Inhalte der 7. Vorlesung: 2.4. Bildung & Reaktion von Enolen und Enolaten 2.5 Chemie des Enolatanions 2.6 Enolat-Analoga 2.8 1,3-Dicarbonylverbindunge...
Inhalte der 7. Vorlesung: 2.4. Bildung & Reaktion von Enolen und Enolaten 2.5 Chemie des Enolatanions 2.6 Enolat-Analoga 2.8 1,3-Dicarbonylverbindungen/ß-Dicarbonylverbindungen 2.9 α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen 2.10 Die Aldolreaktion (Aldolddition + Aldolkondensation)
Organische Chemie 1 – Teil 2 7. Vorlesung Dienstag 30.06.2015
Harald Schwalbe Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie Goethe Universität Frankfurt Büro: N160 / 3. OG /Raum Nr. 313 Ext. +49 (0)69 / 798-29737 1. Juli 2015
Keto-Enol-Tautomerie von Dimedon
Im NMR-Spektrum von Dimedon findet man zwei Verbindungen: Dimedon (5,5-Dimethoxycyclohexan-1,3-dion) O
O
70 %
O
OH
30 %
Abbildung 101 Tautomere des Dimedon im Verhältnis Keto : Enol 7:3
1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Keto-Enol-Tautomerie: Aceton und Cyclohexanon Das Gleichgewicht zwischen einem Keton und dessen Enol-Form wird Keto-Enol-Tautomerie genannt. Dieses Gleichgewicht liegt in der Regel auf der Seite der Ketone. Aceton: O
Cyclohexanon:
O
OH
0.001 %
Abbildung 102 Tautomere von Aceton und von Cyclohexanon
1. Juli 2015
OH
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
0.02 %
Keto-Enol-Tautomerie: Lage des Gleichgewichts
Abbildung 103 Energetischer Vergleich der Keto- und der Enol-Form von Aceton. Die Werte der Bindungsstärken sind aus Warren et al. 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Die säurekatalysierte und basenkatalysierte Enolisierung H
O
H
H
Protonierung des Carbonyl-Sauerstoffs
O
H
H
Abspalten eines Protons vom α-C
O
H
O
H
H
H H H
O
+ H3O
H
Abbildung 104 Mechanismus der säurekatalysierten Enolisierung H
Abspalten eines Protons vom α-C
O
O
O OH
H
H H
O
H
H
H
Enolat
Abbildung 105 Mechanismus der basenkatalysierten Enolisierung 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
+ HO
Welches Tautomer ist azider? Enol-
Keto-
OH
O
E Enol-
H
H H
Keto0
∆G Deprotonierung
∆G
O
O
H
0
Enol
Keto
Enolat
H
Abbildung 106 Vergleich der Azidität zwischen der Keto- und der Enol-Form
1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Struktur des Enolats O
α-C
O
H
Abbildung 107 Mesomere Grenzformeln des Enolats
H
Oxianion
Carbanion
Allylsystem
Enolatsystem
O
O
HOMO HOMO
Elektronendichte am α-C größer
Abbildung 108 Orbital-Analogie zwischen einem Allylsystem und einem Enolatsystem 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Die säure- und basenkatalysierte Enolisierung Säurekatalysiert: O
OH
OH
+
H
+
OH +
Z
E
Basenkatalysiert: O
O
O
O
OH +
+ Z
E
Abbildung 109 Produkte der säure- oder basenkatalysierten Enolisierung von Methylethylketon 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Thermodynamisch- und kinetisch-kontrollierte Enolatbildung NaOEt in EtOH und unter Rückfluss ⇒
thermodynamisch-kontrollierte Enolatbildung
Lithiumdiisopropylamid (LDA) in etherischem Lösungsmittel(THF, Et2O) bei -78 °C ⇒
kinetisch-kontrollierte Enolatbildung LDA: N
Li
Abbildung 110 Struktur des Lithiumdiisopropylamids (LDA 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Thermodynamisch- und kinetisch-kontrollierte Enolatbildung hohe Temperatur niedrige Temperatur
⇒ ⇒
Thermodynamische Produkte:
thermodynamische Kontrolle kinetische Kontrolle
Kinetisches Produkt:
OH OH
OH +
Abbildung 111 Produkte der thermodynamisch kontrollierten Enolbildung des Methylethylketons 1. Juli 2015
Abbildung 112 Produkt der kinetisch kontrollierten Enolbildung des Methylethylketons
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Bestimmung der thermodynamischen Stabilität
Abbildung 113 Hydrierung der drei isomeren Butene zum Butan
Verbindung 16 ist stabiler als 17 und 17 ist stabiler als 15 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Zwei Beispiele zur Enolatbildung
Abbildung 114 Beispiele für eine kinetisch- und eine thermodynamisch-kontrollierte Enolatbildung
Sterischer Effekt: Methyl-Protonen sind weniger stark abgeschirmt als die Methylen-Protonen
Statistischer Effekt: Es befinden sich 3 Protonen am Methyl-Kohlenstoff und nur 2 Protonen am Methylen-Kohlenstoff. 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Enolat-Chemie: C-Alkylierung O
O O
1. Base 2. R
O +
+ X R 20
R 19
R ent-20
Produkte der C-Alkylierung
Abbildung 116 Produkte der C-Alkylierung der Enolate des Methylethylketons. ( X = Cl, Br, I oder Pseudohalogenid) O
O
H
R B
O
R
X
+ BH
+X
Abbildung 117 Mechanismus der C-Alkylierung von Enolaten unter kinetischer Kontrolle 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Enolat-Chemie: O-Alkylierung R
R O
O O
1. Base 2. R
R O +
+ X
21
22-Z
22-E
Produkte der O-Alkylierung
Abbildung 118 Produkte der O-Alkylierung der Enolate des Methylethylketons
1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Enolat-Chemie: C-Alkylierung oder O-Alkylierung harte Lewis-Base O
O
weiche Lewis-Base
Abbildung 120 Lewis-basischen Eigenschaften der mesomeren Grenzformeln des Enolat-Anions
Elektrophile für die C- oder O-Alkylierung Produkte O:
TMS
(CH3)3SiCl (TMS-Cl, Trimethylsilylchlorid)
O
Silylenolether
O hart R
Cl O
R
C:
O
R
O
R
O
Alkyliodide (R-I) Alkylbromide (R-Br)
O
Enolester
weich
Abbildung 121 Beispiele typischer Elektrophile für O- oder C-Alkylierung eines Enolats 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
Bestimmung der thermodynamischen Stabilität O
C-Alkylierung: O
O-Alkylierung K+ O O
O
O
LöMi, 100°C n Bu-X
K 2CO 3
OEt
OEt Bu
OEt H C-Alkylierung
Stereochemie unbestimmt
O-Alkylierung:
B
Bu
Abbildung 122 Beispielreaktion zur Selektivität der Alkylierung eines Enolat-Anions
O
O
OEt
Tabelle 8 Selektivität der Alkylierung bei verschiedenen Bedingungen LöMi Dimethylformamid (DMF) DMF Aceton 1. Juli 2015
X Cl I Cl
C-Alkylierung 54 % 99 % 90 %
O-Alkylierung 46 % 1% 10 %
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
DMF
O
(Me)2N
H
polares aprotisches Lösungsmittel
Regioselektivität der C-Alkylierung O
O
O Me
Me
Me
Base
Me
Me +
MeI
2,2-Dimethylcyclohexanon
2,6-Dimethylcyclohexanon
O
O
Abbildung 124 C-Methylierung von 2-Methylcyclohexanon 1. Juli 2015
Organische Chemie 1 - Teil 2 - 7.Vorlesung
+ Mehrfachalkylierungen
Regioselektivität der C-Alkylierung O
O Me
Me-I
Me
Me
LDA,-78°C, THF
Abbildung 125 Synthese von 2,6-Dimethylcyclohexanon aus 2-Methylcyclohexanon und Methyliodid mit der Base Lithiumdiisopropylamid (LDA) bei -78 °C. O
O Me
Me-I NaOEt, EtOH, Rückfluss
Me Me + Mehrfachalkylierungen
Abbildung 126 Synthese von 2,2-Dimethylcyclohexanon aus 2-Methylcyclohexanon und Methyliodid mit der Base Natriumethanolat in Ethanol unter Rückfluss. 1. Juli 2015
