Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.test.physchem.msu.ru/doc/colloquium4.doc Дата изменения: Mon Aug 23 16:39:22 2010 Дата индексирования: Sun Apr 10 22:52:42 2016 Кодировка: koi8-r

Программа IV коллоквиума по Органической химии

1. Металлоорганические соединения

МАГНИЙ-, ЛИТИЙ- и МЕДЬОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
1. Реактивы Гриньяра. Получение. Исходные галогениды. Природа галогена.
Растворители. Сольваты. Равновесие Шленка. Как приготовить р-в Гриньяра в
лаборатории. Р-вы Гриньяра и р-ция Вюрца.

2. Реакции р-вов Гриньяра с соединениями, имеющими подвижный водород.
Обратить внимание на амины, амиды, ацетилен и другие сильные СН-кислоты.

3. Реакции р-ва Гриньяра с карбонильными соединениями, сложными
эфирами, перв.- и трет.- амидами, RCOCl, RCєN, СО2, окисью этилена,
пропилена.

4. Какие функциональные группы (ФГ) не могут быть в р-ве Гриньяра?

5. ЛИТИЙОРГАНИЧЕСКИЕ соединения. Особенности использования Li-
органических соединений. Какие ФГ могут быть в ЛОС.

6. МЕДЬОРГАНИЧЕСКИЕ соединения (купраты). Использование: реакции типа
Вюрца, 1,4-присоединение к ?,?-непредельным карбонильным соединениям.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ НЕПЕРЕХОДНЫХ И НЕКОТОРЫХ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, а
также бора, как РЕАГЕНТЫ В КУРСЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ



|Металл |Где (в каких разделах|Для чего? |Чуствительность к |
|или |курса) встречается? | |воздуху и воде |
|элемент|Часто ли | | |
| |используется? | | |
|Li |ВЕЗДЕ, |Введение R к |Горят на воздухе, |
| |ЧАСТО |электрофильному |очень бурно или даже|
| | |центру |со взрывом реагируют|
| | | |с водой |
|Na |Реакция Вюрца |История химии |В чистом виде ещё |
| |Редко | |более активны, чем |
| |Примечание: здесь не | |Li -органические |
| |идёт речь о енолятях | |соединения. В чистом|
| |натрия!) | |получают редко, Это |
| | | |трудно. |
|Mg |ВЕЗДЕ, |Введение R к |Окисляются, очень |
| |ОЧЕНЬ ЧАСТО |электрофильному |бурно реагируют с |
| | |центру |Н2О |
|B |1) |1) |Низшие бораны горят,|
| |гидроборирование |гидрирование, |арилбороновые |
| |2) |введение Hal, OH; |кислоты ArB(OH)2 - |
| |кросс-сочетание |2) |"живут" в воде |
| |3) |введение Ar, | |
| |присоединение к |винилов в арены, | |
| |?,?-непредельным |алкены, катализ Pd| |
| |карбонильным соед. |или Ni | |
|Al |Гидроалюминирование |Гидрирование С?С |Очень сильно горят, |
| |алкинов | |C-Al связь |
| | | |расщепляется даже |
| | | |спиртом |
|Hg |Гидрокси- и алкоксимеркурирование алкенов|Стабильны, С-Hg |
| |и аренов (последнее - редко!) |расщепляется |
| | |кислотами |
|Cu |1) R2CuLi 2) RC?CCu |Окисляются, R2CuLi |
| |Реакция типа Вюрца, присоединение к |гидролизуются. |
| |?,?-непредельным карбонильным соед. | |

2. Альдегиды и кетоны

СПОСОБЫ СИНТЕЗА АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ, ИЗВЕСТНЫЕ ИЗ ПРЕДЫДУЩИХ ЛЕКЦИЙ.
1. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ.

2. ДЕГИДРИРОВАНИЕ СПИРТОВ.

3. ОЗОНОЛИЗ АЛКЕНОВ в присутствии восстановителей (Zn, Ph3P и др.).

4. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ ДИОЛОВ (NaIO4, Pb(OAc)4 ).

5. ГИДРОБОРИРОВАНИЕ АЛКИНОВ (с последующим окислением Н2О2) -
синтез АЛЬДЕГИДОВ.

6. РЕАКЦИЯ КУЧЕРОВА.

7. ПИНАКОЛИНОВАЯ ПЕРЕГРУППИРОВКА.

8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ.

9. Пиролиз солей карбоновых кислот.

10. Гидролиз гем-дигалогенидов.

НОВЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА:

11. КОНДЕНСАЦИИ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

12. СИНТЕЗЫ с АЦЕТОУКСУСНЫМ ЭФИРОМ (АУЭ).

13. 1,4-ПРИСОЕДИНЕНИЕ К a,b-НЕПРЕДЕЛЬНЫМ КАРБОНИЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ.

Строение и свойства карбонильных соединений.

1. Физические свойства альдегидов и сравнение их со спиртами.

2. Сравнение энергий связи Е(С-С) и Е(С=С), а также Е(С-О) и
Е(С=О).

3. Особенности строения карбонильной группы. Гибридизация
углерода, реальный заряд на атоме углерода.

4. Почему и как происходит присоединение нуклеофилов по С=О
группе. Направление атаки нуклеофила.

Присоединение нуклеофилов к карбонильной группе.

Различие в реакционной способности между альдегидами и кетонами. Эффекты
заместителей.

1. Обратимость. Положение равновесия определяется относительной
стабильностью исходных и конечных соединений. Пояснить, почему? Механизм
кислотного и основного катализа. Присоединение каких нуклеофилов
необратимо?

2. Гидратация карбонильных соединений. В каких случаях равновесие
гидратации сдвинуто в сторону гидратов (гем-диолов)? 2-3- примера.

3. Образование полуацеталей и ацеталей. В какой среде, что образуется, и
что гидролизуется? Механизм писать, не задумываясь. Различия в поведении
альдегидов и кетонов в этой реакции.

Циклические ацетали (кетали). Защита С=О группы и примеры применения в
синтезе.

4. Присоединение NaHSO3. Какой атом - нуклеофил? Почему нужен именно кислый
сульфит? Использование аддуктов.

5. Присоединение HCN. Почему именно основный катализ? Использование
циангидринов в синтезе. Примеры. Присоединение ацетиленов.

6. Присоединение азотистых нуклеофилов. Механизм. В какой среде? Как
зависит скорость от рН? Почему? Имины и енамины. Оксимы, гидразоны. 2,4-
ДНФГ.

7 1,3-Дитианы. Синтез, особенности катализа при образовании и разрушении.
CH-кислотность. Реакция с BuLi и другими сильными основаниями.
Использование анионов в синтезе (р-ция с RHal, RCOCl, оксираном, RCHO).
Что такое Umpolung?

8. Перегруппировка Бекмана. Механизм. Что такое секстетный атом азота?
Какой R мигрирует?

9. Синтез илидов фосфора из фосфинов. Реакция Виттига. Схема и движущая
сила реакции.

10. Реакция с илидами серы. Почему отличается продукт от реакции Виттига?

11. Реакция С=О с RMgX и RLi. Побочные процессы - восстановление и
енолизация.

12. Восстановление С=О. Отличие между LiAlH4 и NaBH4.

13. Превращение С=О в СН2. Восстановление по Кижнеру-Вольфу (модификация
Хуан-Минлона, без выделения гидразона), Клемменсену (в основном для
ароматических кетонов), через дитианы.Условия.

14. Реакция Канниццаро. Какие основания лучше брать? Область применения.
Перекрестная реакция Канниццаро. Какое карбонильное соединение всегда
окисляется?

15. Анион-радикальная димеризация альдегидов и кетонов см. также в теме
"Диолы". Механизм.



РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ЧЕРЕЗ ОБРАЗОВАНИЕ ЕНОЛЬНОЙ ФОРМЫ.

1. Влияние С=О на кислотность ?-С-Н связей в карбонильных соединениях
(КС). Сравнение кислотности КС и спиртов. Дейтерообмен в КС. Почему
практически не проявляется кислотность у СНО группы?

2. Енолизация, катализируемая кислотами и основаниями. Уметь грамотно
написать.

3. Галогенирование карбонильных соединений. Кинетическое уравнение.

4. Не путать енол и енолят! Не путать равновесие кето-енольной таутомерии,
и резонансную стабилизацию енолята.

ГАЛОФОРМНАЯ РЕАКЦИЯ И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СИНТЕЗЕ.

АЛЬДОЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ

1. Альдольная конденсация пропионового альдегида в щелочной и кислой
среде.

2. Кротоновая конденсация

3. Понятие "метиленовой" и "карбонильной" компоненты.

4. Если проходит конденсация двух разных карбонильных соединений, то в
общем случае возможно образование смеси 4 продуктов только на 1-й стадии
конденсации (т.е. на стадии АК).

Существует правило, что более активное карбонильное соед. (т.е. соед. с
более акт. С=О группой), более охотно будет играть роль карбонильной
компоненты. Предельный случай - СН2=О. Это самое активное карбонильное
соединение, не имеющее метиленовой группы -это всегда только карбонильная
компонента.

Это правило соблюдается даже при перекрестной конденсации уксусного и
пропионового альдегидов. (Какое соединение из них имеет несколько большую
карбонильную активность?).

Синтез пентаэритрита : МеСНО + 3 СН2=О [Са(ОН)2]> (НОСН2)3С-СНО, далее еще
моль СН2=О для перекрестной реакции Канниццаро, получают С(СН2ОН)4

ОЧЕНЬ ВАЖНО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ - уметь распознать из каких фрагментов сделан
продукт кротоновой или альдольной конденсации. Разрезать по С=С, приписать
к одному из С два Н, а к другому - =О. Для продукта АК - провести
ретросинтез.

НАПРАВЛЕННАЯ АК.

ГЛАВНАЯ ИДЕЯ НАПРАВЛЕННОЙ АК - получить заранее 100% енолята и использовать
его, как метиленовую компоненту в АК.

Не будет смеси 4 продуктов! Выходы целевых продуктов очень высокие!

Нет элиминирования с образованием продукта кротоновой конденсации.

Можно проводить направленную АК для системы кетон + кетон.

Для получение енолята из кетона следует брать симм. кетон. Если брать
несимм. кетон - то он должен енолизоваться однозначно.

Можно было бы сделать енолят из альдегида, тогда он становится метиленовой
компонентой в конденсации с кетоном (такая комбинация невозможна в
"классическом" варианте АК!).

НО ЕСТЬ ПРОБЛЕМА: Еноляты из альдегидов легко конденсируются со своим же
исходным альдегидом даже при -78оС. НЕЖЕЛАТЕЛЬНО ДЕЛАТЬ ЕНОЛЯТЫ ИЗ
АЛЬДЕГИДОВ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ АК!

Как решить проблему? Сделать из альдегида основание Шиффа, например с
MeNH2. Из него с LDA при -78С, ТГФ сделать Li- производное - азотистый
аналог Li-енолята СH2=CH - NLiMe. Оно менее реакционноспособно и не
вступает в конденсацию с исходных имином. Далее его вводят в конденсацию с
КС (например, с кетоном), гидролизуют иминогруппу в Н+, > получают продукт
направленной АК.

ЕНАМИНЫ и их использование в синтезе (знать всем!).

Енамины - сильные нуклеофилы. Почему? Это - аналоги енолятов по реакционной
способности. Пояснить с помощью предельных (резонансных структур. Их можно
алкилировать по С алкилгалогенидами, но не всеми! Условия алкилирования -
МеСN или диоксан, кипячение10-20 ч. Хорошо для аллил-, бензилгалогенидов,
ацилхлоридов, ?-хлоркетонов. Плохо для МеI: побочно кватернизация
(алкилирование) по атому азота. Но использование подобных RHal не является
грубой ошибкой, т.к. иногда возможно. Енамины можно использовать в
присоединении по Михаэлю в качестве аналога енолята (см. ниже).

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ ЕНОЛОВ ДЛЯ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ.

Еноляты лития. Могут быть использованы с SN2 нуклеофилами, но не могут быть
сделаны из альдегидов.

Енамины альдегидов и кетонов могут быть использованы в реакциях с
аллильными, бензильными или a-галогенкарбонильными соединениями, а также с
галогенангидридами карбоновых кислот.



НАПРАВЛЕНИЕ ЕНОЛИЗАЦИИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КЕТОНОВ.

Что влияет на кинетический и термодинамический контроль

при образование енолятов несимметричных кетонов (на 5+)

Кинетика: 1) апротонные растворители (напр. ГМФТА и т.п.)

2) сильные основания - слабые нуклеофилы (напр. LDA и т.п.)

3) Li+ лучше, чем Na+, K+ (более ковалентная связь, медленнее переход
обратно в енол )

4) низкая температура

5) короткое время реакции.

Термодинамика: 1) протонные растворители (избыток кетона!)

2) нуклеофильные основания

3) Более ионная связь Cat-O

4) более высокая температура

5) длительное время реакции.

Реакция Манниха. Аминометилирование (введение СН2NR2 группы в ? положение
к С=О группе. Реакция аналогична альдольной конденсации. Катион иминия -
СН2=NR2+ - азотистый аналог СН2О. Получаются ?-аминометилкетоны. При
нагревании они могут элиминировать втор-амин, еще лучше, если
предварительно для этого кватернизовать азот с MeI. При элиминировании
образуется ?,?-непредельный кетон - формально продукт кротоновой
конденсации с СН2=О.

БЕНЗОИНОВАЯ КОНДЕНСАЦИЯ Образование a-гидроксикетонов (бензоинов),
содержащих группировку -СН(ОН)СО- из двух молекул альдегидов 2RCHO -
RCH(OH)COR. Классический катализатор для Б.к. - цианиды натрия или калия в
спиртовой среде. Характерна для ароматич., некоторых гетероциклич.
альдегидов (напр. для фурфурола), а также альдегидов, не содержащих a-
атомов водорода. Для смеси альдегидов возможно образование несимметричных
бензоинов, при этом карбонильная группа продукта располагается у кольца,
имеющего более электронодонорные заместители. Мех-м надо бы знать. Почему
именно цианид-ион является катализатором для бензоиновой конденсации, а
другие нуклеофилы, например, ОН- и RO- не катализируют этот процесс?

МЕТОДЫ СИНТЕЗА ?,?-НЕПРЕДЕЛЬНЫХ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ.

1. Кротоновая конденсация

2. ?-галогенкетон + мягкое основание (напр. триэтиламин, пиридин,
коллидин, но ни в коем случае не сильные основания, которые вызовут
самоконденсацию, то есть осмоление? или иные побочные реакции). Из
несимметричных кетонов получается более замещенный енон.



1,2- и 1,4-присоединение к ?,?-непредельным карбонильным соединениям.

Внимание: в данном разделе рассматриваются не только непредельные альдегиды
и кетоны, но и другие олефины с -М-заместителем у двойной связи
(непредельные кислоты, амиды, нитрилы, сложные эфиры, и. т.п. Все такие
соединения способны реагировать с нуклеофилами по b-углеродному атому.
такие реакции обобщенно называют 1,4-присоединением или присоединением по
Михаэлю, а олефины такого типа - акцепторами Михаэля. Закономерности этих
реакций в первом приближении одинаковы.

Амины > 1,4 присоединение.
НСN> 1,2- для альдегидов, для кетонов 1,2- и 1,4- - конкуренция.

RLi - в основном 1,2. Выходы хорошие
R2CuLi - только 1,4- Выходы хорошие
RMgX - конкуренция 1,2 и 1,4, в зависимости от пространственных препятствий
у С=О. Препаративной ценности уже не представляет.
Еноляты. Обычно 1,4, см. также аннелирование по Робинсону.


ОКИСЛЕНИЕ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

АЛЬДЕГИДЫ

Реагент Джонса (CrO3/H2SO4, 0+20oC) RCHO > RCOOH (>80%).
KMnO4 (pH 6-10, 0+20oC) RCHO > RCOOH (>80%).
Реактив Толленса (Ag2O/NH4OH) RCHO > RCOOH (>80%), не затрагивает С=С связи
и спиртовые группы!


КЕТОНЫ

4. KMnO4/NaOH или HNO3 конц. при нагревании. Образование в общем случае
смеси 4 карбоновых к-т (правило Попова, 1872 г.).Считается, что идет через
енольную форму, легче всего расщепляется связь С(О)-Стрет Связь С(О)-Счетв.
не расщепляется.

5. Байер-Виллигер. RC(O)R' > RCOOR'. Реагент - надкислоты (m-CPBA или
R"C(O)OOH, R"= Ph, Me, CF3).