KAPITEL 17. ALKOHOLER OG FENOLER.

Transkript

1 KAPITEL 17. ALKLER G FENLER.

2 1. NAVNSETTING AV ALKLER G FENLER Alkoholer klassifiseres som primære, sekundære eller tertiære avhengig av antall organiske grupper bundet til karbonet som bærer. Regler for navnsetting av alkoholer. Den lengste kjeden som inneholder er stammen og i stammen tilfører man ol. Nummerering starter ved enden nærmest gruppen. Substituenter nummereres etter deres posisjon i kjeden og siteres i alfabetisk rekkefølge. Fenoler navngis etter regler gitt i kap 15.2 ppgave 17.1 Gi IUPAC navn til følgende forbindelser. 5-metylheksan-2,4-diol 2-metyl-4-fenylbutan-2-ol 4,4-dimetylsykloheksanol Br Br trans -2-bromsyklopentanol 4-brom-3-metylfenol ppgave 17.2 Tegn strukturen som korresponderer til følgende IUPAC navn. Cl 2-etylbut-2-en-1-ol sykloheks-3-enol trans -3-klorsykloheptanol pentan-1,4-diol 2,6-dimetylfenol orto-(2-hydroksyetyl)fenol 2

3 2. EGENSKAPER VED ALKLER G FENLER: YDRGENBINDINGER T 137 Alkoholer har sp 3 hybridisering og nesten tetraederiske bindingsvinkler. Alkoholer har høyt kokepunkt relativt til hydrokarboner p. g. a. hydrogenbindinger. I hydrogenbindinger er hydrogen på en gruppe tiltrukket ledige elektronpar og dette gir en svak elektrostatisk kraft som holder molekylene sammen. Disse svake kreftene må overkommes i koking. ppgave 17.3 Følgende data for fire isomere butanoler viser at kokepunktet avtar med økt substitusjon. vordan forklar du denne trenden? butan-1-ol 117,5 ºC butan-2-ol 99,5 ºC 2-metylpropan-2-ol 82,2 ºC Generelt vil kokepunktet til en serie isomere avta med økt forgreining. Jo mer sfærisk en forbindelse blir jo mindre overflateareal har den relativt til en rettlinjet forbindelse med samme molekylmasse og samme type funksjonelle grupper. Et lite overflateareal tillater færre van der Waals interaksjoner. Van der Waals interaksjoner er svake krefter som holder kovalente forbindelser sammen. I tillegg vil forgreininger i alkoholer gjøre det vanskeligere for hydroksylgrupper å være nær hverandre slik at det kan danne hydrogenbindinger. Et gitt volum av 2-metylpropan-2-ol vil derfor inneholde færre hydrogenbindinger enn samme volum butan-1-ol. Det kreves mindre energi når hydrogenbindingene skal brytes ved koking. 3. EGENSKAPER VED ALKLER G FENLER: SYRE G BASESTYRKE T138 Alkoholer og fenoler er både svake syrer og svake baser. Alkoholer og fenoler vil i liten grad dissosiere og danne henholdsvis alkoksidioner og fenoksidioner. Alkoholers syrestyrke. Alkoholer har omtrent samme syrestyrke som vann. Alkylsubstituenter senker surheten ved å hindre solvatisering av alkoksidionet. Elektrontiltrekkende substituenter øker surheten ved å delokalisere negativ ladning. Alkoholer reagere ikke med svake baser men de reagerer med alkalimetaller og sterke baser. Fenolers syrestyrke. Fenoler er en million ganger surere enn alkoholer og er løselige i fortynnet Na. Surhet skyldes resonansstabilisering av fenoksid anionet. Elektrontiltrekkende substituenter øker surheten av fenol og elektrondonerende substituenter senker surheten. 3

4 ppgave 17.4 Ranger følgende substanser etter økende surhet. a () 2C, C C, (CF 3) 2C, C C (alkyn) < () 2C (hindret alkohol) < (alkohol) < (CF 3) 2C (alkohol med elektrontiltrekkende gruppe) b Fenol, p-metylfenol, p-(trifluormetyl)fenol p-metylfenol (fenol med elektrondonerende gruppe) < fenol < p-(trifluormetyl)fenol (fenol med elektrontiltrekkende gruppe) c Benzylalkohol, fenol, p-hydroksybenzosyre Benzylalkohol (alkohol) < fenol (fenol) < p-hydroksybenzosyre (karboksylsyre) ppgave 17.5 p-nitrobenzylalkohol er surere enn benzylalkohol, mens p-metoksyalkohol er mindre sur. Forklar dette. Vi lærte i kapittel 16 at en nitrogruppe er elektrontiltrekkende. Elektrontiltrekkende grupper stabiliserer fenoksid anionet, p-nitrobenzylalkohol er surere enn benzylalkohol. Metoksygruppen er elektrondonerende og gjør p-metoksybenzylalkohol mindre sur enn benzylalkohol 4. FREMSTILLING AV ALKLER. ydratisering av alkener ydroborering/oksidasjon gir anti-markovnikov produkter. ksymerkurering/reduksjon gir Markovnikov produkter. 1,2-dioler med syn stereokjemi fremstilles fra alkener ved reaksjon med s 4 hydroksylering, fulgt av reduksjon. med anti stereokjemi fremstilles fra alken ved reaksjon med persyrer, fulgt av ringåpning av epoksidet. ppgave 17.6 Forutsi produktene av følgende reaksjoner. a. ydroksygruppen bindes til det minst substituerte karbonet etter hydroborering/oksidasjon. 1. B 3, TF , - 2-metyl-4-fenylbutan-1-ol b Markovnikov produktet er resultat av oksymerkurering/reduksjon. 4

5 1. g(ac) 2, 2 2-metylpent-2-en 2. NaB 4 2-metylpentan-2-ol c. ydroksylering resulterer i en diol med syn stereokjemi. C 9 C 4 C C s 4 2. NaS 3, 2 C 9 C 4 C C 4 9 C 9 C 4 C C ALKLER FRA REDUKSJN AV KARBNYLFRBINDELSER Aldehyder reduseres til primære alkoholer. Ketoner reduseres til sekundære alkoholer. Både NaB 4 og LiAl 4 kan benyttes for å redusere aldehyder eller ketoner. Karboksylsyrer og estere reduseres til primære alkoholer med LiAl 4. Disse reaksjonene skjer ved addisjon av hydrid til positivt polarisert karbon i karbonylgruppen. Vann adderes til alkoksid intermediat for å gi produkt, en alkohol. ppgave 17.7 vilke reagens tror du vil gi følgende reaksjoner? Reagens er gitt med rød skrift. a. NaB 4 reduserer aldehyder og ketoner uten å påvirke andre grupper. 1. NaB b. LiAl 4 reduserer både ketoner og estere 1. LiAl c. LiAl 4 reduserer karbonylgrupper uten å redusere CC dobbeltbindinger 1. LiAl

6 ppgave 17.8 vilke karbonylforbindelser gir følgende alkoholer ved reduksjon med LiAl 4? Vis alle muligheter. a. Benzylalkohol er reduksjonsproduktet fra et aldehyd, en karboksylsyre eller en ester. eller eller R 1. LiAl c 1. LiAl c 1. LiAl d eller eller R 1. LiAl ALKLER FRA REAKSJN MELLM KARBNYLFRBINDELSER G GRIGNARD REAGENS RMgX adderer til karbonylforbindelser for å gi alkoholer. Reaksjon mellom RMgX og formaldehyd (metanal) gir primære alkoholer. Reaksjon mellom RMgX og aldehyder gir sekundære alkoholer. Reaksjon mellom RMgX og ketoner gir tertiære alkoholer. Reaksjon mellom RMgX og estere gir tertiære alkoholer med to R grupper bundet til alkohol karbon. Ingen reaksjon skjer med karboksylsyrer fordi sure hydrogen quencher Grignard reagens. Begrensninger ved Grignard reagens. Grignard reagens kan ikke fremstilles fra reagens som inneholder andre reaktive grupper. Grignard reagens kan ikke fremstilles fra reagens som inneholder sure hydrogen. Grignard reagens oppfører seg som karbanion og adderer til karbonylkarbon. Et proton fra vann adderes til alkoksid intermediatet for å produsere alkoholen. 6

7 ppgave 17.9 Vis produktene som fås ved addisjon av metylmagnesiumbromid til følgende forbindelser a. Syklopentanon 1. MgBr b. benzofenon (difenylmetanon) 1. MgBr c. heksan-3-on 1. MgBr ppgave Bruk en Grignard reaksjon til å fremstille følgende alkoholer. Bestem først hvilken type alkohol du har. Dersom alkoholen er primær kan den fremstilles fra formaldehyd (metanal) og et passende Grignard reagens. Dersom alkoholen er sekundær kan den fremstilles fra et aldehyd og et Grignard reagens. (Vanligvis er det to kombinasjoner av aldehyd og Grignard reagens.) En tertiær alkohol syntetiseres fra et keton og en Grignard reagens. Dersom alle tre gruppe på den tertiære alkoholen er forskjellige er det ofte tre forskjellige kombinasjoner av keton og Grignard reagens. Dersom to av gruppene er like kan alkoholer også syntetiseres fra en ester og to ekvivalenter av et Grignard reagens. a. 2-metylpropan-2-ol 1. MgBr MgBr b. 1-metylsykloheksanol 1. MgBr

8 c. 3-metylpentan-3-ol 1. MgBr C 2 MgBr R 1. 2 C 2 MgBr d. 2-fenylbutan-2-ol 1. MgBr C 2 MgBr R 1. 2 C 6 5 MgBr e. benzylalkohol 1. C 6 5 MgBr ppgave Bruk et Grignard reagens med en karbonylforbindelse for å syntetisere følgende forbindelser. 1. MgBr NEN REAKSJN MED ALKLER T139 T140 Dehydratisering av alkoholer for å gi alkener. I varm vandig 2S 4 dehydratiseres tertiære alkoholer. Zaitsev produkter dannes vanligvis. 8

9 Betingelser som er nødvendig for dehydratisering av primære og sekundære alkoholer begrenser metoden til tertiære alkoholer. Tertiære alkoholer reagerer hurtigst fordi karbokationet som er intermediat i denne E1 reaksjonen er mest stabilt. Sekundære og primære alkoholer dehydratiseres med PCl 3 i pyridin. Denne reaksjonen skjer via en E2 mekanisme. Pyridin tjener som base og løsningsmiddel. mdannelse til haloalkaner. Tertiære alkoholer (R) omdannes til RX ved behandling med X. Reaksjonen skjer via en S N1 mekanisme. Primære alkoholer omdannes med reagensene PBr 3 og SCl 2. Reaksjonene skjer via en S N2 mekanisme. mdannelse til tosylater. Reaksjon med p-toluensulfonylklorid omdanner alkoholer til tosylater. Kun - bindingen brytes. Tosylater oppfører seg som haloalkaner i substitusjonsreaksjoner. S N2 reaksjoner som involverer tosylater skjer med inversjon av konfigurasjon. ppgave vilke produkter vil du forvente fra dehydratisering av følgende alkoholer med PCl 2 i pyridin? Vis hovedproduktet i hvert tilfelle. PCl 3 2-metylpentan-3-ol pyridin major minor PCl 3 pyridin trans -2-metylsykloheksanol Ved en E2 eliminasjon går dehydratisering hurtigst når de to gruppene som elimineres er relatert trans diaksialt. I denne forbindelsen er det eneste hydrogenatomet i riktig stereokjemisk posisjon til på karbonatom nummer 6. Kun ikke Zaitsev produktet, 3-metylsykloheksen, vil dannes. 9

10 PCl 3 pyridin cis -2-metylsykloheksanol er er hydrogen på karbonatom nummer 2 trans til hydroksylgruppen og dehydratisering for å gi Zaitsev produktet, 1-metylsykloheksen. 8. KSIDASJN AV ALKLER ksidasjon av alkoholer. Primære alkoholer kan oksideres til aldehyder eller karboksylsyrer. Sekundære alkoholer kan oksideres til ketoner. Tertiære alkoholer kan ikke oksideres. ksidasjon til ketoner og karboksylsyrer kan utføres med KMn 4, Cr 3 eller Na 2Cr 2 7. ksidasjon av primære alkoholder til aldehyder kan også oppnås med PCC. PCC benyttes også med sensitive alkoholer. ksidasjon skjer via en mekanisme nær relatert til en E2 mekanisme. Reaksjonen involverer et kromat intermediat. ppgave vilke alkoholer gir følgende produkter ved oksidasjon? a Cr b PCC C 2 Cl 2 c. Cr

11 ppgave vilke produkter forventer du ved oksidasjon av følgende forbindelser med Cr 3 i vandig syre? vilke forventer du med pyridinium klorkromat? Utgangsstoff Produkt etter reaksjon med Cr Produkt etter reaksjon med PCC C C C C Ingen reaksjon 9. BESKYTTELSER AV YDRKSYGRUPPER Det er noen ganger nødvendig å beskytte en alkohol når den interfererer med en reaksjon som involverer en funksjonell gruppe i en annen del av molekylet. Følgende reaksjonssekvens kan anvendes: Beskytt alkoholen Utfør reaksjonen Fjern den beskyttende gruppen En trimetylsilyl ( TMS) eter kan brukes som beskyttelse. TMS etere dannes via en S N2 reaksjon TMS etere er ikke reaktive TMS etere kan spaltes ved vandig syre eller med F - ppgave TMS etere kan fjernes ved behandling med fluorid eller med syrekatalysert hydrolyse. Forslå en mekanisme for reaksjon mellom sykloheksyl TMS eter med LiF. Fluortrimetylsilan er produktet. F C Si 3 C - + F Si 10. FREMSTILLING G BRUK AV FENLER Fenoler kan fremstilles ved behandling av klorbenzen med Na. 11

12 Fenoler kan også fremstilles fra isopropylbenzen (kumen). Kumen reagerer med 2 via en radikal mekanisme for å gi kumen hydroperoksid. Behandling av kumen hydrogenperoksid med syre gir fenol og propanon. Mekanismen involverer protonering, omleiring, tap av vann, addisjon av vann igjen for å danne et hemiacetal og nedbrytning av propanon og fenol. I laboratoriet kan fenoler dannes når sulfonsyrer behandles med Na. Klorinerte fenoler som herbicidet 2,4-diklorfenoksyeddiksyre (2,4-D) kan dannes ved å klorinere fenol. BT fremstilles ved Friedel-Craft alkyler av p-kresol med 2-metylpropen. ppgave p-cresol (4-metylfenol) brukes både antiseptisk og som et utgangsstoff for å lage mattilsetningsstoffet BT. vordan vil du lage 4-metylfenol fra benzen? Cl AlCl 3 S 3 2 S 4 1. Na S 3 ppgave Vis mekanismen for reaksjonen mellom 4 metylfenol med 2-metylpropen. 3P 4 katalyser reaksjonen som gir tilsetningsstoffet BT. Fosforsyre protonerer 2-metylpropen og danner et tert-butyl karbokation. + 3 P P 4 C( ) 3 C( ) 3 + C( ) 3 ( ) 3 C C( ) 3 (C3 ) 3 C C( ) REAKSJNER MED FENLER. Fenoler undergår elektrofile aromatiske substitusjonsreaksjoner. - gruppen er o,p dirigerende. 12

13 Sterke oksidasjonsmidler omdanner fenoler til kinon Reaksjonen med Fremys salt for å danne et kinon skjer via en radikal mekanisme Redoksreaksjonen kinon til hydrokinon skjer lett. 12. SPEKTRSKPI MED ALKLER G FENLER T141 Både alkoholer og fenoler viser strekk i området cm -1. Ikke hydrogenbundne alkoholer viser strekk ved 3600 cm -1. ydrogenbundne alkoholer viser strekk ved cm -1. Alkoholer viser C- strekk ved 1500 cm -1. Fenoler viser aromat bånd i området cm -1. Fenol viser bånd for en monosubstituert aromat ved 690 cm -1 og 760 cm -1. ppgave Anta at du skal fremstille kolest-5-en-3-on fra kolesterol. vordan vil du bruke IR spektroskopi til å si om reaksjonen var vellykket? vilke forskjeller vil du se etter i spekteret av utgangstoffet og produktet? Cr Kolesterol viser strekk ved cm -1 og kolest-5-en-3-on viser C= strekk ved 1715 cm -1. Når oksidasjonen er fullstendig vil strekk ved cm -1 ikke lenger vises. 13