HOOFDSTUK XVII: Functionele groepen op basis van tweede- en derdeperiode-elementen

Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen

HOOFDSTUK XVII: Functionele groepen op basis van tweede-

en derdeperiode-elementen

Mc Murry: pagina 649-658 pagina 892-931


XVII.1 Ringopeningsreacties van epoxides (Mc Murry: p 649-654)

RCO3H, CH2Cl2

of H2O2, NaOH, CH3OH

O

Bereidingcfr. Hfdst XV

Zuurgekatalyseerde epoxide opening

OH

H

H

H

H3O+

HO HH

H

H OH

ethyleenoxideethyleenglycol(1,2-ethaandiol)

HX

etherO

H

H

OHH

HX

een trans 2-halocylohexanol

X = F, Br, Cl of I


Hoog SN1 carbokationkarakter in

de transitietoestand

mechanisme


Basegekatalyseerde epoxide opening

-OH

H2O, 100°C

CH2

O

CH2OH

OH2O

CH2OH

OH

+ -OH

Methyleen cyclohexaanoxide

1-hydroxymethylcyclohexanol

CH3CH2CH2CH2MgBr + H2C CH2

O1. ether solvent

2. H3O+

CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH

butylmagnesium bromide 1-hexanol

Aanval van Grignardreagentia


Typische SN2 reactie met aanval van het nucleofiel op de sterisch minst gehinderde plaats.

C C

OCH3CH3OH

-OCH2CH3

H

H

H

H3CCH3CHCH2OCH2CH3

OH

geen aanval hier

mechanisme


Toepassing: epoxyharsen en epoxylijmen


CH2CH

O

C

CH3

CH3

OHHO +

C

CH3

CH3

OO C

CH3

CH3

OOCH2CHCH2

OH

CH2

H2C CH

O

CH2Cl

H2C CHCH2

O

n

Bisfenol A Epichloorhydrine

“prepolymeer”

H2C CH

O

CH2 O

CH2

CH

CH2

OH + CH2 CH

OH

CH2 O

CH2

CH

CH2

OEt3N

midden van keten 1

einde van keten 2

vernette ketens

verharding:


XVII.2 Thiolen en sulfides (Mc Murry: p 655-658)

CH3CH2SH

SH COOH

SH

H3C S CH3

S CH3

ethaanthiol

cyclohexaanthiol m-mercaptobenzoëzuur

dimethylsulfideS CH3

methyl fenyl sulfide 3-(methylthio)cyclohexeen


Thiolen

• Slechte geur !! : stinkdier, opsporen van gaslekken

• Bereid uitgaande van alkylhalogenides door SN2 substitutie met een zwavelnucleofiel

CH3(CH2)6CH2 Br + Na+ -

SH CH3(CH2)6CH2SH + NaBr

1-bromo-octaan natrium

hydrosulfide1-octaanthiol

Overmaat nucleofiel nodig om verdere substitutie met vorming van een symmetrisch disulfide te vermijden

Oxidatie van thiolen

R SH2I2

Zn, H+R S S R + HI


Toepassing: vorming van disulfidebruggen in proteïnen


Sulfides

• Zwavel verbindingen: meer nucleofiel dan zuurstofanalogen

• Dialkylsulfides zijn goede nucleofielen en reageren met primaire alkylhalogenides

dimethylsulfide

iodomethaantrimethylsulfoniumi

odide

S Na+

+ H3C I

SCH3

+ NaI

+ H3C I

H3C S CH3THF

H3C S CH3

CH3

I-


N

NN

N

NH2

O

OHOH

HH

HH

H2CS

CH3

HOCCHCH2CH2

O

NH2

S-adenosylmethionine (een sulfoniumzout)

Een biologisch methylerend reagens


• Sulfiden worden gemakkelijk geoxideerd

• Behandeling van een sulfide met waterstofperoxide (H2O2) leidt tot het corresponderende sulfoxide (R2SO) en verdere oxidatie van het sulfoxide geeft een sulfon (R2SO2).

SCH3

H2O2

H2O, 25°C

SCH3

O

CH3CO3H SCH3

O O

methylfenylsulfide methylfenylsulfoxide methylfenylsulfon

H3CS

CH3

ODimethylsulfoxide

een dipolair aprotisch solvent


XVII.3 Amines: naamgeving en structuur (Mc Murry: p 892-896, zie ook hoofdstuk II en III)

N CH3

H3CO

O

HOH3CO

N

H

H

HO

H

Quinine: antimalaria Codeïne: pijnstiller

• amines: veel voorkomend in planten en dieren:

* trimethylamine: dierweefsels, geur van vis

* 1,5-pentaandiamine = cadaverine

* quinine, codeïne• chemie van amines: bepaald door vrij elektronpaar op stikstof


Graad van substitutie op het N-atoom !!

CH3

CH3C

CH3

OH

CH3

NH3C

CH3

CH3

CH3C

CH3

NH2

R

NR

R

R

Tert-butylalcoholeen tertiair alcohol

Trimethylamine een tertiair amine

Tert-butylamineeen primair amine

een quaternair ammoniumzout

RNH2: primair amine

R2NH: secundair amine

R3N: tertiair amine

X-

CH3CH2CHCOOH

NH2H3C

N

H3C

CH2CH2CH3

NCH2CH3H3C

2-aminobutaanzuur N,N-dimethylpropylamine N-ethyl-N-methyl

cyclohexylamineaniline

NH2


XVII.4 Amines: basiciteit (Mc Murry: p 897-903, zie ook hoofdstuk VII)

Zie ook hoofdstuk VII.4.2

Basiciteit van gesubstitueerde arylamines

NH2 NH2NH2 NH2

Arylamines zijn minder basisch dan alkylamines:

pKa anilinium ion = 4.63, pKa methylammonium = 10.66


XVII.5 Amines: synthese (Mc Murry: p 903-909)

Reductie van nitriles, amides en nitroverbindingen

R XNaCN

R CN1. LiAlH4, ether

2. H2ORCH2NH2

R C

O

OH

1. SOCl2

2. NH3 R C

O

NH2

1. LiAlH4, ether

2. H2ORCH2NH2

C

CH3

H3C

CH3

NO2

H2, Pt

ethanolC

CH3

H3C

CH3

NH2


SN2 reacties van alkylhalogeniden

Octylamine (45%)

[CH3(CH2)6CH2]2NH

[CH3(CH2)6CH2]3N [CH3(CH2)6CH2]4N+ Br

-Dioctylamine (43%)

sporen

Via de azidesynthese

CH2CH2BrNaN3

ethanol

CH2CH2N N N1. LiAlH4, ether

2. H2O

CH2CH2NH2

1-broom-2-fenylethaan

2-fenylethylazide

2-fenylethylamine

CH3(CH2)6CH2Br + :NH3 CH3(CH2)6CH2NH2


Via de Gabriël aminesynthese

CH2Br

O

O

N1. , DMF

2. -OH/H2O

CH2NH2

K+

mechanisme


Via reductieve aminering van aldehyden en ketonen

CH2CCH3

O

:NH3

H2 / Ni

CH2CHCH3

NH2

+ H2O

Fenyl-2-propanonAmfetamine

Stimulator van het centraal zenuwsysteem

O

+ HN(CH3)2

NaBH3CN

CH3OH

N

H3C CH3

+ H2O


Bereiding van N-methyl-2-fenylethylamine

via een reductieve aminering ??


XVII.6 Amines: reacties (Mc Murry: p 912-914)

Alkylering en acylering

R

O

Cl

NH3

R'NH2

R'2NH

+R

O

NH

H

R'

R'

pyridine

solvent

Hofmann eliminatie

CH3CH2CH2CH2CH2CH2NH2

CH3I

(overmaat)CH3CH2CH2CH2CH2CH2N(CH3)3I

-

CH3CH2CH2CH2CH CH2 + N(CH3)3

Ag2OH2O, verwarmen

hexylaminehexyltrimethylammoniumiodide

1-hexeen


mechanisme

Via een E2-eliminatie

CH3

N CH3H3C

CH3CH2CH2CHCH3

-OH

CH3CH2CH2CH CH2 CH3CH2CH CHCH3+

1-penteen 2-penteen

94 : 6 verhouding

minder gehinderdbeter bereikbaar

meer gehinderdminder bereikbaar


Toepassing: morfine alkaloïden

N CH3

HO

O

HO

methylering

morfine

N CH3

H3CO

O

HO

codeïne

N CH3

H3CCO

O

H3CCO

O

O

heroïne

diacetylering

Papaver somniferum


Structuur-activiteitsrelatie: de morfineregel

De morfineregel:

Een aromatische ring, gehecht aan

een kwaternair koolstofatoom,

gehecht aan nog twee koolstoffen,

verbonden met een tertiair amine

CC C N

C C

C

C C6H5 N CH3

CH3

O

CH3

MethadonBehandeling van heroïneverslaving

C2H5OOC N CH3

Meperidine (Demerol)Veel gebruikte pijnstiller


XVII.6 Reacties van arylamines (Mc Murry: p 915-921)

Elektrofiele aromatische substitutie

• Aminogroep is sterk activerend: polysubstitutie !

NH2

Br2

H2O

NH2

Br Br

Br

aniline 2,4,6-tribromoaniline

• Friedel-Craftsreacties: niet succesvol !

de aminogroep vormt een zuur-base complex met de AlCl3 katalysator

Aromatische substitutie uitvoeren op het amide in plaats van op het amine !


NH2

(CH3CO)2O

pyridine

NH

O

CH3

Br2

NH

O

CH3

Br NaOH

H2O

NH2

Br

+ CH3CO2-

C6H5COClAlCl3

NH

O

CH3

O

NaOH

H2O

NH2

O

+ CH3CO2-

NH2

(CH3CO)2O

pyridine

NH

O

CH3


Diazoniumzouten: de Sandmeyerreactie

NH2

+ HNO2 + H2SO4

NN

+ HSO4- + 2 H2O

Areen diazoniumzout


aniline iodobenzeen

NN HSO4

-NH2 HNO2

H2SO4

NaII

NN HSO4

-NH2 HNO2

H2SO4

KCNCN

CH3 CH3

CuCNCH3

COOH

CH3

H3O+o-methylaniline

o-methylbenzoëzuur


Diazonium koppelingsreacties

NN HSO4

-

+

Y NN

Y

Met Y = -OH of –NR2 een azoverbinding

Bereiding van p-(dimetylamino)azobenzeen (vroeger geel kleurreagens voor margarine)


XVII.7 Tetra-alkylammoniumzouten als fasetransferreagentia (Mc Murry: p 921-922)

H

H

C

Cl

Cl


XVII.8 Fosfines: reacties

R3P:

Basische eigenschappen:

• geringer dan van amines, weinig praktisch belang

• R3P-H pKa = 8-9 +

Nucleofiele eigenschappen:

• zeer uitgesproken

• met halogeenalkanen : vorming van fosfoniumverbindingen

cfr. Wittigreactie

• Ph3P: + PhCH2Cl Ph3PCH2PhCl-+

Reducerende eigenschappen:

• trialkylfosfinen gemakkelijk geoxideerd (ook aan de lucht) tot de

corresponderende fosfinoxiden

• drijvende kracht: vorming van een sterke (P+-O-) binding

R3P: R3P-O-

• Ph3P minder oxidatiegevoelig (delokalisatie elektronenpaar)

+


XVII.9 Organosiliciumverbindingen

• Si: derdeperiode-element corresponderend met C

gelijkenissen in structuur en eigenschappen

• tetramethylsilaan (Me4Si) en neopentaan (Me4C):

* beide: perfecte tetraëder, sp3-hybrideorbitalen

C: 2s en 2p, Si: 3s en 3p

* (Si-C)-binding: 189 pm tov (C-C)-binding: 154 pm

• Bindingssterkten:

* C-C: 347 kJ/mol; Si-Si: 222 kJ/mol

* C-H: 414 kJ/mol; S-H: 318 kJ/mol

* Maar !:

Si-Cl: 380 kJ/mol tov C-Cl: 339 kJ/mol

Si-O: 451 kJ/mol tov C-O: 359 kJ/mol

Si-F: 564 kJ/mol tov C-F: 485 kJ/mol

Si – Z Si+ :Z-

Elektropositief


Belangrijkste reacties Bescherming en ontscherming van alcoholen en enolen

Et3NROH + (CH3)3SiCl ROSi(CH3)3 ROH + (CH3)3CCl !!

(ROTMS)

Bescherming:

HO

OH

+ t-BuMe2SiCl (TBDMSCl)

Imidazool

DMFO

OH

Si

Ontscherming: Si O Rt-BunBu4N+F

-

THF, H2OSi Ft-Bu + ROH


Bescherming:

Ontscherming:

HOOFDSTUK XVII: Functionele groepen op basis van tweede- en derdeperiode-elementen

Documents

Transcript of HOOFDSTUK XVII: Functionele groepen op basis van tweede- en derdeperiode-elementen