Функциональные производные с простой связью C-“Э”. Часть 2. Галогенпроизводные

1.

Функциональные производные с
простой связью C-“Э”
Часть 2
Галогенпроизводные
Физтех, 1 курс. Весна 2016
1

2.

Галогенпроизводные
H 3C
Br
CH 2
F
Br
Br
R-M
R-OH
RCHO
Физтех, 1 курс. Весна 2016
RCOOH
H 3C
CH 3
2

3.

Алкилгалогениды ПЛ
Подходы к синтезу
AdE
SR
Hal
SN
Физтех, 1 курс. Весна 2016
3

4.

Алкилгалогениды ПЛ
X=Y=F
F2
X=Y=Cl X=Y=Br X=Cl
Y=I
Cl2
XeF2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
Br2
Py+Br3-
Cl-I
X=Cl
Y=OH
X=Br
Y=OH
Cl2, H2O
Br2, H2O
t-BuOCl,
H 2O
t-BuOBr, H2O
Ca(OCl)2,
CO2, H2O
NBS, H2O
4

5.

Алкилгалогениды ПЛ
X
Присоединение по
правилу Марковникова
Присоединение против
правила Марковникова
Cl
H-Cl
B2H6 или 9-BBN
Br
H-Br
HBr, пероксиды/ B2H6, Br2/
9-BBN, Br2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
5

6.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
6

7.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
7

8.

Алкенилгалогениды
Реакции по механизму прямого SN запрещены
Физтех, 1 курс. Весна 2016
8

9.

Арилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
9

10.

Арилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
10

11.

SAr
Арилгалогениды ПЛ
АРОМАТИЧЕСКОЕ НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
Z
Nu
-
-
+ Nu :
X
+Z
X
Механизмы:
ОТЩЕПЛЕНИЯ-ПРИСОЕДИНЕНИЯ Ариновый механизм
ПРИСОЕДИНЕНИЯ-ОТЩЕПЛЕНИЯ SNAr
МОНОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ SN1
ИОН-РАДИКАЛЬНЫЙ SNR1
Физтех, 1 курс. Весна 2016
15

12.

Арилгалогениды ПЛ
Hal
Hal
..
H
+ Nu :
+ HNu
X
E1-AdN1
- Hal
-
X
Реакции аринов
X
(I) Nu
.. -
-
+ Nu :
X
(II)
..-
Nu
+
X
X
HNu :
HNu :
Nu
H
H
Nu
-
+ Nu :
Физтех, 1 курс. Весна 2016
X
X
16

13.

Арилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
EAd
17

14.

EAd
Арилгалогениды ПЛ
-
Hal
NH2
орто-
NH2
(III)
-
+ NH2
X
X
орто-
X
I
NH2
-
-
(IV)
-
X
NH2
NH2
Hal
NH2
NH3
NH3
X
+ NH2
мета- X
-
NH3
мета-
X
NH2
NH2
II
Hal
пара-
H2 N
Физтех, 1 курс. Весна 2016
-
X
NH2
X
-
(V)
-
NH3
(VI)
X
X
H2 N
пара-
+ NH2
X
-
18

15.

Арилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
EAd
19

16.

Арилгалогениды ПЛ
Z
Z
+ Nu
X
O2N
CH3O
NO2
Nu
Nu
k2
k1
k-1
(отщепление)
OC2H5
NO2
SNAr
+ Z
X
X
(присоединение)
CH3O OC2H5
O2N
NO2
NO2
C2H5O
O2N
OCH3
NO2
NO2
(VIII)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
20

17.

SNAr
Арилгалогениды ПЛ
Z
+ Nu
X
(отщепление)
NO2
O
k2
(присоединение)
O
NO2
NO2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
N
d-
d-
O
dd-
N
NO2
Od-
Z Nu
или
NO2
NO2
Z Nu
NO2
Z Nu
Z Nu
NO2
O
+ Z
X
X
Z Nu O
N
Z Nu
N
k1
k-1
Nu
Nu
Z
Od-
d-
O
21

18.

SNAr
Арилгалогениды ХС
F
F
F
F
F
NH3
F
F
F
F
F
F
(основной продукт)
F
OCH3
+ CH3O
OCH3
F
Физтех, 1 курс. Весна 2016
F
F
F
+ CH3O
F
F
F
NH2
F
F
NH2
F
NH2
F
NH2
+
F
F
NO2
NO2
NO2
F
F
23

19.

SNAr
Арилгалогениды ХС
O2N
Cl + CH3ONa
Cl (73%)
O2N
ДМСО-СH 3OH; 60 oC
NO2
NO2
-
O2N
+
Cl + CH3O Na
ГМФТА; 100 oC
O2N
OCH3
Cl
Cl
O2N
Cl + KI
ДМФА; 100 oC
O2N
F + HN
NO2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
I
NO2
NO2
N
этиленгликоль; 10 oC
(78%)
(70%)
(93%)
NO2
25

20.

Арилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
SN1
26

21.

Арилгалогениды ПЛ
SN(R)1
Nu – для жестких
нуклеофилов, R –
для мягких
Физтех, 1 курс. Весна 2016
27

22.

Арилгалогениды ПЛ
Механизм реакции SR1
инициирование
развитие цепи
обрыв цепи
Физтех, 1 курс. Весна 2016
-
ArX + e
.-
.-
ArX
.
-
ArX
Ar + X .
.
Ar +.Nu
ArNu
.ArNu + ArX
ArNu + ArX
Ar. + раствори тель
ArH
28

23.

Арилгалогениды ПЛ
SAr
Различие в продуктах аринового и ион-радикального
механизмов
.-.
KNH2
NH3 жидк.
NH2
Br
- Br
-
KNH2
OCH3
OCH3
Br
.
NH3 жидк.
OCH3
Br
OCH3
KNH2; K
NH3 жидк.
.-
OCH3
OCH3
1) NH22) - e-
NH2
OCH3
Ряд недостатков метода: (аналогия с р. Бёрча)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
29

24.

SAr
Арилгалогениды ПЛ
За что наказывают в КР…
H3C
Br
Br
KCN
ДМ Ф А
H3C
N
KCN
Д М Ф А , t°
N a, N H 3
CuCN
Д М Ф А , t°
Физтех, 1 курс. Весна 2016
N
30

25.

Функциональные производные с
простой связью C-“Э”
Часть 3
Металлорганические производные
Физтех, 1 курс. Весна 2016
31

26.

Карбиды и Метаниды
Физтех, 1 курс. Весна 2016
32

27.

«Литийорганика»
особенности строения МОС
С ростом ионности связи С-M стабильность
уменьшается,
реакционноспособность растет.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
34

28.

«Литийорганика»
Физтех, 1 курс. Весна 2016
35

29.

«Литийорганика»
s-Х арак тер
гибридных орбиталей
H
Li
Li
H2C
H
Li
H
Гибридизация
sp3
sp2
sp2
Вклад
s-орбитали
25%
33%
33%
Физтех, 1 курс. Весна 2016
36

30.

C-H кислотность углеводородов в апротонных растворителях
Углеводород, RH
pKa
Углеводород, RH
pKa
Алкан, Сsp3-H, СH4
~56
CHCl3
15
Алкен, Сsp2-H, СH2=CH2
36
CHF3
26
Арен, Сsp2-H, PhH
37
CF2=CFH
~25
Алкин, Сsp-H, СH≡CH
25
C6F5H
24
Толуол, Сsp3-H, PhCH3
35
циклопентадиен
18
CH3COOEt
~27
СH3COCH2COOEt
14
CH3CN
29
(CF3)3CH
7
CH3SO2X
~26
(NO2)3CH
<-1
http://www.chem.wisc.edu/areas/reich/pkatable/
Большой свод данных по CH-кислотности
(Bordwell acidity scale)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
37

31.

«Литийорганика»
Трансметаллирование
СH-металлирование
Физтех, 1 курс. Весна 2016
39

32.

«Литийорганика»
Получение арил и алкиллитиевых соединений
по реакции обмена металл-галоген
Физтех, 1 курс. Весна 2016
40

33.

«Литийорганика»
Обмен металл-галоген с помощью t-BuLi
Физтех, 1 курс. Весна 2016
41

34.

«Магнийорганика»
Франсуа́ Огю́ст Викто́р Гринья́р
(1871-1935)
НПХ -1912 совм. с Полем Сабатье
Физтех, 1 курс. Весна 2016
42

35.

«Магнийорганика»
Равновесие Шленка
Физтех, 1 курс. Весна 2016
43

36.

«Магнийорганика»
Синтез реактивов Гриньяра R-Mg-X
Реакционная способность RX уменьшается в ряду RI > RBr > RCl,
причем алкилгалогениды более реакционноспссобны, чем арил- или
винилгалогениды
Физтех, 1 курс. Весна 2016
44

37.

«Магнийорганика»
Синтез реактивов Гриньяра R-Mg-X
Физтех, 1 курс. Весна 2016
45

38.

«алкил-Li, алкил-Mg-X – жестки основания»
Больш инство случаев
реакций RLi и RMgX с алкилгалогенидами
R MgX
+
Alk-Hal
Низкий выход Alk-R,
много побочных продуктов
R-Li
Физтех, 1 курс. Весна 2016
+
Alk-Hal
46

39.

Реакции сочетания RLi и RMgX,
имеющие препаративное значение
R
+
M
Alk-Hal
R
Alk
M = Li, MgBr
S
S Alk
Li
+
Alk-Hal
S R
S R
Alk
Na
+
Alk-Hal
H
R-MgX
+
Физтех, 1 курс. Весна 2016
Cl
R
47

40.

«Магнийорганика» задает “генетический вектор”
R-Hal R-CH2OH
Реакция с карбонильными соединениями
Физтех, 1 курс. Весна 2016
48

41.

«Медьорганика»
Медьорганические соединения и медный катализ в органическом синтезе
р. Ульмана (1903)
р. Стефенса-Кастро (1963)
Катализатор Ньюланда (1931)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
49

42.

«Медьорганика»
Гомокупраты (1952)
неустойчив
Устойчив в р-ре
Генри Гилман
Физтех, 1 курс. Весна 2016
50

43.

«Медьорганика»
Стру кту ра
дифенилку прата лития
N.P.Lorenzen, E.Weiss, Angew.Chem. Int. Ed. Engl., 1990, v.29, p.300
Cu
Li
Et2O
OEt2
Li
Cu
Cu -C 1,912 - 1,928 Å
Li-C 2,211 - 2,282 Å
Физтех, 1 курс. Весна 2016
Cu.....Cu 3,075 Å
углы C-Cu-C: 163,3o и 165,2о
51

44.

«Медьорганика»
Использование к упратов в синтезе
Физтех, 1 курс. Весна 2016
52

45.

«Медьорганика»
Реакционная способность
к упратов
Применение купратов в синтезе .Сочетание с алкилгалогенидами:
Физтех, 1 курс. Весна 2016
53

46.

«Zn-органика»
Более мягкие и селективные для RZnX, жесткие для R2Zn
+ (C2H5)2Zn + CH2I2
ZnI
CH2
I
CH2
(79%)
ZnI
I
CH2 + ZnI
I
XXIII
Физтех, 1 курс. Весна 2016
54

47.

«Элемент-органика»
«B-органика»
Реакция Сузуки
“Al-органика”
DIBAL-H
“P-органика”
Реакция Виттига
Физтех, 1 курс. Весна 2016
Фосфоран иногда записывают таким образом
55

48.

Коротко о главном
1. Алкилгалогениды – базовый, доступный и в то же время
реакционноспособный класс ОС.
2. Для насыщенных полярных связей, характерно протекание SNреакций.
3. Природа субстрата и нуклеофила задают регио- и
стереоспецифичность таких превращений (SN и E-пути).
4. Для ненасыщенных алкилгалогенидов предпочтительны реакции из
2х стадий присоединения и отщепления.
5. Ключевые интермедиаты при переходе к оксисоединениям – МОС.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
56

49.

Основные понятия
Субстрат, нуклеофил, нуклеофуг.
Конкуренция SN-и E-реакций.
SNAr и E-Ad замещение в ароматическом ядре.
Синтез МОС, роль нуклеофильности и
основности.
Принципы ЖМКО.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
57