3.13 - CARBONYL α-SUBSTITUTIEREACTIES

carbonylgroep

• aldehyden en ketonen

• binding wordt ook wel een gepolariseerde π-binding genoemd

  • C heeft δ⁺ ; nucleofiele aanval mogelijk

  • O heeft δ^- ; zwakke base (zuur-base)

α-positie

• = koolstof onmiddellijk gebonden aan koolstof functionele groep

  ‎

• enkel H’s op α-positie v/e sp³-C worden onttrokken

  • meer p- dus minder s-karakter

  • minder sterk gebonden

• tenzij resonantiemogelijkheden, andere posities ook mogelijk!!

resonantiemogelijkheden

keto-enol tautomerie

• base gekatalyseerd

• zuur gekatalyseerd

base gekatalyseerd

• keton → enol

  • eerste dubbele binding

  • enolaatanion

  • daarna OH

    ‎

• enol → keton

zuur gekatalyseerd

• keton → enol

  • eerst OH

  • geen enolaatanion!

  • daarna dubbele binding

    ‎

• enol → keton

keton vs enol

• keton-vorm is steeds stabieler en dus ook minder reactief

• om reacties te laten doorgaan, moeten we dus eerst tautomerie uitvoeren!!

α-halogenering aldehyde/keton — mechanisme

• aldehyde/keton + HX

  • mechanisme identiek aan zuur (HX) gekatalyseerde keto-enol tautomerie

    ‎

• enol + X₂

  • dubbele binding valt aan op elektrofiel

  • X₂ splitst heterolytisch

  • deprotonering OH → keton met X + HX

α-halogenering aldehyde/keton — toepassingen

• vorming dubbele binding

  • keton → enol → keton met X → E1

    ‎‎

• uitwisseling α-H-protonen voor D

  • D₃O⁺ toegevoegd ipv X₂

  • gebruikt in NMR-spectroscopie voor onderzoek naar reactiemechanismen, moleculaire interacties …

enolaatanion

• aanwezigheid carbonyl zorgt voor zure H’s op α-positie

  • pKz; ~60 → ~20

    ‎

• opm; je kan niet eender welke base gebruiken, want kans op (ongewenste) nevenreacties

lithiumdiïsopropylamide (LDA)

• sterke, sterisch gehinderde base

• oplosbaar in organische solventen

• noodzakelijk om nevenreacties (o.a. nucleofiele additie) te vermijden

  ‎

• bereiding;

  • BuLi + diïsopropylamine

β-diketon & β-ketoester

• vorming via Claisen condensatie

• H’s op α-positie nog zuurder dan aldehyde/keton

‎

• aldehyde/keton → aldol → β-diketon

• ester + ester → β-ketoester

alkylering enolaatanion

• SN2

  • R ←→ S

  • éénstapsreactie;

    • weinig sterische hinder

    • goede LG

‎

• sterische hinder

  • allylisch ~ benzyllisch > 1° > 2° …

• goed LG

  • OTs = zeer goede LG

  • groter element kan lading beter verspreiden, is dus beter polariseerbaar en stabieler

directe alkylering keton

• LDA in THF

  • H bij minste sterische hinder (bij voorkeur) onttrokken

  • enolaatanion (+ resonantiestructuren)

  • additie R-X

directe alkylering ester

• LDA in THF

  • H op α-positie onttrokken

  • enolaatanion (+ resonantiestructuren)

  • additie R-X

‎

• opm; ook van toepassing bij cyclische esters

malonestersynthese

• malonester + halogeenalkaan → carbonzuur

  • ^-OEt valt aan op zure H’s op α-positie

  • aanval vrij ep op halogeenalkaan

  • zure hydrolyse ester; OEt → OH

  • decarboxylatie; Δ

  • keto-enol tautomerie

‎

• opm; stap 1 & 2 kunnen zich twee keer na elkaar voordoen, daarna volgt dan zure opwerking en decarboxylering

decarboxylering in detail

• doel = CO₂ afsplitsen

  ‎

• gebeurt allemaal in één stap;

  • vorming (open) “zesring”

  • breken C–C-binding en vormen van CO₂

  • proton op het resterende O

acetylazijnestersynthese

• acetylazijnester + halogeenalkaan → (methyl)keton

  • ^-OEt valt aan op zure H’s op α-positie

  • aanval vrij ep op halogeenalkaan

  • zure hydrolyse ester; OEt → OH

  • decarboxylering; Δ

  • keto-enol tautomerie

oef — opm

• let steeds goed op vorming of reeds aanwezige stereogene centra!!

• keton moet eerst omgezet worden in enol, want reactiever