Løsninger:EKSAMEN I EMNE TKJ4111 ORGANISK KJEMI VK

Transkript

1 orges teknisk-naturvitenskaplige universitet Institutt for kjemi Løsninger:EKSAME I EME TKJ4111 RGAISK KJEMI VK Faglig kontakt under eksamen: Bård elge off Tlf: Eksamensdato: 21. mai 2007 Eksamenstid: SP: 7.5 Tillatte hjelpemidler: Språkform: D-ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Molekylbyggesett er tillatt orsk Antall sider: 5 Sensurdato: 11. juni

2 ppgave 1. Angi det kinetiske og termodynamiske produkt (1c og 1d) etter en perisyklisk reaksjon mellom stoffene 1a og 1b. Forklar hvorfor dette er tillatte reaksjoner! (7.5 poeng) 1c 1d 1a 1b Løsning oppgave 1. Kilde: Process chemistry in the pharmaceutical industry, p 39. og Rulisek, Lubomir; Journal of rganic Chemistry (2005), 70(16), Produkt: DA reaksjon med mulighet for kinetisk endo produkt og termodynamisk favorisert exoprodukt. (Endo-produktet er veldig ustabilt i dette tilfellet) 1a 1b 1c 1d Endo-produkt (Kinetisk produkt) Exo-produkt Termodyna misk produkt Tillatt/forbudt reaksjon: 42 sykloaddisjon, 4n2 regelen sier at reaksjonen er termisk tillatt. Kan analyseres ved hjelp av grenseorbital teorien: Kombinerer M og LUM orbitalene M 2 LUM * 2

3 ppgave 2. Syntesen vist nedenfor er et av de siste trinn i syntese av et kolesterolsenkende legemiddel.. vilken type reaksjoner er dette? va blir produktet 2c? Beskriv syntesen mekanistisk! (7.5 poeng) F Br- P( 3 ) Me a DMF 2c R 2a 2b Løsning oppgave 2: Kilde: EP 326, (Macfarlane, Process chemistry in. side256) -Wittig kjemi. -atrium hydrid benyttes som base for å lage ylidet -Stereokjemi over alkenet skal være E. (Stabiliserte ylid gir E) F Br- P( 3 ) F - C P( 3 ) a DMF Me R 2b 2a Ylid Ylen R Me F R C P( 3 ) F 2c 3

4 ppgave 3. Tegn opp det kinetiske og termodynamiske enolat av stoffet 3. Gjør kort rede for faktorer som påvirker dannelsen av kinetisk og termodynamisk enolater. (7.5 poeng) 3 C 3 Løsning oppgave 3-3 C Base: C - 3 C 3 C 3 Termodynamiske enolat - 3 C Base: 3 C C - 3 C 3 Kinetisk enolat 4

5 ppgave 4. I hvert tilfelle angi antatt hovedprodukt i reaksjonen. (15 poeng) C (CF 3 C) 2 C 3 p-ts CBr 2 3 C C 3 BuLi Me 1. LDA 2. C 2 Br C 3-2 C S C 3 DMS C 3 Løsning oppgave 4. (Alle oppgaver er hentet fra C&S, oppgavene som ikke er gjennomgått på øving eller forelesning) Liknende reaksjoner er gjennomgått. 5

6 C (CF 3 C) 2 C 2 2 C&SB-s 696 eks6 94 % utbytte C 3 p-ts C 3 Mahindaratne JC 1998 (side 705 eksempel 4) 53 % (orto: 29, meta 18) Me CBr 2 3 C C 3 BuLi Me 55 % C 3 C 3 C&S p 628 eksempel LDA 2. C 2 Br C&S B p29 eks 7 C 3 C 3 78 % - 2 C S C 3 DMS 94 % C&SB s 123 eksempel 7 C 3 B: Syntese 3. Uheldig oppgave. Imot det som er vanlig for andre analoger skjer en metall halogen utbutting raskere enn snapping av hydrogen. Produkter med brom på samme karbon som fenyl gruppen godtas derfor også 6

7 ppgave 5. Forklar hvordan det er mulig å danne naturstoffet 5c via to elektrosykliske reaksjoner fra 5a. Vis med grenseorbital teorien hvordan stereokjemien kan forutsis. (7.5 poeng) 5b C 2 2 C 5a 5c Løsning oppgave 5: Kilde: Clayden, rganic Chemistry, xford University press s960 C 2 Elektrosyklisk ring lukking 8 elektroner Termisk 4n= conrotasjon C 2 Elektrosyklisk ring lukking 6 elektroner Termisk 4n 2= disrotasjon 5a 5b 2 C 5c 7

8 CRTASJ C 2 C 2 M- DISRTASJ 2 C C 2 M- 5c 8

9 ppgave 6. Fra stoffet 6a og 6d kan en vha reagenser danne 6e. Angi struktur til 6e og 6b, og beskriv denne prosessen med reagenser og mekanismer. (7.5 poeng) C 2 C 2 Bn 6b 6e 6a 2 6c Løsning oppgave 6: Kilde: Prinsipp fra Læreboka kombinert med alternativ setralin syntese beskrevet i: Dockendorf JACS Cl 6d Cl C 2 Bn C 2 Bn 6a C 2 2 6b c Diels-Alder Cl 6d Cl Cl Cl 1. Diazotering 2. Dekomponering til benzyn 3. Diels Alder reaksjon 6e 9

10 ppgave 7. Foreslå en synteserute til 7b fra 7a. Vis hvilke reagenser og betingelser som anvendes og forklar det som skjer mekanistisk. (12.5 poeng) C 3 C 3 Flere steg 7a 7b Løsning oppgave 7. Kilde: C&SB kap 2, oppgave 3sf sid Alkylering med base og metyl halid (MeI, MeBr) 2. Robinson annulasjon i en eller annen form. Base C - C 3 I C 3 7a Resonans 10

11 Base: aet, KtBu, K C 3 C 3 C 3 Proton overføring C 3 Base C - C - C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C Base Base C 3 C 3 7b gså mulig å gjøre siste del vha enaminer: Coates et al JACS 1970: C 3 C 3 Ac/aAc Benzen C 3 C 3 7b B: forslag med å snu rekkefølgen av trinn med metylering til slutt gir dårlig regiokontroll. 11

12 ppgave 8. Vis hvilke hovedprodukt som dannes når 8a og 8b utsettes for de gitte reaksjonsbetingelser. Vis mekanisme for de to reaksjonene. (12.5 poeng) S 2 K-tBu 3 C C 3 8a C 3 3 C C 3 C 2 1. SCl2/pyridin 2. a3, xylen b Løsning oppgave 8: Kilde a) Eksempel 3 side 605 C&SB b) Eksemple 4 side 647 8a: Base katalysert Pinacol-omleiring: S 2 Ar - S 2 Ar K-tBu -S 2 Ar 3 C C 3 8a C 3 3 C C 3 C 3 8b 3 C C 3 85 % C 3 12

13 -epoksiddannelse: siden gruppene er må samme side blir baksideangrep vanskelig- -Eliminering over E2 mekanisme er mulig: 8b. dannelse av syreklorid og Curtis omleiring Curtis omleiring 3 C C 3 C 2 1. SCl2/pyridin 3 C C 3 C 2 Cl a 3 3 C C 3 - (Trenger ikke mek) Cl 3 3 C Et - 3 C Et C 2 3 C Et Isocyanat 3 C Et 2 C 2 66 % ppgave 9. vordan kan man fremstille produktet 9b fra 9a.? Vis betingelser og mekanisme. (12.5 poeng) Flere steg 9a 9b 13

14 Løsning oppgave 9: Kilde. Rockett JACS SCl 2 /et 3 Cl AlCl 3 (resonans stabilisert) 9a AlCl 4 - C Arenium ion a 2 2.eq base Li - C 1 eq BnBr C - Li C - Li /vann Eter ( 4 Cl) Bn= C 2 Mest basisk site 73 % 1. Lage syreklorid (mekanisme ikke påkrevd til syreklorid) 2. FC acylering med AlCl3 (mekanisme over acylium ion) Alternativt kan syren sylkiseres med polyfosforsyre. C&S sier at mekanismen er uklar. 3. Deprotonering med to ekvivalenter base. Må være en rimelig sterk base: a2, LDA, 4. Alkylering med en ekvivalent BnBr 5. protonering av enolat 14

15 ppgave 10. (10 poeng) a) Gjør rede for de prosesser der en fotokjemisk eksitert tilstand kan miste sin energi før reaksjon skjer. b) vorfor er det nyttig å kjenne UV-spektret til en forbindelse før en utfører fotokjemi? c) Stoffet 10a reagerer fotokjemisk over n> * overgangen blant annet til 10b. Formuler en mekanisme for dannelse av 10b. hv 10a 10b Løsning oppgave 10 a) Tap av energi fra en eksitert tilstand: Vibrasjonell energi: avgivning av varme til omgivelsene (løsningsmiddel) -Fluoresens: avgivning av lys og retur til grunntilstand -Intersystem crossing: fra eksitert singlett tilstand til triplett tilstand -Fosforesens: retur til grunntilstand fra triplett tilstand med avgivning av lys S 2 Vibrasjonell relakasjon T 2 S 1 Intersystem crossing Fluoresens Eksitering T 1 Fosforesens S 0 Grunntilstand 15

16 b) vorfor nyttig å kjenne UV spekteret: Molekyler absorberer lys best ved deres absorpsjonsmaksimum Desto høyere ekstingsjonskoffesient desto bedre absorpsjon Kan være ønske om å selektivt eksitere bare et molekyl Må ikke absorbere i området til løsningsmidler c) Kilde oppgave: Ekstraoppgave s784 C&SA (Padwa JACS 1970, p Keto-enol likevekt Eksitering etterfølges av hydrogen abstraksjon Dette skaper et diradikal. Diradikalene kan kombinere (ikke vist her), men det er også mulig med fragmentering til enolen som er i likvekt med ketonet. 16