan heptan oktan nonan dekan undekan dodekan tridekan tetradekan pentadekan hexadekan heptadekan oktadekan nonadekan eikosan heneikosan dokosan triakontan hentriakontan dotriakontan tetrakontan pentakontan hexakontan heptakontan hektan Tabell 4 Multiplicerande prefix bis tris tetrakis pentakis hexakis heptakis oktakis * Gäller för substituerade substituenter (5,3E)-8-omo-5-hydroxi-okta-3-ensyra N 3 azido-

6 2. rganiska reaktioner Grundreaktioner: Vad som sker: butanal 1) NaB 4 2) 2 1-butanol A) Syra-basreaktioner B) edoxreaktioner C) Substitutioner D) Eliminationer E) Additioner F) mlagringar

7 2. rganiska reaktioner A) Syra-basreaktioner -Protoner flyttas Mycket vanligt som delsteg i organiska reaktionsmekanismer 3

8 2. rganiska reaktioner A) Syra-basreaktioner 21.6 Syror och baser ønsteds definition (4.5.1) en syra är en protondonator och en bas är en protonacceptor NMe 3 ønstedtsyra ønstedtbas -NMe 3 Lewis definition (4.5.1) en syra är en elektronparsacceptor en bas är en elektronparsdonator Syrastyrka (4.5.5) jämförs alltid med vatten ju lägre pk a desto starkare syra Vad påverkar syrastyrkan? ybridisering (4.5.6) F B F F Lewissyra NMe 3 Lewisbas A A K a = pk a sp sp 2 sp 3 (% s-karaktär) [ 3 ] [A ] [A] F F B F NMe 3 pk a = -lg 10 K a Periodiska systemet (5.5.2) C 4 N S 7 2 Se 4 F 3 Cl -7-9 I -10 Induktiva effekter (4.5.1) elektrondragande grupper stabiliserar anjoner i en rad ökar syrastyrkan åt höger eftersom --bindningen polariseras mer ju kraftigare elektronegativ är i en kolumn ökar syrastyrkan neråt eftersom atomerna blir större vilket minskar laddningstätheten och -bindningen försvagas F 3 C pk a = 5 pk a = 1 esonans (5.4.5, ) resonans kan stabilisera anjoner Bas pk a = 10

9 2. rganiska reaktioner A) Syra-basreaktioner 21.7 Viktiga pk a -värden syra pka kommentarer I I jodvätesyra 2 S 4 S svavelsyra + -9 bromvätesyra Cl Cl + -7 saltsyra S S + -6 p-toluensulfonsyra, ptsa, viktig syra, löslig i många organiska lösningsmedel oxoniumjon N 3 N salpetersyra F 3 C F F + F 3 C + N 3 N C 3 C trifluorättiksyra 3 fluorvätesyra varning, djupa frätskador! 3 5 aromatiska ammoniumjoner 4 5 karboxylsyror 6 natriumvätekarbonat vanlig vid extraktion N 4 N ammoniumjon fenol 9 mycket sur på grund av två elektrondragande grupper syra pka kommentarer C 3 N 2 C 2 N nitrometan, relativt sur på grund av induktiv effekt från nitrogruppen N 3 N alifatiska ammoniumjoner cyklopentadien blir aromatisk vid deprotonering 16 natriumhydroxid är en viktig bas natriummetoxid är en vanlig bas ketoner + C 3 CN C 2 CN + Et Et N 3 N 2 + C 4 C nitriler är relativt sura på grund av cyanogruppen 25 estrar är mindre sura + är ketoner + 25 alkyner är relativt sura på grund av sp-hybridisering 35 natriumhydrid är en vanlig bas 38 litiumamid är en vanlig bas 44 alkener är surare än alkaner på grund av sp 2 -hybridisering 48 många metallorganiska reagens är kraftiga baser och nukleofiler, exempelvis MeMg och MeLi

10 2. rganiska reaktioner B) edoxreaktioner -Elektroner flyttas xidation -ökning av bindningar till syre och/eller minskning av bindningar till väte (elektroner avges) eduktion -minskning av bindningar till syre och/eller ökning av bindningar till väte (elektroner tas upp) C oxidation C oxidation C oxidation C oxidation C metan oxidationstal -IV metanol oxidationstal -II formaldehyd oxidationstal 0 myrsyra oxidationstal +II koldioxid oxidationstal +IV eduktion xidation

11 2. rganiska reaktioner B) edoxreaktioner edoxreaktioner xidationsreagens reduktion C metan C metanol C formaldehyd C myrsyra oxidation C koldioxid Med oxidation menas att andelen atomer som är mer elektronegativa än kol ökar i en förening. I organisk kemi brukar oxidation betyda att antalet bindningar till syre ökar och/ eller att antalet bindningar till väte minskar. Vid en oxidation avges elektroner. kromtrioxid, Cr 3 Cr 3, Cr 3, Cr 3, 2 Med reduktion menas att antalet bindningar till syre minskar och/eller att antalet bindningar till väte ökar. Vid en reduktion upptas elektroner. eduktionsreagens hydrogenering alkalimetall i ammoniak hydridreagens 2, Pt , Pt N 2 2, Pt Y Y =, Y = lämnande grupp N 2, CaC Li/ N 3 (l) Li/ N 3 (l) 15.5 LiAl 4 eller NaB LiAl LiAl N 2 N Y pyridiniumklorkromat, PCC kaliumpermanganat, KMn 4 osmiumtetraoxid, s 4 ozon, 3 persyror, C PCC KMn 4 0 C KMn C KMn C s ) 3 2) Zn, Ac ) 3 2 2) Zn, Ac C C ' C '

12 2. rganiska reaktioner C) Substitutioner -Någon grupp byts ut -Exempel 1: Bimolekylär Nukleofil substitution DMF 3 C C 3 22 C -Exempel 2: Elektrofil aromatisk substitution 2 /Fe 3 -Exempel 3: adikalhalogenering UV-ljus C 4 Cl 2 C 3 Cl Cl

13 2. rganiska reaktioner D) Eliminationer -Någon grupp tas bort -Exempel: Bimolekylär elimination Me + Me +

14 2. rganiska reaktioner E) Additioner -Någon grupp läggs till -Exempel 1: Addition till dubbelbindning = Cl,, I -Exempel 2: Addition till karbonylgrupp LiAl 4 or NaB 4

15 2. rganiska reaktioner F) mlagringar -Molekylen byggs om utan att vare sig lägga till eller ta bort -Exempel 1: mlagring av karbokatjon C 3 2 karbokatjon (mindre stabil) övergångstillstånd -Exempel 2: Diels-Alderreaktionen 3 karbokatjon (mer stabil)

16 3. Mekanismer eaktiva intermediat: C karbanjon proton C C karbokatjon hydridjon C radikaler

17 3. Mekanismer Karbanjoner Struktur Föreningar med negativ laddning på ett kol, oftast sp 3 -hybridiserade. Stabilitet Karbanjoner har en hel negativ laddning och stabiliseras genom: 1) elektrondragande grupper N 2 2) resonans Karbokatjoner Tom p-orbital Struktur Föreningar med positiv laddning på ett kol. Alltid sp 2 -hybridiserade Stabilitet Karbokatjoner har en hel positiv laddning och stabiliseras genom: 1) elektrondonerande grupper 2) resonans 3) aromaticitet 3) aromaticitet > > > > > > > Me 4) hybridisering Framställning Karbanjoner genereras nästan alltid via syra-basreaktioner, syrastyrkan är ett mått på hur väl karbanjonen kan stabiliseras. En dåligt stabiliserad karbokatjon omlagras lätt till en mer stabil: eaktioner Karbanjoner fungerar vanligen som nukleofiler i organiska reaktioner. De är dock oftast tämligen basiska varför inga starkare syror får finnas närvarande vid reaktionen. Exempelvis förstör vatten omedelbart ett Grignardreagens. Framställning eaktioner Karbokatjoner måste kunna anta en sp 2 -hybridisering för att kunna bildas: Substitution/elimination Nu Nu S N 1 (9.5) Nitriler och acetylenider (4.5.6, ) CN Cl N 2 - E1 (10.1) Nukleofil aromatisk substitution (15.3) S N Ar Bensyn Addition till dubbelbindningar, följer Markovnikovs regel (11.2.1) + Metallorganiska reagens (16.2.2) M M = Mg, Li, Zn Elektrofil aromatisk substitution (14) Wittigreaktionen (16.2.6) Ph 3 P C 2 E E E Enolatkemi (18) Et Et

18 3. Mekanismer adikaler Struktur Föreningar med oparade elektroner, oftast sp 2 -hybridiserade. Stabilitet adikaler saknar en elektron och stabiliseras därför av: 1) elektrondonerande grupper, exempelvis metylgrupper 2) genom resonans, exemplevis allyliska och bensyliska radikaler > > > > > Me > > Framställning adikaler genereras på i huvudsak fyra olika sätt: 1) alkalimetaller i flytande ammoniak Li/N 3 2) UV-ljus 3) Värme Cl 2 h värme 2 Cl 2 4) användning av stabila radikaler Li eaktioner adikalhalogenering. Exempel på kedjereaktion (4.6) C 4 Cl 2 UV-ljus C 3 Cl + Cl adikaladdition av vätebromid. Ger antimarkovnikovaddition. (11.2.4) Polymerisation (11.2.5) n eduktion av alkyner, ger antiaddition av vätgas (11.2.7) Li/N 3 Allylisk substitution, kräver låg koncentration av brom. (12.1) Birchreduktion (15.5) Li/N 3 /Me

19 3. Mekanismer A) adikalreaktioner initiering Cl Cl h (UV-ljus) Cl Cl propagering C Cl Cl C 3 C 3 Cl Cl C 3 Cl Cl terminering C 3 Cl C 3 Cl

20 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Nukleofiler har gott om elektroner och en hel eller partiell minusladdning -Elektrofiler har ont om elektroner och en hel eller partiell plusladdning -eaktioner styrs antingen av en bra elektrofil eller av en bra nukleofil -Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler medan sura reaktioner brukar styras av elektrofiler

21 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler Nu E Nu E -Exempel 1: Bimolekylär nukleofil substitution DMF 3 C C 3 22 C

22 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler Nu E Nu E -Exempel 2: Nukleofil addition till karbonylgrupp 3 B-

23 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Sura reaktioner brukar styras av elektrofiler Nu E Nu E -Exempel 1: Elektrofil aromatisk substitution Fe 4 nukleofil elektrofil σ-komplex (areniumjon) + + Fe3

24 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Sura reaktioner brukar styras av elektrofiler Nu E Nu E -Exempel 2: Addition till karbonylgrupp under sur katalys

25 B) Joniska reaktioner 3. Mekanismer -Den lämnande gruppen är viktig 3 2 -, dålig lämnande grupp 2, bra lämnande grupp

26 4) eaktioner och reagens A) Joniska reaktioner E2 Cl S N 2 E1 SN1

27 21.9 Grundläggande Substitutioner och eliminationer kunskap Namn Mekanism 4) eaktioner och reagens S N 2, bimolekylär nukleofil substitution (9.3) Nu Nu S N 1, monomolekylär nukleofil substitution (9.5) Nu Nu E1, monomolekylär elimination (10.1) Bas E2, bimolekylär elimination (10.2) Kinetik v = k [substrat] [nukeofil] v = k [substrat] v= k [substrat] v = k [substrat] [bas] Bas Energidiagram G Nu TS G TS1 Nu TS2 G TS1 Bas TS2 G Bas TS Antiperiplant TS krävs G G (1) G (2) G (1) G (2) G G Nu G Nu G G Stereokemi/ regiokemi Substrat (elektrofil eller alkylhalogenid) Lämnande grupp Inversion Metyl > primär > sekundär >> neopentyl > tertiär. Praktiskt sett sker inte S N 2 med tertiär och neopentyl. elativt stabil, svag bas. ex. Tf, Ts, I acemisering. Nukleofilen kan attackera från båda sidorna av den plana karbokatjonen eaktiviteten bestäms av hur lätt karbokatjonen kan bildas. Tertiära, allyliska och bensyliska substrat reagerar lätt enligt S N 1 Svag bas som är stabiliserad i polärt protiskt lösningsmedel ex. 2, I, Polärt protiskt ex. 2, Et Svaga, ofta oladdade, ohindrade nukleofiler. Solvolys Lösningsmedel Polärt aprotiskt ex. DMF, DMS Nukleofil/bas Negativt laddade, ohindrade joner ex., F Övrigt E1 är ofta en bireaktion. S N 1 gynnas av lägre temperatur. Följer oftast Zaitsevs regel. Den mest substituerade alkenen bildas Se S N 1 Se S N 1 Se S N 2 Se S N 1 Svaga, hindrade baser, ofta lösningsmedlet. S N 1 är ofta en bireaktion. E1 gynnas av högre temperatur. Följer oftast Zaitsevs regel. Undantag vid mycket hindrade baser Antiperiplant övergångstillstånd krävs. Primärt, sekundärt eller tertiärt substrat går bra. Polära, oftast protiska, lösningsmedel Starka hindrade baser ex. KtBu E2 gynnas av högre temperatur.

28 4) eaktioner och reagens A) Joniska reaktioner 21.8 Nukleofiler Nukleofiler är reagens som söker sig till positiva center (9.2.1) En negativt laddad jon är alltid en bättre nukleofil än vad dess konjugerade syra är ex. - är starkare än 2 Steriska hinder minskar nukleofiliciteten ex. tbu - är en relativt stark bas men en dålig nukleofil Nukleofiliciteten är beroende av lösningsmedlet: Polära protiska lösningsmedel (till exempel vatten) Polära protiska lösningsmedel kan solvatisera både anjoner och katjoner Na F Solvatiseringsförmågan beror av jonens laddningstäthet; en liten jon har högre laddningstäthet och solvatiseras därmed kraftigare. Detta gör att den blir en sämre nukleofil. Nukleofilicitetsordning i polära protiska lösningsmedel (9.3.5): S > CN > I > > N 3 > > Ac > Cl > F > 2 Vanliga lösningsmedel (5.5.3) vatten 2 dimetylsulfoxid (DMS) S dimetylformamid (DMF) NMe 2 acetonitril C 3 CN metanol C 3 etanol C 3 C 2 aceton metylenklorid C 2 Cl 2 ättiksyra Polära aprotiska lösningsmedel (till exempel DMF och DMS) Polärt aprotiska lösningsmedel kan bara solvatisera katjoner dietyleter 4 Na S bensen 2 Nukleofiliciteten följer därför i stort basiciteten Nukleofilicitetsordning i polära aprotiska lösningsmedel (9.3.2): N 2 > > S > CN > S > N 3 > F > Cl > > I heptan 2

29 4) eaktioner och reagens A) Joniska reaktioner Alkoholers reaktioner P 3 eller SCl 2, S N , E1 = Cl, 3, S N S 4 3 Markovnikovaddition ) B 3 2) 2 2, antimarkovnikovaddition KMn 4, 0 C syn-diol ) Na 2) Cl, pyridin Me S Cl Williamsons etersyntes S 1) C 2) anti-diol LiAl 4, Mg 17.2 NaB 4, Mg PCC Cr 4 Nu, S N 2 Nu

30 4) eaktioner och reagens A) Joniska reaktioner Aminers reaktioner (för aromatiska aminer se avsnitt 21.19) LiAl4 N N -CN LiAl oxidation N -N 2 2, Pt N 2 ' Cl ' ' ' ' N N ' ' N

31 4) eaktioner och reagens A) Joniska reaktioner Alkylhalogeniders reaktioner Cl 2 eller 2, UV-ljus Nu, S N Nu, S N Nu Nu P 3 eller SCl Bas, E Bas, E , ' ' Williamsons etersyntes (S N 2) (Markovnikov) Mg, eter Mg- Grignardering, (antimarkovnikov) , UV-ljus (allylisk substitution) , Li Zn AlCl 3, aktiverad aromat Li -Zn (framförallt för -bromoestrar) Friedel-Craftsalkylering

32 4) eaktioner och reagens B) π-system (C=C) π-bindningens elektroner är lättrörliga alkener kan därför fungera som nukleofiler

33 4) eaktioner och reagens B) π-system (C=C) Alkeners reaktioner syn-addition + syn-addition av vätgas anti-addition av vätgas epoxidering följt av öppning av epoxiden ger anti-addition E E , Pd/CaC Li / N KMn 4, 0 C eller s KMn 4,, 100 C ) C 2) Zaitsevs regel: Vanligtvis bildas den mest substituerade dubbelbindningen. Markovnikovs regel: I en jonisk addition av ett osymmetriskt reagens till en dubbelbindning kommer den positiva delen av reagenset att hamna så att den stabilaste karbokatjonen bildas , , Pd eller Pt ) B 3 2) 2 2, , peroxider syra eller ljus eller peroxider ) 3 2) Zn, Ac hydrogenering antimarkovnikovaddition antimarkovnikovaddition polymerisation allylisk substitution + ozonolys

34 4) eaktioner och reagens B) π-system (C=C) Alkyners reaktioner 2, Pd eller Pt , Pd/CaC S N Li / N (1 ekv.) NaN (2 ekv.) (1 ekv.) CaC bara för etyn (2 ekv.) ) 3 2) Ac/Zn ) KMn 4, 2) Syra

35 4) eaktioner och reagens C) π-system (aromatiska system) cykliskt system: helt konjugerat: ej aromatisk ej aromatiska plant system: 4n + 2 π-elektroner: ej aromatisk ej aromatisk

36 4) eaktioner och reagens C) π-system (aromatiska system) Elektrofil aromatisk substitution Generell mekanism (14.1): Bas E E E elektrofil Framställning av elektrofiler: halogenering (14.2.1) -komplex (areniumjon) 2 + Fe 3 Fe 4 + ( = Cl, ) 1/2 I 2 + N 3 + I + N nitrering (14.2.2) sulfonering (14.2.3) 2 S 4 + N 3 N 2 + S S S 4 + S 3 Friedel-Craftsalkylering (14.2.4) Friedel-Craftsacylering (14.2.4) Cl AlCl 3 Cl AlCl 3 AlCl 4 C C + AlCl 4

37 4) eaktioner och reagens C) π-system (aromatiska system) N 2 N C 3 Cl N 2 alkyl CN CF 3 N 3 ökande aktivering orto/para-styrning ökande deaktivering meta-styrning -ordningen stämmer ofta även i andra reaktioner!

38 4) eaktioner och reagens C) π-system (aromatiska system) Aromaters reaktioner 2, Pd eller Pt hydrogenering 15.5 N 3, 2 S 4 EAS , Pd eller Pt hydrogenering N 2 N NaN 2, bensyn, Na, N 3 (liq) Birchreduktion , Fe 3 EAS ( = Cl, ) Cu ( = Cl,, CN) Sandmeyerreaktionen N, 5 C diazotering S 3 2 S 4 (rykande) EAS I 2, 2 S 4 EAS I KI N 2 3 P 4, CCl, AlCl 3 Friedel-Craftsacylering F BF KMn 4 oxidation av sidokedja Cl, AlCl 3 Friedel-Craftsalkylering C C Me 2 N C 2, bas Kolbereaktionen N N Cu aktiverad aromat

39 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) C 2 C 2 orimlig resonansform rimlig resonansform

40 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) Karbonylgruppen är kraftigt polär Den kan attackeras av nukleofiler =, Nu Nu Nu = lämnande grupp Nu +

41 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) Karbonylgruppen är kraftigt polär α-väten är sura Bas nukleofil (enolat)

42 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) Enolat kan attackera andra karbonylföreningar =, elimination = lämnande grupp +

43 4) eaktioner och reagens F19 D) π-system (C=, karbonylgruppen) α,β-omättade föreningar Nu Nu vanlig nukleofil addition Nu Nu konjugataddition Nu enol-form keto-form

44 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) Aldehyders och ketoners reaktioner LiAl 4 eller NaB ' LiAl 4 eller NaB CN 'Mg , syra eller bas PCC = ',, syra eller bas N 2, syra ' N', syra ' ' ' Cr Ph 3 P, '"C ' " C ' Cr 3 ( = ) 8.2.5

45 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) mvandling av karboxylsyraderivat Till: Från: karboxylsyra N' amid syraanhydrid syrahalid ' ester C N nitril ' keton ' ' 3 alkohol 1 alkohol 3 eller, värme eller eller eller eller, värme , N' N 2 värme N N N värme eller C och bas C, bas SCl 2, PCl 3 eller PCl ' och syra och pyridin och pyridin C C, syra KMn 4 C, syra C N ' P 4 10, värme Mg ' N 2 ' LiAl LiAl Mg Mg Mg Mg LiAl LiAl LiAl LiAl

46 4) eaktioner och reagens D) π-system (C=, karbonylgruppen) eaktioner via enolat alkylering bas, halogenering, C 3 aldoladdition aldolkondensation bas värme korsad aldolkondensation Ph bas Ph bas Claisen-Schmidtreaktion Ph bas cyklisk aldolkondensation bas Michaelreaktion Ph Ph obinsonannulering Claisenkondensation Et NaEt Et bas Dieckmannkondensation Et Et NaEt Et Dekarboxylering Et bas, värme