Samenvatting Synthese concepten II

Samenvatting Synthese concepten II
Deel 1
ZUBAS
Nucleofiel / Lewis base: teveel elektronen.
Electrofiel / Lewis zuur: te weinig elektronen.
Ka = [H3O+][A-]/[AH]
pKa = -log(Ka)
pKa
Zuurgraad
<0
Sterk zuur
0-10
Zwak zuur
10-20
Zeer matig zuur
>25
Geen zuur meer
pKAH
"Basegraad"
>12-15
Sterke base
- Zuren worden beschreven met pKa waarde.
- Basen beschreven pKa waarde geconjugeerde zuur: pKAH.
- Alkyl groepen doneren elektronen.
Reacties
primair/secundair carbocation tertiair/resonantie-gestabiliseerd cation
good nucleofiel SN2
SN1
sterke base
E1
E2
SN2
Nucleophilic attack onto an electrophilic carbon.
- E1cb: eerst proton eraf.
(Zie verder samenvatting SRM3).
Nomenclature
NH
CH 2•
CH 2•
allyl
•H 2C 1
benzyl
3
azacyclopentane
4
2
crotyl
N
2
•H 2C
1
amyl
-
4
3
NH
5
benzylethylmethylamine
Alkoxide: RO-.
Ammonium ionen: NH4+.
azacyclooctane
O
O
O
O
O
4 crown 4 ether
f uran
O
O
O
O
O
O
tetrahydro-2H-pyran
ethyl octyl ether
8 crown 4 ether
Amines
N
N
N
Inversion of amine center
-
Inversie amine centrum lage energiebarrière.
Gebeurt via sp2.
Amines zijn basen.
Primair amine pKa ≈ 36.
Ammonium gestabiliseerd dipool-dipool.
Vaak biologisch actief.
Ethers
-
Ethers are weak bases.
Vormt dus redelijk stabiele verbinding met Lewis zuren.
Kroonethers goede affiniteit metaalionen.
Deel 2
Nomenclature
-
α en β resp. 1e en 2e koolstof naast functionele groep
Additie aan carbonylgroepen
-
Reactive sites carbonyl: ð-binding, lone pairs zuurstof, á waterstoffen.
Zuurstof elektronegatief.
Additie aan het carbonyl c-atoom gekatalyseerd door zowel base als zuur, beide
reacties reversibel.
-
Carbonylen (eletronzuigend) met meer alkylen (elektronduwend) stabieler.
o Alkylen stabilizeren dubbele binding (vage uitleg meer s-karakter bindingen)..
Hydraten gedestabiliseerd door alkylen: sterische hindering.
-
Cyanide kan ook carbonylgroep aanvallen.
-
Ook ROH kan aanvallen, ontstaat dan hemiacetaal.
o Dit kan ook cyclisch (dwz op zichzelf).
o Base gekatalyseerd compleet analoog (door eerst RO- te worden).
o Zuur gekatalyseerd ook compleet analoog, echter dan kan teruguit ook door
resonantie gestabiliseerd hemi-acetaal ion geven:
-
-
Acetaal wordt ook wel gebruik als beschermende groep voor keton. Reactie wordt
dan goede kant op gestuurd door overmaat ROH (heen) resp. H 2O (terug;
regeneratie).
Tetrahydropyranyl (THP) kan worden gebruikt als beschermende groep voor alcohol.
Aanval op koolstof carbonyl pas na protonatie O. Vaak achteraf weer deprotoneren.
Dan kan ook NH2 aanvallen (NH3 kan O protoneren, en R-NH2 deprotoneren).
o Tertiaire amine kunnen additioneren, maar niet verder reageren. Evenwicht
ligt links.
o Secundaire amine. Kan aan cabonyl gaan zitten. N,O acetaal bestaat ook, kan
vervolgens na protonatie H2O als leaving groep kwijtraken om imminium ion
te worden.
o Imminium ion kan snel waterstof kwijtraken om enamine te worden (oiv
base).
-
Met nucleofiel dat slechte leaving group is kan reactie irreversibel worden.
Grignard & organolithium reagents
-
Alkyl halide: R (alkyl, alkenyl, aryl) – X (Cl, Br, I), met ether en magnesium of
Lithium: resp. Grignard of organolithium reagents.
-
Grignard vormt structuur met ether en heeft resonantie met (2 R-Mg-X ↔ MgX2 +
R2Mg).
Hydride nucleophiles
-
Zelfde manier als Grignard/organolithium: LiAlH4, NaBH4 etc vormen H:-.
Meer
-
Alcoholen kunnen oxideren tot carbonylen.
Bijvoorbeeld met CrO3: via chromaat-ester en E2.
-
Ook NaCrO4 (sodium chromate) in H2O/H2SO4, K2Cr2O4 (potassium dichromate) in
H2O/H2SO4, PDC (pyridium dichromate: 2 pyridine/H2Cr2O7), PCC
(pyridine/HCl/CrO3).
Deel 3
Nomenclature
Carbonzuren
-
Hoe meer elektronzuigende groepen op het zuur, hoe sterker het is.
Esterificatie:
-
Cyclische esterificatie:
-
Geen acetaal omdat ester resoneert, tussenstappen naar acetaal niet.
Andere manieren om ester te maken:
o Goede electrofielen (zure O valt direct aan), bv. methyliodide of
dimethylsulfaat.
o Esterificatie met CH2N2:
-
(iodolactonization)
Amide formatie met DCC:
-
Maken van zuurchlorides kan met thionylchloride (SOCl 2) of phosphorous
pentachloride (PCl5):
o
Kunnen weer gebruikt worden om via additie-eliminatie andere groepen aan te
zetten (→ esters, amides, carboxylic acids, alcoholen).
o Ook kan geconjugeerde base van zuur zuurchloride aanvallen (gekatalyseerd
e.g. pyridine) om anhydride te maken (O- valt aan en negatiev e lading wordt
gestald andere O, Cl- leaved dan).
Reductie van carbonzuren met LiAlH4 (geeft H-) en H2O leidt tot alcohol. Gebeurt door
H’tjes ervan af te plukken (→ H2), aanval H- op C, en vervolgens O door oxidatie met
metaal eraf. Ontstane aldehyde ondergaat zelfde proces, alleen dan wordt de Oaangevuld met een H om de alcohol te maken (niet leren).
Je kunt carbonzuren maken door reagents aan te laten vallen op CO2 (→ RCO2-).
Hydrolyse is de splitsing van een chemische verbinding onder opneming van water.
Daarbij wordt het water gesplitst in een OH-- en H+-ion. Eén deel van de verbinding
neemt het OH--ion op, het andere deel het H+-ion.
o
-
-
Kan ook phosgene gebruikt worden (is gif, komt HCl en CO2 vrij):
o
Hydrolyse van vet tot vetzuur:
Deel 4
Nomenclature
Acyl compounds
-
Kunnen nucleofiele substitutie ondergaan (via aanval nucleofiel op C), in feite additieeliminatie met sp3 intermediate.
Esters
-
Esters minder reactief (electrofiel), doen t wel met goede nucleofielen als OH(hydrolyse), en alkoxide anionen (RO-).
Is ook zuur-gekatalyseerde hydrolyse.
-
Transesterificatie, dwz vervangen van ene R-groep voor andere op de ester, kan
zowel base als zuurgekatalyseerd volgens eerder beschreven mechanismen.
Overmaat Grignard of alkyllithium + ester: dubbele additie aan ester → alcohol.
Esters kunnen net als carbonyl gereduceerd worden tot alcohol (LiAlH 4, LiBH4).
Amides
-
Beckman rearrangement:
Deel 5
Nomenclature
-
Ipv. aldehyd keton → e.g. ketohexose ipv aldohexose.
Carbohydrates
-
Suikers: Cx(H2O)y.
-
Suiker vormt hemiacetalen, vooral 5 en 6 tallige suikers zijn zo stabieler. Is aanval
van OH-groep op C=O groep, vervolgens H naar CO- → ring.
o Leidt tot C1 stereoisomeren: anomeren (“waar OH groep gelaten wordt”).
Om Fischer → 3d plaatje: eerst ringverbinding naar onderen verplaatsen, en dan
kantelen (zie dia deel 5, #21).
-
-
-
-
In water worden α (C1OH down) & β (C1OH up) anomeren zeer langzaam in elkaar
geconverteerd. Dit proces wordt versneld door zubas.
Suiker behandelen met water en Br2 maakt zuurgroep van de aldehydegroep.
Gebeurd doordat water aanvalt, en Br2 vervolgens H’tje hieraf pakt om er aldehyd
van te maken.
Oxidatie met nitric acid (HNO3; lomp zuur) leidt tot aldaric acid, met beide
eindgroepen zuur.
OH’s kunnen C-O-CH3 worden gemaakt met methyl iodide en zilveroxide (SN2), ook
met behulp van base (Williamson ether synthese).
Kan ester van gemaakt worden met overmaat acetic anhydride.
Met behulp van alcohol en zuur kan ROH op plek van alcoholgroep
worden gezet.
Andersom kan een acetaal ook gehydrolyseerd worden:
-
Suikers kunnen acetaallink vormen (en dus polymeren), dan valt de bovenste OHgroep aan op een bovenste C-atoom, die dan water als vertrekkende groep heeft.
Ook grotere linking is mogelijk.
o C1 van de suiker omhoog: β
o C1 van de suiker omlaag: α
Deel 6
Aminozuren
-
Aminogroep kan overal zitten:
-
proline is enige met secundaire amine.
20 proteogene aminozuren voorkomend in levende organismen.
Maar in de natuur komen wel meer – niet proteogene – aminozuren voor.
-
NH2 groep is basisch en zuurgroep is zuur, daardoor ontstaan zwitterionen:
-
Bij verschillende pH’s dus ook verschillende ladingen (iso-electrisch punt neutraal).
α-halo (Br, Cl etc) acid + NH3 → (racemisch) aminozuur.
Strecker aminozuursynthese:
-
Aminogroep van aminozuur kan geacyleerd worden met geactiveerd carbonyl (Ac 2O).
Dit Gebeurt door aanval N op carbonyl, O- gooit vervolgens rest van acetate ether
ervanaf.
Ninhydrin reageert gelijk met aminogroep aminozuur (niet met
amides). Op =O ontstaat (+) lading die resoneert met C, deze
wordt aangevallen door amine. Nu kan CO2 van originele
aminozuur afvallen zodat tweede imine ontstaat. Dan hydrolyse
waardoor rest ervanaf valt, en =O ninhydrine vervangen is
door NH2, dit complexeert met een “gewone” ninhydrine tot een
paarse kleurstof.
Peptides: aminozuren gelinkt met amine bindingen.
o Primaire structuur (sequence + linkage)
o Secundaire structuur, aminozuren zijn plenair (resonantie),
waterstofbindingen → bv. α-helix of β-sheet.
o Tertiaire structuur (hydrogen bonding, VdW), waar welke structuren zitten.
o (Quaternaire structuur: subunits).
Biol. activiteit voornamelijk afh. tertiare structuur (“shape”).
Denaturatie: irreversibel tertiaire structuur kapotmaken.
Mbv. thiolen reversibel (mbv oxidatie terug, maar wel anders).
Aminozuursynthese: protectie + activatie:
-
-
-
o
Deactivering van aminogroepen (kennen!):
o
o
Deactivering van carbonzuren met behulp van esterificatie.
Peptidebinding maken mbv DCC, OH van aminozuur valt C van DCC aan, en
aminozuur kan nu “geactiveerd zuur” aanvallen op carbonylpositie. DCC
leaved vervolgens incl. O’tje. (Wat hier echter gebeurd volgens boek is dat
eerst nog zuur aanvalt om DCU ervanaf te laten, en vervolgens valt NH2 pas
aan op het daardoor ontstane anhydride, waarop vervolgens ook het zuur eraf
wordt gegooid. MAAR DIT STAAT NIET IN MIJN AANTEKENINGEN)
o
Nu alleen nog beschermende groepen eraf halen.
 Boc wordt eraf gehaald met zuur.
 Z-groep met H2 gas en paladium.
 Ester met base.
-
Peptide kan aan het begin vast worden gemaakt aan polysterene, door hier een
carboxyl uiteinde van een aminozuur aan vast te maken. Losmaken gebeurt
vervolgens met FH.\