Livello di ossidazione delle molecole organiche

Ossidazioni e Riduzioni
Ossidazione: Perdita di elettroni da un elemento
Rid i
Riduzione:
A
Acquisto
i t di elettroni
l tt
i
Per i composti organici:
Ossidazione: Rimozione di atomi di idrogeno
g
o introduzione di
eteroatomi in una molecola
Riduzione: Addizione di atomi di idrogeno o rimozione di
eteroatomi in una molecola
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Livello di ossidazione delle molecole organiche
Scrivere il meccanismo per le trasformazioni descritte sopra
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Livello di ossidazione delle molecole organiche
Addizione di acqua – stato ossidazione invariato
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Livello di ossidazione dell’azoto
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Idrogenazioni metallo catalizzate
Reazione a più stadi – stereospecifica (addizione sin)
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Catalizzatori per idrogenazione:
Metallo finemente distribuito su una superficie inerte:
Platino, palladio, nickel (5(5-10%) su carbone o CaCO3
Adam’s
Adam
’s catalyst
catalyst:: PtO2.H2O (precatalizzatore
(precatalizzatore).
). In presenza di H2 si
riduce a Pt metallico sul supporto
Pd/C Pd/CaCO3
Solventi: etanolo, acido acetico, metilen cloruro, eteri. 1
1--5 atm H2.
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Reazioni di idrogenazione: stereochimica e chemoselettività
Stereospecifica, chemoselettiva,
chemoselettiva, può essere stereoselettiva
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Reazioni di idrogenazione: alchini
Difficile da fermare a livello di olefina.
Se il catalizzatore viene ‘avvelenato’ diventa meno efficiente ma più
selettivo
Lindlar catalyst:
catalyst: Pd/CaCO3 + chinolina e piombo acetato
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Esercizio: quale è il prodotto di reazione atteso per i seguenti
composti con eccesso di H2 e 5% di Pd/C?
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Reazioni di idrogenazione: composti azotati
Diversi gruppi funzionali contenenti azoto possono essere ridotti via
idrogenazione. Gruppi ciano e azido
azido,, facilmente inseribili in molecole via
reazioni di sostituzione possono essere trasformati in ammine
+1C
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Reazioni di idrogenazione: Reazione di Mitsunobu
Trasformazione alcol –ammina primaria stereospecifica.
Inversione di configurazione.
Come altro potreste fare l’ammina dall’alcol?
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Reazioni di idrogenazione: composti azotati.
Riduzione gruppi nitro aromatici. Sintesi di aniline
Esercizio: disegnare la struttura del prodotto principale atteso
dalle seguenti reazioni
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Ossidazione: Rimozione di atomi di idrogeno o introduzione di
eteroatomi (ossigeno
(ossigeno)) in una molecola.
Molecole ad elevato contenuto di ossigeno: O2, O3, RCOOOH, KMnO4,
CrO3, K2Cr2O7, OsO4, NaIO4
Ossigeno molecolare
ossigeno in stato di tripletto
tripletto,, elettroni spaiati (inerte cineticamente).
cineticamente). Ossigeno di
singoletto molto più reattivo. Si ottiene per eccitazione fotochimica in presenza di un
fotosensitizzatore
Ossigeno di singoletto
singoletto:: reagisce via reazioni di cicloaddizione (pericicliche)
pericicliche)
per fare endoperossidi
endoperossidi))
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Reazioni di DielsDiels-Alder (cicloaddizioni 4+2)
Stereospecifica (è un processo concertato)
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Endoperossidi naturali: Artemisinina (antimalarico
naturale estratto dalla Artemisia annua) e suoi derivati
Artemisinina
Artemether
Artemisia annua
Acido Artenilico
Artenimolo
Artemotil
Artesunate
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Ozono: reazioni di ozonolisi
Ozono: molecola dipolare (1,3 dipolo)
Reagisce con un alchene via un meccanismo [4+2] portando ad una
specie chiamata molozolide che è instabile e riarrangia a ozonide
ozonide..
Gli ozonidi posso essere opportunamente trattati ((work
work up ossidativo
MeSMe)) per fornire i corrispondenti
(H2O2) o riduttivo (Zn.H2O o MeSMe
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composti carbonilici
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reazioni di ozonolisi
Workup ossidativo:
H 2O 2
H
Workup riduttivo:
Zn/H
Zn
/H2O; Me2S
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Ozonolisi riduttiva: si ottiene l’aldeide e il chetone corrispondente
alla rottura del doppio legame
Esercizio: disegnare la struttura del prodotto principale atteso
dalle seguenti reazioni con work up ossidativo e riducente
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Osmio tetrossido:
Anche in questo caso possiamo utilizzato il meccanismo di cicloaddizione
concertato [4+2] per descrivere la reazione di ossidazione di un doppio legame
legame.. Il
prodotto finale è un diolo e la reazione di ossidazione (addizione) è stereospecifica
(cis addizione).
addizione).
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L’osmio tetrossido è tossico e costoso e quindi si preferisce usarlo come
catalizzatore in presenza di altri ossidanti primari:
R
H2 O
R
R
O
O
HO
6
OH
L*
O
Primary Cycle
(High ee.s)
O Os O
O
1
R
O
R
R
Os
O L* O
9
NMM
L*
R
y
Secondaryy Cycle
(Low ee.s)
O
O
R
MNO
R
R
O
R
O Os
O
O
8
L*
O
O
R
R
10
L*
L*
O
O
Os
H2 O
R
R
R
6
HO
OH
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Osmilazione – osmio tetrassido come catalizzatore
R
OsO4 + L* (amine) +
R
R
R
O
O
O Os
O
O
L*
R +
N
O Me
O
O Os
O
O
L*
R
O
O Os
O
O
L* O
Me
(5)
R
R
(6)
N
O
R
O
O Os
O
O
L* O
R
N
Me
O
O
O
Os
O L* O
R
R
O
O
+ H2O
R
N
O Me
+
R
OsO4.L* +
N
Me
R
+ H2O
R
HO
R
OH
(7)
(8)
OH
(9)
OsO4 + L*
O
+
O
R
R
HO
OsO4.L*
R
O
O
Os
O L* O
O
O
+
N
(10)
Me
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Osmilazione – reazione stereospecifica
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Esercizio: scrivere la struttura del prodotto principale atteso dalle
seguenti reazioni evidenziandone la stereochimica.
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Sodio periodato: gli ioni periodato sono in grado trasformare i
dioli portando a composti aldeidici corrispondenti.
Possono essere utilizzati in concerto con l’osmio tetrossido
(Lemeiux
Lemeiux--Johnson cleavage
cleavage))
Meccanismo
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La rottura ossidativa di un doppio legame C=C porta sempre al
corrispondente composto carbonilico se all’atomo di carbonio non
sono legati dei protoni.
Se sono legati dei protoni si può ottenete l’aldeide corrispondente
o l’acido carbossilico, a seconda delle condizioni di cleavage
utilizzate
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Epossidi: si possono ottenere per ossidazione di alcheni. Generalmente si
utilizzano peracidi (acido peracetico).
peracetico). Sono sostanze esplosive e sensibili anche
agli shock meccanici
Meccanismo
(reazione stereospecifica, sin addizione)
L’ossidazione è elettrofila per cui olefine elettron ricche saranno più reattive
Quale prodotto si formerà?
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Sintesi di Epossidi: via addizione stereospecifica e
SN2 o ossidazione con peracidi
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Sintesi di Dioli
Dioli:: via osmilazione o ossidazione con
peracidi/idrolisi. Controllo della stereochimica
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Sintesi di epossidi ((ossirani
ossirani))
Stereochimica
ritenzione
inversione
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Epossido (ossirani) – eteri ciclici
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Controllo regiochimico della reazione
Sostituzione
Sost
tu o e alla
a a posizione
pos o e meno
e o sostituita
sost tu ta -meno
e o ingombrata
go b ata
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Apertura di anello nucleofila, acido catalizzata
opposta regiochimica
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Controllo della regiochimica della sostituzione
pH 7
pH 3.8
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Ossidazione di Alcoli Primari e Secondari
Eliminazione di due atomi di idrogeno per
generare il gruppo carbonilico
Analogie con meccanismi di tipo E1 o E2?
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Ossidazione di Swern (E2)
H
O
C H
1. DMSO, ClCOCOCl, -78°C
2. Et3N
O
C
R
Reagente
t attivato
tti t
Meccanismo
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Meccanismo
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Esercizio: Quale è il prodotto di questa reazione? Proporne un meccanismo
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Cromo e Manganese ossidi come ossidanti di alcoli
A seconda del reagente e delle condizioni di
reazione è difficile fermare l’ossidazione di
un alcol
l l primario
i
i a livello
li ll di aldeide
ld id
L’ulteriore ossidazione del chetone è
difficile per cui la reazione è
altamente chemoselettiva
Non decorre
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Cromo ossido: reagenti più utilizzati
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Reagente di Jones
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(acido cromico e acido solforico)
Più reattivo – meno chemoselettivo con alcoli primari
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Biossido di manganese
Ossidazione di alcoli allilici e benzilici ad aldeide
Ossidante più blando
non ossida alcoli primari e secondari alifatici
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Esercizio: con quali reattivi effettuereste le ossidazioni riportate?
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Iodo derivati altovalenti
Ossidazione di alcoli allilici e benzilici ad aldeide
Acido iodosobenzioco (IBX) Dess
Dess--Martin periodinano (DMP)
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Iodo derivati altovalenti
meccanismo
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S-Adenosil Metionina - agente metilante
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Ossidazione di alcoli in ambiente biologico:
un H- agisce formalmente da gruppo uscente
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Nicotammide adenina dinucleotide (NAD+)
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Processi coinvolti nel ciclo dell’acido citrico
(ciclo di Krebs)
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