CHEMIA ORGANICZNA (II)

Plan

1) Selektywność i selektywne przekształcanie grup funkcyjnych;

a) chemo-, regio- i stereoselektywność;

b) kontrola kinetyczna i termodynamiczna.

2) Selektywne reakcje utleniania i redukcji.

3) Zastosowanie związków fosforo- i siarkoorganicznych w syntezie.

Selektywne tworzenie wiązań podwójnych C=C.

4) Związki litoorganiczne.

5) Kataliza kompleksami metali.

6) Analiza retrosyntetyczna – do samodzielnego opracowania

(rozdział 1 w III tomie „Chemii organicznej” Claydena).

Wykład: 15 godzin, seminarium 15 godzin, laboratorium – 30 godzin.

Seminaria

1) Seminaria planowane są na drugą połowę semestru (start – 16

listopada);

2) Obowiązuje znajomość materiału z tego i z poprzednich kursów

chemii organicznej;

3) Przewidywane jest 6 krótkich, 10-minutowych sprawdzianów

wiedzy (materiał z poprzedniego seminarium);

4) Oceniana będzie również aktywność i przygotowanie do bieżących

zajęć;

5) Osoby, które nie uzyskają zaliczenia seminarium mogą podejść do

kolokwium wyjściowego (na ostatnich zajęciach);

6) Na pierwsze zajęcia obowiązuje również znajomość rozdziału 1 z III

tomu „Chemii organicznej” Claydena.

7) Pozytywna ocena z seminarium (4.5 lub 5) podnosi o pół stopnia

uzyskaną ocenę z egzaminu (jednorazowy bonus dla ambitnych).

Zalecana literatura

•Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Wothers, P. Chemia organiczna. WNT,

Warszawa 2009.

•Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Springer, New

York 2007.

•Wyatt, P.; Warren, S. Organic Synthesis – The Disconnection Approach.

Wiley-VCH, 2007.

•Wyatt, P.; Warren, S. Organic Synthesis – Strategy and Control. Wiley-VCH,

2007.

•Skarżewski, J. Wprowadzenie do Syntezy Organicznej. PWN, Warszawa

1999.

•Gawroński, J.; Gawrońska, K.; Kacprzak, K.; Kwit, M. Współczesna synteza

organiczna. Wybór eksperymentów. Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 2004.

Synteza organiczna

Konstrukcja szkieletu węglowego cząsteczki

• Reakcje tworzenia wiązań węgiel-węgiel, pojedynczych i wielokrotnych

Przekształcenia grup funkcyjnych

• Reakcje selektywne i nieselektywne

• Grupy ochronne

Brewetoksyna B

11 pierścieni (6, 7, 8 członowych)

23 centra stereogeniczne

2-deoksy-(D)-ryboza

Biosynteza – glony (Ptychodiscus brevis)

Wyd. 3 mg – 20 dni

Proste związki organiczne

K. C. Nikolau – 12 lat (20 osób)

Wyzwanie dla chemika-organika

ester (1R,3R,3aR,4R,5R,7aS)-6-[(1S,2R,3R,4S,6S)-4-acetoksy-6-hydroksy-2-(2-metoksy-2-

oksoetylo)-1,3-dimetylo-7,9-dioksabicyclo[4.2.1]non-3-ylo]-5-(formyloksy)-3-(3-furylo)-7a-

hydroksy-3a-metylo-1-{[(2R)-2-metylobutanoilo]oksy}-7-metylenooktahydro-1H-inden-4-ylowy

kwasu (2R,3R)-2-hydroksy-3-metylopentanowego

Profile energii

Reakcja jest uprzywilejowana gdy entalpia swobodna jest mniejsza od zera.

Entalpia swobodna jest zależna od entalpii (ΔH) i entropii (ΔS),

ΔGo= ΔHo - TΔSo.

W praktyce to entalpię a nie entalpię swobodną (energia swobodna Gibbsa)

wykorzystuje się do określenia czy reakcja jest preferowana czy nie.

Reakcja z ΔHo < 0 jest egzotermiczna, ΔHo > 0 endotermiczna.

Reakcje szybkie i wolne

Substraty po przekroczeniu bariery energetycznej przechodzą w produkty. Energia

potrzebna by substraty osiągnęły szczyt bariery energetycznej to energia aktywacji,

a szczyt bariery, w którym reagenty mogą równie łatwo wrócić do substratów lub

przejść do produktów nazywamy stanem przejściowym. Szybkość reakcji jest

zależna od wielkości bariery aktywacji.

Kontrola kinetyczna

i termodynamiczna reakcji

a) Kontrola kinetyczna – skład

mieszaniny poreakcyjnej zależy od

stałych szybkości reakcji

prowadzących do określonych

produktów.

b) Kontrola termodynamiczna –

skład mieszaniny poreakcyjnej jest

zależny od różnic entalpii

swobodnych konkurujących

produktów.

Addycja HCN do butenonu

•Produkt termodynamiczny ma

mniejszą energię niż

kinetyczny;

•Energia stanu przejściowego

reakcji „w prawo” jest wyższa

niż energia stanu przejściowego

reakcji „w lewo”;

•Początkowo reakcja biegnie „w

lewo”;

•Produkt kinetyczny tworzy się

w sposób odwracalny;

•Addycja prosta jest

uprzywilejowana w niskiej

temperaturze.

Izomeryzacja alkenów

Mechanizm izomeryzacji alkenów

Stan przejściowy

Stan przejściowy - konfiguracja atomów i łączących ich wiązań chemicznych o ściśle

określonej geometrii, która teoretycznie występuje w momencie gdy istnieje jednakowe

prawdopodobieństwo przebiegu reakcji elementarnej w obu kierunkach. Stan

przejściowy powinien cechować się jedną częstością urojoną (ujemną wartością

własną hessianu) zgodną ze współrzędną reakcji.

Reakcje elementarne i wieloetapowe

Postulat Hammonda

Reakcje silnie egzotermiczne charakteryzują się wczesnym stanem

przejściowym i małą selektywnością.

Reakcje silnie endotermiczne charakteryzują się późnym stanem

przejściowym i wysoką selektywnością.

Selektywność reakcji

Chemoselektywność – dwie grupy

różniące się reaktywnością

Cyclomethycaine – różnicowanie

dwóch O-nukleofili

Chemoselektywność – różnica

elektrofilowości

reaktywność względem nukleofili

bardziej

elektrofilowy

Konkurencja pomiędzy substratem

a produktem

Jeżeli substrat (grupa funkcyjna) może

reagować dwukrotnie z tym samym reagentem,

produkt pierwszej reakcji będzie konkurował z

substratem. Reakcja zatrzyma się po

pierwszym etapie tylko wtedy gdy substrat jest

bardziej reaktywny niż produkt.

Dwie identyczne grupy

Produkt pierwszej reakcji jest mniej reaktywny niż substrat

Reakcja statystyczna

Przekształcenie dwóch grup

funkcyjnych w jedną

Chemoselektywność kinetyczna

Chemoselektywność

termodynamiczna

Kontrola regioselektywności –

aromatyczna substytucja elektrofilowa

izomery położeniowe

(regioizomery)

Regioselektywność

•Chemoselektywność – jak przeprowadzić reakcję na jednej grupie funkcyjnej

pozostawiając inne niezmienione?

•Regioselektywność – jak przeprowadzić reakcję w specyficznym miejscu

cząsteczki?

Kontrola regioselektywności

Regioselektywność

Specyficzne równoważniki enoli –

regioselektywne tworzenie enamin

Enolany litu

Etery sililowe enoli

Synteza gingerolu

Acylowanie enamin i eterów

sililowych

Regioselektywna addycja związku

Grignarda do pulegonu

(5R)-5-metylo-2-(2-fenyloprop-2-ylo)cykloheksanon

Stereoselektywność

Zasada Curtina-Hammetta

Skład produktów tworzonych

z izomerów konformacyjnych

zależy od różnicy energii

pomiędzy odpowiednimi

stanami przejściowymi a nie od

stałej równowagi pomiędzy

konformerami!

Kontrola stereochemii reakcji

aldolowej

Model Zimmermanna-Traxlera

stanu przejściowego

Jakie produkty powstaną z poniższych

kombinacji enolanu i aldehydu?

Reakcje enancjo-

i diastereoselektywne

Nadmiar diastereoizomeryczny:

d.e. = 100% {[D1] – ([D2]+...+[Dn])} / {[D1] + [D2]+...+[Dn]}

Nadmiar enancjomeryczny:

e.e. = 100% {[α] – [ent-α]} / {[α] + [ent-α]}

Diastereoselektywna addycja

Michaela

Reakcje stereospecyficzne

Reakcja jest stereospecyficzna gdy odpowiednio różne, izomeryczne

substraty poddane niezależnie tej samej reakcji dają odpowiednio różne,

izomeryczne produkty.

Klasyczny i kinetyczny rozdział

racematu

Dynamiczny rozdział kinetyczny