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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Hoog SN1 carbokationkarakter in
de transitietoestand
mechanisme
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Toepassing: epoxyharsen en epoxylijmen
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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:
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Toepassing: vorming van disulfidebruggen in proteïnen
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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-
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
N
NN
N
NH2
O
OHOH
HH
HH
H2CS
CH3
HOCCHCH2CH2
O
NH2
S-adenosylmethionine (een sulfoniumzout)
Een biologisch methylerend reagens
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
• 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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Via de Gabriël aminesynthese
CH2Br
O
O
N1. , DMF
2. -OH/H2O
CH2NH2
K+
mechanisme
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Bereiding van N-methyl-2-fenylethylamine
via een reductieve aminering ??
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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 !
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Diazoniumzouten: de Sandmeyerreactie
NH2
+ HNO2 + H2SO4
NN
+ HSO4- + 2 H2O
Areen diazoniumzout
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
aniline iodobenzeen
NN HSO4
-NH2 HNO2
H2SO4
NaII
NN HSO4
-NH2 HNO2
H2SO4
KCNCN
CH3 CH3
CuCNCH3
COOH
CH3
H3O+o-methylaniline
o-methylbenzoëzuur
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Diazonium koppelingsreacties
NN HSO4
-
+
Y NN
Y
Met Y = -OH of –NR2 een azoverbinding
Bereiding van p-(dimetylamino)azobenzeen (vroeger geel kleurreagens voor margarine)
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
XVII.7 Tetra-alkylammoniumzouten als fasetransferreagentia (Mc Murry: p 921-922)
H
H
C
Cl
Cl
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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)
+
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
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
Hoofdstuk XVII: functionele groepen op basis van 2°- en 3° periode-elementen
Bescherming:
Ontscherming:
Top Related