retrosinteza 2-metil-propanola

7/26/2019 Retrosinteza 2-metil-propanola

1/21

JU Univerzitet u TuzliPrirodno-matematiki fakultetDrugi ciklus studijaPrimjenjena hemija

Seminarski rad

Tema : Retrosin teza 2-meti l-pro panola

Profesor : Student :

Snjeana Mari Nenad Dani


2/21

Sadraj

1. Uvod...................................................................................................... 12. Organska sinteza : mogunoti, znaaj i potrebe...................................23. Klasifikacija sintetskih reakcija.............................................................. 3

4. Sinteza aklohola.................................................................................... 45. Zadatak................................................................................................. 66. Pojanjenje reakcija..............................................................................97. Prikaz i objanjenje spektara..............................................................178. Literatura............................................................................................. 18


3/21

1. Uvod

Pod organskim sintezama se prodrazumijevaju sinteze molekula koji sadre atomeugljika i predstavljaju poseban dio moderne organke hemije. Sinteza je nauna oblastkoja se bavi konstrukcijama molekula.

Sinteza je proces kojim se odreeni organski molekul dobija u laboratoriji.Uzavisnosti od polaznih supstanci, postoje dva osnovna pristupa sintezama organskihspojeva :

totalna sinteza je hemijska sinteza, obino prirodnih spojeva, koja polazi odelemenata ili relativno prostih polaznih materijala

polusinteza eljenih molekula kod kojih se kao polazni materijali koristesloeniji molekuli koji su strukturno sliniji krajnjem molekulu

Organske sinteze svojom raznovrsnou i atraktivnou u naunom smislu,predstavljaju vrlo znaajnu i sloenu naunu disciplinu.Potrebno je poznavanjereakcija, kao i odabir instrumentalne metode koja e se koristiti u praenju i

dokazivanju strukturnih promjena tokom sinteze. Naravno, potrebno je poznavatimehanizme hemijskih reakcija u cilju sagledavanja uticaja strukturnih faktora nareaktivnost molekula. Takoer, neophodno je razumijevanje i poznavanjestehiometrijskih odnosa i stereohemijskih uticaja u pojedinim fazama sinteze i ukrajnjem molekulu koji se eli sintetizirati.


4/21

2. Organska sinteza : mogunosti, znaaj i potrebe

Organski hemiari su ranije smatrali da organske spojeve mogu stvarati samo iviorganizmi i da nisu mogue vjetake, odnosno laboratorijske sinteze prirodnihorganskih spojeva. Meutim, ova shvatanja su prevaziena jo 1828. godine kada je

Whler sluajno u laboratoriji izvrio pretvaranje soli amonijum-cijanata u organskimolekul karbamid (ureu). Od tada, sinteza organskih spojeva postaje jedna odvanih disciplina organske hemije i znaajno utie na njen daljirazvoj.Sinteze organskih spojeva danas se vre iz razliitih razloga. Na prvom mjestu,organske sintetske metode omoguavaju dobijanje novih spojeva koja nisu otkrivenau prirodi, a koja imaju hemijske, fizike ili bioloke osobine od znaaja za nauku il iprimjenu. Dalje, organske sinteze omoguavaju dobijanje novih spojeva koja imajutakve osobine da se njima provjeravaju teorijska predvianja, hipoteze ipretpostavke, pa se na taj nain proiruje znanje iz organske hemije , bolje serazumiju strukturne karakteristike i odreene osobine, kao i reaktivnost novihspojeva.

Razvitak organske sinteze zasnivao se na dva motiva : drutvenim potrebama iradoznalosti naunika. Drutvene potrebe za organskim spojevima i organskimmaterijalima, prirodnim ili sintetikim, izraene su kroz irok spektar primjene usvakodnevnom ivotu. Jer, organski spojevi se koriste u najrazliitije svrhe : zaproizvodnju lijekova , vjetakih vlakana, plastinih masa, pesticida i herbicida, boja ilakova, sredstava za konzerviranje i poboljanje kvaliteta hrane, kozmetikihpreparata i sredstava za linu higijenu.Industrijska proizvodnja organskih spojeva i materijala zasnovana je na organskimsintezama realizovanim prvo u naunim laboratorijama. Novi organski spojevi imaterijali nalaze i nove primjene, pa se pred organske sinteze stalno postavljaju novii sve tei problemi.Radoznalost naunika da kreiraju nove strukture i sintetiziraju nove molekule i novematerijale zadovoljava irok spektar drutvenih potreba za hemijskim proizvodimatako da bez pronicljivosti i radoznalosti naunika ne bi bilo ovako brzog razvojaorganske sinteze.Od Wlera do danas sintetizirano je i izolovano iz prirodnih materijala oko 40 milionaorganskih spojeva, poznat je ogroman broj organskih reakcija, reagenasa i drugihpodataka i informacija iz organske hemije, to sve omoguava savremenimorganskim hemiarima da dizajniraju i sintetiziraju nove organske spojeve veomakompleksnih struktura, kao i najrazliitije organske materijale.


5/21

3. Klasifikacija sintetskih reakcija

Retrosintetskom analizom molekula ija se sinteza eli izvriti redukuje se njegovastrukturna kompleksnost i to umanjivanjem ugljenikovog skeleta i pojednostavljenjemfunkcionalnosti i stereohemijskih odnosa. Retrosintetska redukcija strukturne

kompleksnosti mora se zasnivati na poznatim sintetskim metodama i reakcijama kojeomoguuju realnu sintetsku transformaciju. Prema redoslijedu vanosti, reakcije zaizvoenje sinteze klasifikuju se u tri grupe :

reakcije za konstrukciju ugljenikovog skeleta, odnosno reakcije pri kojima sestvara veza ugljik-ugljik

reakcije za transformacije funkcionalnih grupa, odnosno reakcije za izmjenuprirode i ploaja funkcionalnih grupa

reakcije za uvoenje i kontrolisanje stereohemijskih centara

ovakvom retrosintetskom hijerarhijom predviaju se i utvruju reakcije za realizacijusinteze ciljanog molekula.


6/21

4. Sinteza alkohola

Alkoholi se mogu dobiti iz razliitih klasa spojeva i razliitim reakcijama kao, naprimjer, hidrolizom estera, alkil-halogenida i sulfonatnih estera, deaminacijom amina,hidratacijom olefina, otvaranjem epoksida i drugih ciklinih etera, oksidacijom alkil-

borana, nukleofilnom adicijom na karbonilnu grupu, redukcijom karbonilnih spojeva iderivata kiselina, ako i nekim drugim reakcijama.Pored navedenih reakcija za dobijanje alkohola, hidroksilni spojevi nastaju u veembroju reakcija pri kojima se stvaraju veze ugljik-ugljik, kao npr. aldolnimkondenzacijama, zatim aciloinskom i benzoinskom kondenzacijom i drugim slinimreakcijama.Supstitucije halogena u alkil-halogenidima sa hidroksilnom grupom mogu se izvritidirektnom hidrolizom alkil-halogenida u alkalnim uslovima ili indirektno prekoodgovarajuih karboksilatnih estera.Reaktivnost alkil-halogenida zavisi od halogena ialkil-supstituenata ; najreaktivniji su alkil-jodidi a najmanje aktivni alkil-hloridi.Hidrolize se najee izvode u alkalnim uslovima, pomou hidroksidnog aniona kao

nukleofila, meutim, hidrolize se mogu vriti i u vodi, pa ak i u kiselim uslovima.

CH2Cl CH2OHCa(OH)2

H2O


7/21

5. Zadatak

Predloiti emo sintezu 2-metil-propanola iz 2-bromo-2-metil-propana.

Br

OH

I. Kada predlaemo sintezu, poinjemood odreivanja poetnog spoja kao ikranjeg produkta, i spoznaju zajednikih osobina.

o Poetni spoj i krajnji produkt imaju isti ugljikov skelet (2-metilpropan),to je dobro s obzirom da jo ne znamo kako dodati i oduzeti atomeugljika.

o I zato mi radimo unatrag od konanog produkta ; to se zove

retrosintetska analiza zato to suava broj moguih reakcija. Ako bismo krenuli iz poetka od polaznog spoja, morali bi smo razmatratisvaku moguu rekaciju. Ali ako idemo unatrag, moemo eliminisati do90% moguih reakcionih puteva naeg polaznog spoja.

II. Moramo se zapitati, koje reakcije poznajemo kojima emo dobiti traenispoj, i iz ega? U korelaciji sa ovim pitanjem je i sljedee : moe li datiprekursor nastati iz naeg polaznogspoja?

o Mi ne znamo kako da pripravimo alkohol osim iz alkena ; u ovomsluaju, imamo anti-Markovnikovljev alkohol koji moe biti pripravljen iz

2-metilpropena :

OH

koji e biti stvoren hidroboratom zato to je to jedina anti-Markovnikovljeva reakcija koju poznajemo.

o Meutim, mi ne znamo nijednu reakciju kojom emo prevesti na

poetni spoj, 2-metilpropan u 2-metilpropen. Jedino to znamo je jednareakcija koja e nam dati 2-metil-propen : eliminacija iz alkil-halida ilialkohola.

OH X

Xili ili

ali 2-metil-2-brompropan je na polazni spoj.


8/21

o Pa imamo retrosintetski lanac :

Br

OH

III. Sada nam je ostalo samo da odredimo prikladne reagense, i imamopredoenu sintezu :

Br

OH

KOH 1.BH3

2.H2O2/NaOH


9/21

6. Pojanjenje reakcija

Monomolekulska eliminacija : E1

Znamo da nukleofili lako reaguju sa karbkationima napadajui pozitivno naelektrisani

ugljikov atom. Meutim,karbkationi ne stupajusamo u takve reakcije. Alternativnomdeprotonizacijom dovija se nova klasa spojeva, alkeni. Polazei od ravastoghalogen-alkana, ukupna reakcija sastoji se od uklanjanja HX, uz istovremenonastajanje dvostruke veze. Takav proces zove se eliminaciona reakcija.

C C

H

H

baza : B-

C C + H B + X-

Faza koja odreuje brzinu reakcije je ista kao i za SN1-reakciju : disocijacija nakarbkation. Ovaj intermedijer ima, dakle na raspolaganju konkurentnu reakciju :gubitak protona u susjedstvu pozitivno naelektrisanog reakcionog centra.

(CH3)CH2Br H3C C

CH3

CH3

++ :Br:-

H2C C

CH3

CH3

+ H+ + :Br:-

E1

(CH3)3COCH3 + H+ + :Br:-

SN1 CH3OH

2-brom-2-metil-propan

2-metilpropen 20% 2-metoksi-2-metilpropan 80%

Zbog jednostavnosti, esto protone koji se eliminiupredstavljamo kao H+. Meutim,u obinim organskim reakcijama ne postoji slobodni proton : on se obino uklanja

nekom Lewis-ovom bazom. U vodenim rastvorima voda ima tu ulogu, pri emunastaje H3O

+. Ugljikov atom za koji je bio vezan proton rehibriduje se iz sp 3u sp2. Saraskidanjem C-H veze, preostali elektroni se pomjeraju i dolazi do -preklapanja sapraznom p-orbitalom na susjednom kationskom centru. Nastali ugljikovodik sadridvostruku vezu : alken. Ovdje je prikazan i potpuni mehanizam.


10/21

CH3C Br:

CH3

CH3

CH3OH:Br:

-+ C C

H3C

CH3

+

H

HH

CH3OH

C C

CH3 H

HCH3

+ O CH3

+H

H

Markovnikovljevo pravilo

Da li su adicije HX na nesimetrine alkene regioselektivne? Da bismo odgovorili naovo pitanje, potrebno je da razmotrimo reakciju propena sa hlorovodikom. Mogua sudva produkte : 2-hlorpropan i 1-hlorpropan. Meutim,jedini proizvod koji se dobija je2-hlorpropan.

CH3CH CH2HCl

CH3CHCH2

Cl H

ali ne CH3CHCH2

H Cl

manje supstituisan 2-hlorpropan 1-hlorpropan

Iz primjera mozemo vidjeti da se, ukoliko ugljikovi atomi koji ine dvostruku vezu nisupodjednako supstituisani, proton sa halogenovodika vezuje za manje supstituisaniugljik. Posljedica toga je da halogen tei da se vee za vie supstituisani ugljik.Ovajfenomen zove se Markovnikov-ljevo pravilo. Ovo pravilo moe se objasniti podacima

koje imamo o mehanizmu elektrofilne adicije protona na alkene i relativnoj stabilnostinagraenih karbkationa. Najvanija je relativna stabilnost nastalog karbkationa.

Hidroborovanje-oksidacija : stereospecifina anti-Markovnikov-ljeva hidratacija

Veza Bor-Vodik se adira na dvostuke veze.

Boran , BH3, adira se na dvostuke veze bez katalike aktivacije, reakcijom koja sezove hidroborovanje prema pronalazau, H.C.Brown-u.

C C + B H

H

H

C C

H BH2

boran aliklboran

U ovim rastvorima boran se nalazi kao Lewis-ov kiselinsko-bazni kompleks slianbromonijum ionu, to zahtijeva participaciju prazne p-orbitale sa BH3. Time sepomjera elektronska gustina sa alkena na bor. Zatim, jedan od vodikovih atomaprelazi u etvorolanom prelaznom stanju na jedan od ugljikovih atoma alkena, dokse bor pomjera na drugi.

Hidroborovanje nije samo stereospecifino, ve i regioselektivno. Bor se vezuje zamanje zaklonjeni (manje supstituisani) ugljik.


11/21

Oksidacijom alkilborana dobijaju se alkoholi

Trialkilborani se mogu oksidovati baznim vodenim vodik-peroksidom u alkohole, gdjehidroksilna funkcionalna grupa zamjenjuje borov atom. Ukupan rezultat dvofaznesekvence reakcija, hidroborovanja-oksidacije, jeste adicija elemenata vode na

dvostruku vezu. Pomou borana vri se hidratacija sa suprotnom regioselektivnou,odnosno anti-Markovnikov-ljeva adicija.

(CH3)2CHCH2CH CH2

1. BH3,THF2. H2O2,NaOH, H2O

(CH3)2CHCH2CH2CH2OH

4-metil-1-penten 4-metil-1-pentanol

U mehanizmu oksidacije alkilborana vrlo nukleofilni hidroperoksidni ion napadaelektron-deficitarni borov atom. Dobijena reaktivna vrsta bora podlijee premjetanju,pri emu alkil-grupa migrira sa svojim elektronskim parom i uz retenciju svoje

konfiguracijena susjedni kisikov atom, istiskujui u ovom procesu hidroksidni jon.

B

R

+ O:- OH B

R

O OH-

B

O R-HO:

-

Ovaj proces se ponavlja sve dok sve tri alikl-grupe ne migriraju na kisikove atome,gradei na kraju trilakil-borat (RO)3B. Ovaj neorganski ester zatim hidrolizira u baznijsredini u alkohol i natrijum-borat.

(RO)3B + 3NaOH Na2BO3+ 3ROHH2O

Zbog toga to je adicija borana na dvostruku vezu tako selektivna, oksidacija kojaslijedi dozvoljava stereospecifinu i regioselektivnu sintezu alkoholaiz alkena.

Hidroborovanje-oksidacija predstavlja jo jednu metodu za hidrataciju alkena.Poetna adicija je sin i regioselektivna je, a bor se vezuje za manje supstituisaniugljik. Oksidacija alkilborana pomou baznog vodik-peroksida daje alkohol anti-Markovnikov-ljevog tipa, uz retenciju konfiguracije alkil-grupe.


12/21

7. Prikaz i objanjenja spektara

2-bromo-2-metilpropan

ChemNMR 1H Estimation

1.79 1.79

1.79

Br

Estimation quality: blue = good, magenta = medium, red = rough

0123PPM

Protocol of the H-1 NMR Prediction:

Node Shift Base + Inc. Comment (ppm rel. to TMS)

CH3 1.79 0.86 methyl

0.83 1 beta -Br

0.10 2 beta -C


0.83 1 beta -Br 0.10 2 beta -C


0.83 1 beta -Br

0.10 2 beta -C

Na H-NMR spektru imamo jedan signal koji potie od istih pro tona metil grupa u vidutripleta na 1.79 ppm.


13/21

ChemNMR 13C Estimation

37.6

62.1

37.6

37.6

Br


0102030405060PPM

Protocol of the C-13 NMR Prediction:


CH3 37.6 -2.3 aliphatic

9.1 1 alpha -C

18.8 2 beta -C

11.0 1 beta -Br

1.0 general corrections


9.1 1 alpha -C

18.8 2 beta -C

11.0 1 beta -Br


C 62.1 -2.3 aliphatic

27.3 3 alpha -C

18.9 1 alpha -Br



9.1 1 alpha -C

18.8 2 beta -C

11.0 1 beta -Br


Na prikazanom C-NMR spektru vidimo dva pika od kojih prvi na 37.6 ppm potie odtri metil grupe,a drugi pik na 62.1 ppm potie od drugog C atoma na kojeg su vezanemetil grupe kao i brom.


14/21

Na predoenom IR spektru moemo prepoznativrpcu na 2960 cm-1koja potie odmetil grupa, odnosno C-H veza.


15/21

2-metil-1-propen


1.71

1.71

4.75

4.75

H

H


012345PPM




0.85 1 alpha -C=C


0.85 1 alpha -C=C H 4.75 5.25 1-ethylene

-0.50 2 -C c + t

H 4.75 5.25 1-ethylene

-0.50 2 -C c + t

Na H-NMR spektru 2-metil-1-propanola imamo dva pika u vidu dubleta. Prvi pik na1.71 ppm koji potiu od protona vezanih za dvije metil-grupe. Dok se drugi dublet na4.75 ppm odnosi na dva protona vezanih za prvi C atom koji je vezan dvostrukomvezom za drugi C atom.


16/21


25.8

141.8

112.1

25.8


020406080100120140PPM




19.5 1 alpha -C=C

9.4 1 beta -C

-0.8 general corrections

CH2 112.1 123.3 1-ethylene

-14.8 2 -C


C 141.8 123.3 1-ethylene

18.8 2 -C

-0.3 general correctionsCH3 25.8 -2.3 aliphatic

19.5 1 alpha -C=C

9.4 1 beta -C


Na C-NMR spektru imamo tri pika. Prvi pik na 25.8 ppm se odnosi na C atome metil-grupa, drugi na 112.1 ppm pripada prvom C atomu vezanog dvostukom vezom, atrei pik na 141.8 ppm se odnosi na drugi C atom koji je takoe vezan dvstrukomvezom i za sebe ima vezane dvije metil-grupe.


17/21

Zbog nepostojanja IR spektra spoja kojeg analiziramo, posluiti emo se spektrom 3-hloro-2-metilpropena.

Na prikazanom IR spektru imamo dvije karakteristine vrpce. Prva na 1650 cm -1pokazuje prisusvo dvostruke veze, a drugi na 2960 cm-1koji potie od C-H veza.


18/21

2-metil-1-propanol


1.01

1.92

3.49

4.78

1.01

OH


012345PPM




0.10 1 beta -C-R

0.05 1 beta -C

OH 4.78 2.00 alcohol


CH2 3.49 1.37 methylene

2.20 1 alpha -O -0.08 2 beta -C

CH 1.92 1.50 methine

0.34 2 alpha -C

0.08 1 beta -O


0.10 1 beta -C-R

0.05 1 beta -C

Na prikazanom H-NMR spektru imamo 4 pika. Prvi pik je multiplet koji potie od estprotona metil grupa na 1.01 ppm, drugi pik je takoer multiplet na 1.92 koji potie odprotona drugog C atoma, trei pik je triplet na 3.49 ppm od dva protona prvog Catoma, i etvrti pik je u vidu singleta na 4.78 ppm i potie od protona hidroksilne

grupe.


19/21


19.2

30.9

72.6

19.2

OH


01020304050607080PPM




9.1 1 alpha -C

18.8 2 beta -C

-6.2 1 gamma -O



9.1 1 alpha -C

49.0 1 alpha -O

18.8 2 beta -C


CH 30.9 -2.3 aliphatic

27.3 3 alpha -C

10.1 1 beta -O



9.1 1 alpha -C

18.8 2 beta -C

-6.2 1 gamma -O


Na predoenom C-NMR spektru imamo tri karakteristina pika. Prvi na 19.2 ppm seodnosi na dva C atoma koji su prisutni u spoju u vidu metil-grupa, drugi na 30.9 ppmkoji potie od drugog C atoma, i trei pik na 72.6 ppm se odnosi na prvi C atom za

kojeg je vezana OH grupa.


20/21

Na prikazanom IR spektru imamo tri karakteristine vrpce. Prva na 1380 cm -1 seodnosi na 1-metil-etil (izopropil grupu) prisutnu u strukturi. Druga vrpca je na2960 cm-1koja nam daje informacije o prisutnosti C-H veza (CH3kao i CH2). I treavrpca na 3330 cm-1se odnosi na OH grupu prisutnu u strukturi. Dati spoj je alkohol.


21/21

8. Literatura

o Milosavljevi S.M. , Stukturne instrumentalne metode, Hemijski fakultetBeograd, 2004.

o Peter K., Vollhardt C., Schore.N. , Organska hemija, Data status

Beograd, 2003.o http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgi
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgihttp://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgihttp://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgi

retrosinteza 2-metil-propanola

Documents