Reazioni di aldeidi e chetoni - PianetaChimica.it
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<strong>Reazioni</strong> <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong><br />
www.pianetachimica.<strong>it</strong><br />
Introduzione<br />
Il gruppo funzionale <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> è il carbonile (<br />
terminale, nei <strong>chetoni</strong> si trova all’interno della catena.<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
pentanale<br />
aldeide<br />
CH 2<br />
C<br />
O<br />
H<br />
). Nelle aldei<strong>di</strong> si trova in posizione<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
O<br />
CH 2<br />
C CH 3<br />
2-pentanone<br />
chetone<br />
Il carbonio del carbonile ha ibridazione sp 2 , la struttura del carbonile è planare.<br />
O<br />
C<br />
C<br />
O<br />
Nel carbonile il carbonio è parzialmente pos<strong>it</strong>ivo a causa dell’elettronegativ<strong>it</strong>à dell’ossigeno e anche a causa<br />
della risonanza come è illustrato nella seguente figura.<br />
. −<br />
: O:<br />
:Ȯ:<br />
C<br />
Misure del momento <strong>di</strong>polare della formaldeide hanno permesso <strong>di</strong> concludere che sul carbonio del carbonile<br />
è presente circa mezza carica pos<strong>it</strong>iva quin<strong>di</strong> le due forme lim<strong>it</strong>e hanno circa la stessa importanza.<br />
Disegneremo il carbonile utilizzando la prima delle due strutture dove non c’è separazione <strong>di</strong> carica e tutti gli<br />
atomi hanno l’ottetto.<br />
I punti più reattivi nelle molecole <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> sono tre:<br />
1) l’ossigeno del carbonile dove può avvenire una protonazione in caso <strong>di</strong> catalisi acida<br />
2) il carbonio del carbonile dove possono avvenire attacchi nucleofili.<br />
3) gli idrogeni in posizione alfa che risultano parzialmente aci<strong>di</strong> e che vengono strappati nelle reazioni che<br />
coinvolgono la tautomeria cheto-enolica e che hanno l’enolo come interme<strong>di</strong>o.<br />
1<br />
C +<br />
: O:<br />
C<br />
CH<br />
H<br />
2<br />
H + ..<br />
Nu<br />
In<strong>di</strong>ce delle reazioni:<br />
1) Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acqua<br />
2) Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> alcoli<br />
3) Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acido cianidrico<br />
4) Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> ammoniaca e derivati<br />
5) Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> reattivi organometallici<br />
3<br />
..<br />
B<br />
6) Riduzione ad alcoli<br />
7) Riduzione ad alcani<br />
8) Ossidazione<br />
9) Alogenazione in alfa<br />
10) Condensazione aldolica e crotonica<br />
Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> 1
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Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acqua<br />
La reazione tipica <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> è l’ad<strong>di</strong>zione nucleofila al carbonile. Questa può essere meglio<br />
compresa esaminando con attenzione il caso più elementare, l’ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acqua.<br />
I fattori che influenzano l’ad<strong>di</strong>zione sono <strong>di</strong> due tipi: elettronici e sterici.<br />
I fattori elettronici (donazioni <strong>di</strong> elettroni) influenzano la stabil<strong>it</strong>à del doppio legame carbonio-ossigeno e la<br />
quant<strong>it</strong>à <strong>di</strong> carica pos<strong>it</strong>iva presente sul carbonio del carbonile.<br />
I fattori sterici (ingombro sterico) con<strong>di</strong>zionano soprattutto la stabil<strong>it</strong>à del prodotto finale nel quale i<br />
sost<strong>it</strong>uenti sono più vicini tra loro visto che il carbonio del carbonile da sp 2 <strong>di</strong>venta sp 3 .<br />
Per comprendere come agiscono questi fattori consideriamo le seguenti tre molecole:<br />
.. .. ..<br />
H<br />
: O:<br />
C<br />
H<br />
formaldeide<br />
C H 3<br />
: O:<br />
C<br />
H<br />
2 − +<br />
: O:<br />
: OH<br />
H 2<br />
Ȯ :<br />
HO::<br />
OH<br />
C<br />
C<br />
H H<br />
H H<br />
formaldeide<br />
idratata<br />
.<br />
− .. +<br />
..<br />
: : : HO::<br />
..<br />
OH<br />
H 2 Ȯ :<br />
C<br />
C<br />
C H 3<br />
H<br />
C<br />
O OH 2<br />
H 3<br />
H<br />
99,9 %<br />
C H 3<br />
acetaldeide<br />
: O:<br />
C<br />
CH 3<br />
acetaldeide<br />
idratata<br />
.. .. ..<br />
2 − +<br />
: O:<br />
: OH<br />
H 2 Ȯ :<br />
HO::<br />
OH<br />
C<br />
C<br />
H 3<br />
C CH 3<br />
H 3<br />
C CH 3<br />
50 %<br />
acetone<br />
acetone<br />
0,1 %<br />
idratato<br />
Consideriamo dapprima i fattori elettronici. Confrontiamo l’effetto sul carbonile dei metili e degli atomi <strong>di</strong><br />
idrogeno. I gruppi metilici CH 3 sono leggermente elettron donatori e stabilizzano il doppio legame del<br />
carbonile in modo simile a quanto già visto per gli alcheni. Quin<strong>di</strong> il carbonile è più stabile se è più<br />
sost<strong>it</strong>u<strong>it</strong>o. L’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> stabil<strong>it</strong>à è allora:<br />
acetone > acetaldeide > formaldeide<br />
Come si può vedere nel grafico qui sotto, i fattori che stabilizzano i reagenti rendono meno favorevole il ∆G°<br />
e quin<strong>di</strong> abbassano la K <strong>di</strong> equilibrio, questo è in accordo con il fatto che la molecola più stabile, l’acetone, è<br />
quella meno idratata: 0,1 %.<br />
E<br />
formaldeide<br />
acetaldeide<br />
acetone<br />
l'effetto elettron donatore<br />
stabilizza il carbonile<br />
c.r.<br />
acetone idratato<br />
acetaldeide idratata<br />
formaldeide idratata<br />
l'ingombro sterico<br />
destabilizza il composto idratato<br />
Consideriamo ora i fattori sterici. Nelle molecole idratate i sost<strong>it</strong>uenti sono più vicini tra loro rispetto alla<br />
molecola <strong>di</strong> partenza, infatti durante la reazione l’angolo <strong>di</strong> legame passa da 120° a 109°. La presenza <strong>di</strong><br />
gruppi metilici CH 3 , più ingombranti degli atomi <strong>di</strong> idrogeno, destabilizza soprattutto le molecole idratate<br />
che quin<strong>di</strong> sono meno stabili se sono più sost<strong>it</strong>u<strong>it</strong>e.<br />
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L’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> stabil<strong>it</strong>à è allora:<br />
formaldeide idratata > acetaldeide idratata > acetone idratato<br />
I fattori che destabilizzano i prodotti rendono meno favorevole il ∆G° e quin<strong>di</strong> abbassano la K <strong>di</strong> equilibrio,<br />
questo è in accordo con il fatto che la molecola meno stabile, l’acetone idratato, è quella che si forma <strong>di</strong><br />
meno: 0,1 %.<br />
Concludendo, la reazione <strong>di</strong> idratazione della formaldeide è la più favorevole e procede con ∆G° < 0.<br />
La stessa reazione per l’acetaldeide ha circa ∆G° = 0 infatti l’acetaldeide è idratata circa al 50% in acqua.<br />
Per l’acetone, invece, la reazione è svantaggiosa e ha ∆G° > 0, infatti l’acetone è idratato solo per lo 0,1 % in<br />
acqua.<br />
Con ragionamenti simili si può capire perchè le aldei<strong>di</strong> aromatiche, come la benzaldeide, sono meno<br />
reattive delle aldei<strong>di</strong> alifatiche. L’anello aromatico stabilizza il carbonile donando elettroni per risonanza.<br />
− ..<br />
: O .. H<br />
: O .. H<br />
C<br />
C<br />
benzaldeide<br />
La benzaldeide, come l’acetone, è idratata solo allo 0,1 % in acqua.<br />
La reazione <strong>di</strong> idratazione avviene molto più velocemente se viene condotta in ambiente leggermente acido<br />
o basico cioè con catalisi acida o basica, cerchiamo <strong>di</strong> capirne il motivo stu<strong>di</strong>ando il meccanismo <strong>di</strong> reazione.<br />
Esaminiamo per prima la catalisi acida.<br />
: O:<br />
:<br />
. O<br />
HO<br />
OH<br />
H + +<br />
.. +<br />
.. ..<br />
::<br />
::<br />
H 2<br />
Ȯ :<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C H 3<br />
H<br />
acetaldeide<br />
C H 3<br />
O H H<br />
C<br />
H 3<br />
H<br />
+<br />
H OH 2<br />
C<br />
H 3<br />
H<br />
acetaldeide<br />
idratata<br />
Nel primo passaggio, il carbonile si protona sull’ossigeno e questo lo rende molto più reattivo verso il<br />
blando nucleofilo acqua. La molecola, durante la reazione, è neutra o pos<strong>it</strong>iva, non compaiono mai cariche<br />
negative.<br />
50 %<br />
Nella catalisi basica, invece, mostrata qui sotto, il carbonile non viene mo<strong>di</strong>ficato, la reazione accelera<br />
perchè in ambiente basico il nucleofilo <strong>di</strong>venta più reattivo infatti al posto dell’acqua reagisce OH − .<br />
C H 3<br />
: O:<br />
C<br />
H<br />
acetaldeide<br />
..<br />
: OH<br />
−<br />
−.. ..<br />
.. ..<br />
: O: : OH .. HO: : OH<br />
H OH ..<br />
C<br />
C<br />
C H 3<br />
H<br />
C H 3<br />
H<br />
acetaldeide<br />
idratata<br />
+<br />
OH<br />
50 %<br />
La molecola, durante la reazione, è neutra o negativa, non compaiono mai cariche pos<strong>it</strong>ive.<br />
Notate che in tutti e due i casi si ottiene la stessa percentuale <strong>di</strong> acetaldeide idratata, 50 %, cioè non viene<br />
mo<strong>di</strong>ficata la K <strong>di</strong> equilibrio. La catalisi, infatti, influenza solo la veloc<strong>it</strong>à <strong>di</strong> reazione perchè offre un<br />
<strong>di</strong>verso meccanismo <strong>di</strong> reazione con una <strong>di</strong>versa energia <strong>di</strong> attivazione, ma l’equilibrio non viene<br />
mo<strong>di</strong>ficato.<br />
−<br />
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Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> alcoli, sintesi <strong>di</strong> acetali<br />
Le aldei<strong>di</strong> e i <strong>chetoni</strong> reagiscono con due molecole <strong>di</strong> alcol in catalisi acida per dare gli acetali. Il semiacetale<br />
che si forma inizialmente per ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> una molecola <strong>di</strong> alcol è instabile e in genere non è isolabile, ma<br />
reagisce con una seconda molecola <strong>di</strong> alcol e si trasforma velocemente in acetale, un <strong>di</strong>etere geminale.<br />
OH<br />
CH<br />
O<br />
OH<br />
OH<br />
O 2<br />
CH 3<br />
H + CH 3<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
C + CH 3<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
C O CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C O CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
H +<br />
+<br />
H<br />
H<br />
acetaldeide<br />
etanolo<br />
1-etossietanolo<br />
(semiacetale)<br />
1,1-<strong>di</strong>etossietano<br />
(acetale)<br />
Questa reazione è simile all’ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acqua infatti le aldei<strong>di</strong> reagiscono più facilmente dei <strong>chetoni</strong>.<br />
Il meccanismo della formazione del semiacetale è identico a quello <strong>di</strong> idratazione delle aldei<strong>di</strong> con catalisi<br />
acida.<br />
OH<br />
..<br />
O:<br />
O H<br />
OH<br />
OH<br />
H + .. + : .. CH2 CH : .. ..<br />
:<br />
3 .. +<br />
..<br />
CH 3<br />
C<br />
CH 3<br />
C<br />
CH3 C O CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C O..<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
H<br />
H H<br />
H<br />
La reazione però non si ferma qui: in ambiente acido il semiacetale si <strong>di</strong>sidrata attraverso la formazione <strong>di</strong> un<br />
carbocatione interme<strong>di</strong>o. Questa reazione <strong>di</strong> <strong>di</strong>sidratazione avviene molto più facilmente <strong>di</strong> quella tipica<br />
degli alcoli che si <strong>di</strong>sidratano con H 2 SO 4 concentrato a 140 °C per formare alcheni.<br />
Qui la reazione avviene in aci<strong>di</strong> <strong>di</strong>lu<strong>it</strong>i a freddo. La <strong>di</strong>fferenza è dovuta alla presenza del secondo ossigeno<br />
che aiuta l’espulsione <strong>di</strong> acqua formando un carbocatione particolarmente stabilizzato per risonanza.<br />
.. OH<br />
: OH<br />
: OH 2<br />
..<br />
H + +<br />
: ..<br />
..<br />
+ ..<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C O..<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C O..<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C O CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H 2<br />
O<br />
H<br />
CH 3<br />
..<br />
+<br />
O<br />
C<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
..<br />
..<br />
O CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
..<br />
: O<br />
C<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
..<br />
..<br />
O CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
+<br />
C<br />
..<br />
O..<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
carbocatione stabilizzato<br />
per risonanza<br />
H<br />
H<br />
La reazione, in ambiente acido, è reversibile e quin<strong>di</strong> l’aldeide viene trasformata nell’acetale se c’è un<br />
eccesso <strong>di</strong> alcol, mentre l’acetale viene idrolizzato liberando l’aldeide se c’è un eccesso <strong>di</strong> acqua.<br />
I <strong>chetoni</strong> sono meno reattivi delle aldei<strong>di</strong> e producono acetali con <strong>di</strong>fficoltà. La reazione però può essere<br />
condotta con successo allontanando l’acqua per <strong>di</strong>stillazione azeotropica con benzene (7% acqua, 74%<br />
benzene, 19% etanolo). La reazione può anche essere favor<strong>it</strong>a riducendo lo svantaggio entropico dovuto alla<br />
<strong>di</strong>minuzione del <strong>di</strong>sor<strong>di</strong>ne molecolare (tre molecole ne producono due). Questo accade negli zuccheri<br />
quando l’alcol e l’aldeide (o il chetone) appartengono alla stessa molecola e si ottiene un semiacetale ciclico.<br />
Questo accade anche utilizzando al posto delle due molecole <strong>di</strong> alcol un <strong>di</strong>olo, come 1,2-etan<strong>di</strong>olo o 1,3-<br />
propan<strong>di</strong>olo, in questo modo si ottiene un acetale ciclico come quello illustrato qui sotto.<br />
O<br />
OH<br />
C<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH +<br />
3<br />
CH 2<br />
OH<br />
CH 2<br />
H +<br />
O<br />
O<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH + H 2<br />
O<br />
3<br />
2-butanone<br />
1,2-etan<strong>di</strong>olo<br />
2-etil-2-metil-1,3-<strong>di</strong>oxolano<br />
80 %<br />
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Gli acetali sono stabili alle basi, in questo assomigliano agli eteri. Il gruppo alcossido è infatti un pessimo<br />
gruppo uscente. Questo consente <strong>di</strong> usare l’acetale come gruppo protettore <strong>di</strong> una aldeide per eseguire<br />
reazioni in ambiente basico nel quale le aldei<strong>di</strong> sono instabili (per esempio possono reagire con i nucleofili o<br />
dare condensazione aldolica).<br />
Consideriamo, per esempio, la seguente reazione.<br />
O<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
C CH<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
C C<br />
CH 3<br />
4-pentin-2-one 4-esin-2-one<br />
Per allungare la catena è necessario trattare l’alchino con so<strong>di</strong>oamide per ottenere l’acetiluro che poi per<br />
reazione con ioduro <strong>di</strong> metile permette <strong>di</strong> allungare la catena. Questi passaggi in ambiente basico non sono<br />
possibili se è presente il chetone, in particolare l’anione acetiluro darebbe condensazione con il chetone<br />
formando un alcol superiore. Se però si protegge il chetone trasformandolo in acetale, allora la reazione<br />
<strong>di</strong>venta realizzabile.<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
C CH<br />
OH<br />
OH<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
H +<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
CH 2<br />
C CH<br />
−<br />
NH O O<br />
2<br />
CH 3<br />
I<br />
C<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
C C: −<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
CH 2<br />
C C<br />
O<br />
H 2<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
C C<br />
CH<br />
H +<br />
3<br />
CH 3<br />
Un altro esempio può essere la seguente reazione:<br />
O<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
C<br />
OH<br />
acido 4-oxopentanoico<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
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O<br />
OH<br />
5-idrossipentan-2-one<br />
I <strong>chetoni</strong> si riducono più facilmente degli aci<strong>di</strong>, quin<strong>di</strong> per ridurre ad alcol solo il carbossile è in<strong>di</strong>spensabile<br />
proteggere il gruppo <strong>chetoni</strong>co trasformandolo in acetale.<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
C<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
OH<br />
OH<br />
OH<br />
CH 2<br />
CH<br />
O O<br />
2<br />
LiAlH 4<br />
C<br />
O<br />
H + CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
C<br />
OH<br />
O<br />
O<br />
OH<br />
− H 2<br />
O<br />
O CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
H +<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
O −<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
Gli acetali non possono essere preparati in ambiente basico. La reazione procede fino alla formazione del<br />
semiacetale, ma a questo punto sull’ossigeno etereo manca un H + da strappare. L’unico H + che può essere<br />
strappato dall’alcossido è quello sull’OH e questo spinge la reazione in<strong>di</strong>etro.<br />
.. −<br />
: O:<br />
−.. ..<br />
.. ..<br />
: O: : O::<br />
O CH 2<br />
CH 3<br />
.. O::<br />
.. −<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
H O..<br />
Et<br />
: O:<br />
CH 3<br />
C CH 3<br />
C<br />
C<br />
C H 3<br />
CH 3<br />
C H 3<br />
H O CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
semiacetale<br />
l'alcossido può strappare<br />
un H + solo dal gruppo OH
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Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> acido cianidrico<br />
Aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> possono reagire con acido cianidrico per formare le cianidrine.<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
H<br />
acetaldeide<br />
+<br />
OH<br />
pH 10<br />
HCN CH 3<br />
CH<br />
C<br />
N<br />
2-idrossipropanon<strong>it</strong>rile<br />
(cianidrina)<br />
La reazione viene condotta con catalisi moderatamente basica, a pH 10. In pratica si utilizza cianuro <strong>di</strong><br />
so<strong>di</strong>o perchè l’acido cianidrico è troppo poco <strong>di</strong>ssociato per fornire una sufficiente quant<strong>it</strong>à <strong>di</strong> ioni cianuro<br />
necessari per l’attacco nucleofilo al carbonile. L’ambiente, però, non deve essere troppo basico per<br />
consentire che l’alcossido che si forma durante la reazione possa protonarsi. Si aggiunge quin<strong>di</strong> H 2 SO 4<br />
goccia a goccia per mantenere il pH a 10.<br />
CH 3<br />
C<br />
.. -<br />
O : : .. O:<br />
-<br />
H CN<br />
: C N:<br />
CH 3<br />
CH C N<br />
H<br />
pH 10<br />
H 2<br />
SO 4<br />
La reazione <strong>di</strong> sintesi delle cianidrine è perfettamente reversibile.<br />
Trattando la cianidrina con metossido <strong>di</strong> so<strong>di</strong>o NaCH 3 O, in ambiente quin<strong>di</strong> decisamente basico, si può<br />
spingere a sinistra la reazione mostrata sopra.<br />
..<br />
: O<br />
H<br />
..<br />
-<br />
CH 3<br />
O O<br />
.. :- :<br />
CH 3<br />
CH C N<br />
CH 3<br />
CH<br />
CH 3<br />
C N CH 3<br />
C<br />
: .. OH<br />
CH<br />
:<br />
.. .. :<br />
Questa reazione viene usata per allungare o accorciare la catena <strong>di</strong> atomi <strong>di</strong> carbonio <strong>di</strong> uno zucchero.<br />
Viene anche utilizzata per la sintesi degli idrossiaci<strong>di</strong>, qui ve<strong>di</strong>amo la sintesi dell’acido lattico.<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
H<br />
acetaldeide<br />
+<br />
HCN<br />
pH 10<br />
OH<br />
CH 3<br />
CH<br />
2-idrossipropanon<strong>it</strong>rile<br />
(cianidrina)<br />
H 2 O<br />
OH<br />
C N<br />
H + CH 3<br />
CH<br />
acido lattico<br />
O<br />
H<br />
COOH<br />
C<br />
N<br />
Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova <strong>Reazioni</strong> <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> 6
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Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> ammoniaca e derivati<br />
L’ammoniaca e i suoi derivati (ammine primarie e secondarie, idrossilammina, fenilidrazina, ecc.) sono<br />
molecole nucleofile e quin<strong>di</strong> reagiscono regolarmente con le aldei<strong>di</strong> e i <strong>chetoni</strong> con una reazione <strong>di</strong><br />
sost<strong>it</strong>uzione nucleofila nella quale l’azoto si lega con doppio legame al carbonio e viene espulsa acqua. Si<br />
formano degli analoghi azotati <strong>di</strong> aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong>.<br />
Aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> reagendo con ammoniaca e ammine primarie formano le immine. Il pH della reazione<br />
deve essere intorno a 5, cioè abbastanza acido da permettere <strong>di</strong> ottenere una sufficiente quant<strong>it</strong>à <strong>di</strong> aldeide o<br />
chetone con il carbonile protonato, ma non troppo acido perché l’ammina verrebbe trasformata in ione<br />
ammonio che non è più nucleofilo.<br />
O<br />
pH 5<br />
NH<br />
CH 3<br />
C + NH 3<br />
CH 3<br />
C + H 2<br />
O<br />
H<br />
H<br />
acetaldeide etanimmina<br />
O<br />
CH 3<br />
C<br />
H<br />
acetaldeide<br />
NH 2 pH 5<br />
N CH 2<br />
CH 3<br />
+ CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C<br />
+ H 2 O<br />
H<br />
etanammina<br />
N-etilideneetanammina<br />
Le immine derivate dell’ammoniaca sono estremamente reattive e possono polimerizzare dato che l’azoto<br />
resta parzialmente nucleofilo. Queste immine vengono fatte reagire imme<strong>di</strong>atamente nello stesso ambiente <strong>di</strong><br />
reazione. Con NaBH 4 , per esempio, le immine si riducono ad ammine, oppure per reazione con lo ione<br />
cianuro le immine formano le corrispondenti cianammine che possono essere idrolizzate ad amminoaci<strong>di</strong>.<br />
O<br />
CH 3<br />
C +<br />
H<br />
acetaldeide<br />
NH 3<br />
NH<br />
CH 3<br />
C<br />
H<br />
etanimmina<br />
CN −<br />
NH 2<br />
CH 3<br />
CH CN<br />
2-amminopropanon<strong>it</strong>rile<br />
(cianammina)<br />
H 2<br />
O<br />
H +<br />
NH 2<br />
CH 3<br />
CH COOH<br />
alanina<br />
(amminoacido)<br />
Il meccanismo della sintesi delle immine avviene in due tempi. Prima si ha l’ad<strong>di</strong>zione nucleofila<br />
dell’ammina all’aldeide (o al chetone) con formazione <strong>di</strong> una molecola simile ai semiacetali chiamata<br />
carbinolammina, poi questa perde una molecola d’acqua per formare l’immina finale.<br />
CH 3<br />
C<br />
..<br />
O:<br />
H<br />
NH 2<br />
O H<br />
OH<br />
OH<br />
H + .. + :<br />
CH2 CH : .. : ..<br />
3 + ..<br />
CH 3<br />
C<br />
CH3 C NH CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C NH CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
carbinolammina<br />
: .. OH<br />
CH 3<br />
C NH .. CH 2<br />
CH 3<br />
+<br />
OH<br />
H + : 2<br />
CH 3<br />
C NH .. CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C<br />
+<br />
NH<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C<br />
N<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
carbinolammina<br />
N-etilideneetanammina<br />
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Aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> reagendo con ammine secondarie formano le enammine.<br />
H CH CH 3<br />
3<br />
O<br />
N<br />
pH 5<br />
N CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C + CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
C<br />
+ H 2<br />
O<br />
H<br />
H<br />
acetaldeide<br />
N-metiletanammina<br />
N-etil-N-metiletenammina<br />
L’azoto dell’ammina secondaria non ha due idrogeni da perdere per formare i due nuovi legami con il<br />
carbonio, quin<strong>di</strong> non si può formare un’immina neutra. Quando la carbinolammina che si forma inizialmente<br />
perde una molecola d’acqua, si forma uno ione immonio, questo perde la carica pos<strong>it</strong>iva attraverso una<br />
tautomeria che produce l’enammina.<br />
CH 3<br />
C<br />
..<br />
O:<br />
H<br />
CH 3<br />
NH<br />
O H<br />
OH<br />
CH2 CH CH<br />
OH<br />
H + .. + :<br />
: ..<br />
: ..<br />
3<br />
+ 3<br />
CH<br />
.. 3<br />
CH 3<br />
C<br />
CH 3<br />
C N<br />
CH 3<br />
C N<br />
CH<br />
H<br />
2<br />
CH H H 3<br />
CH 2<br />
CH H 3<br />
carbinolammina<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
: .. OH<br />
CH<br />
OH<br />
3 H + : +<br />
2 CH 3<br />
N CH 2<br />
CH 3<br />
: N CH 2<br />
CH<br />
+<br />
3<br />
CH 3<br />
C N..<br />
CH 3<br />
C N..<br />
CH 2<br />
C<br />
CH 2<br />
C<br />
CH 2<br />
CH H 3<br />
CH 2<br />
CH tautomeria<br />
H 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
carbinolammina<br />
ione immonio N-etil-N-metiletenammina<br />
Aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> reagendo con idrossilammina formano le ossime.<br />
Con fenilidrazina formano i fenilidrazoni.<br />
Queste reazioni sono molto simili a quelle che formano le immine con le ammine primarie.<br />
O<br />
pH 5<br />
N OH<br />
CH 3<br />
C + NH 2<br />
OH<br />
CH 3<br />
C + H 2<br />
O<br />
H<br />
acetaldeide etanal ossima<br />
H<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
pH 5<br />
N NH<br />
+ NH 2<br />
NH<br />
CH 3<br />
C<br />
+ H 2<br />
O<br />
acetone<br />
CH 3<br />
fenilidrazina<br />
CH 3<br />
acetone fenilidrazone<br />
O 2<br />
N<br />
CH 3<br />
C<br />
O<br />
O 2<br />
N<br />
pH 5<br />
N NH<br />
NO 2<br />
+ NH 2<br />
NH<br />
NO 2<br />
CH 3<br />
C<br />
+ H 2<br />
O<br />
CH 3<br />
acetone<br />
2,4-<strong>di</strong>n<strong>it</strong>rofenilidrazina<br />
CH 3<br />
acetone 2,4-<strong>di</strong>n<strong>it</strong>rofenilidrazone<br />
I derivati 2,4-<strong>di</strong>n<strong>it</strong>rofenilidrazoni sono poco solubili e formano un precip<strong>it</strong>ato cristallino che presenta un<br />
punto <strong>di</strong> fusione caratteristico e <strong>di</strong>verso per ogni aldeide o chetone.<br />
Per questo motivo un tempo venivano preparati molto spesso perchè permettevano <strong>di</strong> identificare un’aldeide<br />
o un chetone in base al punto <strong>di</strong> fusione del suo derivato 2,4-<strong>di</strong>n<strong>it</strong>rofenilidrazone.<br />
Oggi si preferisce identificare le molecole organiche per via strumentale con la spettroscopia IR, NMR o <strong>di</strong><br />
massa.<br />
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Ad<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> reattivi organometallici<br />
I reattivi organometallici come i reattivi <strong>di</strong> Grignard (magnesio organici), i l<strong>it</strong>io organici e gli acetiluri <strong>di</strong><br />
so<strong>di</strong>o reagiscono con aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> con una ad<strong>di</strong>zione nucleofila che forma alcoli superiori. Queste sono<br />
quin<strong>di</strong> reazioni importanti dal punto <strong>di</strong> vista sintetico.<br />
Con la formaldeide si ottengono alcoli primari, con le aldei<strong>di</strong> si ottengono alcoli secondari, con i <strong>chetoni</strong> si<br />
formano alcoli terziari.<br />
O<br />
C +<br />
H H<br />
formaldeide<br />
MgBr<br />
O MgBr OH<br />
etere<br />
H 2 O<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
1-propilmagnesio<br />
bromuro<br />
1-butanolato<br />
magnesio bromuro<br />
1-butanolo<br />
O<br />
CH 3<br />
C +<br />
H<br />
acetaldeide<br />
MgBr<br />
O<br />
MgBr<br />
OH<br />
etere<br />
H 2 O<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
CH CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
CH CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
1-propilmagnesio<br />
bromuro<br />
2-pentanolato<br />
magnesio bromuro<br />
2-pentanolo<br />
C H 3<br />
O<br />
C<br />
acetone<br />
CH 3<br />
+<br />
MgBr<br />
O<br />
MgBr<br />
OH<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
etere<br />
H 2<br />
O<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
C CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
1-propilmagnesio<br />
2-metil-2-pentanolato<br />
2-metil-2-pentanolo<br />
bromuro<br />
magnesio bromuro<br />
I reattivi l<strong>it</strong>io organici si comportano in modo analogo ai magnesio organici (Grignard). Qui ve<strong>di</strong>amo la<br />
sintesi <strong>di</strong> un alcol beta gamma insaturo.<br />
C<br />
O<br />
+<br />
Li<br />
CH<br />
CH 2<br />
etere<br />
O Li OH<br />
H 2 O<br />
CH CH CH 2<br />
CH<br />
CH CH 2<br />
H<br />
benzaldeide vinill<strong>it</strong>io 1-fenil-2-propen-1-olato<br />
1-fenil-2-propen-1-olo<br />
l<strong>it</strong>io<br />
Gli acetiluri <strong>di</strong> so<strong>di</strong>o (o <strong>di</strong> bromomagnesio) si sommano ad aldei<strong>di</strong> e <strong>chetoni</strong> producendo alcoli acetilenici.<br />
La reazione è del tutto analoga a quella dei reattivi <strong>di</strong> Grignard e l<strong>it</strong>io organici.<br />
O<br />
C +<br />
H H<br />
formaldeide<br />
Na<br />
C C CH 3<br />
1-propinilso<strong>di</strong>o<br />
etere<br />
O MgBr OH<br />
H 2<br />
O<br />
CH 2<br />
C C CH 3<br />
CH 2<br />
C C CH 3<br />
2-butin-1-olato<br />
magnesio bromuro<br />
2-butin-1-olo<br />
Il meccanismo <strong>di</strong> reazione comincia con l’attacco nucleofilo sul carbonile del reattivo organometallico che<br />
si comporta a tutti gli effetti come un carbanione. Si forma quin<strong>di</strong> un sale alcossido nel quale il legame<br />
ossigeno-magnesio è in buona parte ionico. Il trattamento con acqua ci dà l’alcol per reazione acido base con<br />
l’alcossido.<br />
.. .. − + .. MgBr<br />
O : MgBr<br />
: O : MgBr<br />
: O<br />
etere<br />
etere<br />
C + CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
CH 3<br />
H H<br />
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