C - Dipartimento di Farmacia

Università degli Studi di Bari - Dipartimento di Farmacia-SdF
TECNICHE ERBORISTICHE
CHIMICA ORGANICA
A.A. 2012-2013
3. Reazioni organiche
3.Reazioni elettrofiliche
(al C=C, al CC, aromatiche, ecc.)
Giuseppe G. Carbonara
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3.0 Reazioni organiche
Terminologia, energie e velocità, classificazione
II. Reazioni Nucleofiliche:
I.
al carbonio saturo (sostituzioni)
II. al carbonile (addizione, sostituzione)
III. aromatiche (sostituzioni)
III. Reazioni di Eliminazione
IV. Reazioni Elettrofiliche
I.
a legami multipli (addizione)
II. a composti aromatici (sostituzioni)
V.
Trasposizioni molecolari
VI. Reazioni radicaliche
VII. Riduzioni e ossidazioni
VIII. Sintesi organiche
I.
GC_FA-ISF-ORG 3.3_12-13-2
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3.0 Classificazione delle reazioni organiche
 Per meccanismo di reazione
‒ Le reazioni dei diversi gruppi funzionali possono quindi essere classificate in base alla variazione
del numero di legami, al tipo di scissione del legame, alla natura elettrofilica o nucleofilica
del substrato, al numero di molecole che prendono parte allo stadio che determina la
velocità di reazione [monomolecolari (1), bimolecolari (2), ecc.], ad altri tipi di reazione.
Reazioni organiche
Tipo
Meccanismo
Omolotico
Eterolitico (ionico)
Radicalico
Nucleofilico
Elettrofilico
Sostituzione (S)
AB + C g AC + B
Alogenazione al C saturo
SN1 (monomolecolare)
SN2 (bimolecolare)
SN acilica
SN C=C
SN aromatica
SE aromatica
Addizione (A)
A+BgC
Addizione racicalica al
doppio legame C=C
AN carbonilica
AN C=C
AN C≡C
AE C=C
AE C≡C
Eliminazione (E)
AgB+C
E1
E2
Reazioni acido-base
Trasposizioni
Cicloaddizioni
Ossido-riduzioni (idrogenazioni e deidrogenazioni)
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3.0 Classificazione delle reazioni organiche
 Per Gruppo Funzionale
− I gruppi funzionali sono atomi o gruppi di atomi che mostrano una reattività caratteristica
quando vengono trattati con alcuni reattivi.
− Un particolare gruppo funzionale quando è presente in un composto mostrerà quasi sempre il suo
comportamento chimico caratteristico. Pertanto, le reazioni organiche sono spesso organizzate in
base ai gruppi funzionali.
Classe Funzionale
Formula
Reazioni Caratteristiche
Sostituzione (di H, in genere con Cl o Br, reazione
radicalica)
Combustione-ossidazione (conversione a CO2 e H2O)
Addizione (AN, AE)
Sostituzione (di H)
Addizione (AN, AE)
Sostituzione (di H)
Sostituzione (di X) (SN)
Eliminazione (of HX)
Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN)
Eliminazione (di H2O); Ossidazione (eliminazione di 2H)
Alcani
C–C, C–H
Alcheni
C=C–H
Alchini
C≡C–H
Alogenuri Alchilici
H–C–C–X
Alcoli
H–C–C–O–H
Eteri
(alfa)C–O–R
Ammine
C–NRH
Anello benzenico
C6H6
Aldeidi
(alfa)C–CH=O
Chetoni
(alfa)C–CR=O
Acidi carbossilici
(alfa)C–CO2H
Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN)
Sostituzione (di H in alfa); Addizione (al C=O) (SN)
Derivati carbossilici
(alfa)C–CZ=O
(Z = OR, Cl, NHR, ecc.)
Sostituzione (di Z); Sostituzione (di H in alfa) (SN)
Addizione (al C=O) (AN)
GC_FA-ISF-ORG 3.3_12-13-4
Sostituzione (di OR); Sostituzione (di H in alfa) (SN)
Sostituzione (di H) (SN)
Addizione (all’N); Ossidazione (di N)
Sostituzione (di H o di X) (SN, SE)
Addizione (riduzione con H2 o attacco nucleofilo) (AN)
Sostituzione (di H o di H in alfa) (SN)
Addizione (riduzione con H2) (AN)
Sostituzione (di H in alfa) (SN)
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Meccanismo generale
Stadio lento
Stadio 1
Mappa del potenziale
elettrostatico dell’alchene
nucleofilo
Nucleofilo
Elettrofilo
Intermedio
carbocationico
Stadio
veloce
Stadio 2
Elettrofilo
Nucleofilo
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni con meccanismo carbocationico
Procedono attraverso l’addizione iniziale di un protone all’alchene per dare un
intermedio carbocationico. Il nucleofilo attacca il carbocatione in un secondo stadio.
Reagente
Prodotto
Commenti
Queste reazioni procedono con una orientazione
secondo Markovnikov e una stereochimica che
produce eventuale racemizzazione. E’ possibile il
riarrangiamento dei carbocationi intermedi.
Regola di Markovnikov. L’H+ si lega al carbonio con
più idrogeni (meno sostituito), e il Nu: si lega al
carbonio con meno idrogeni (più sostituito), ovvero
che porta al carbocatione più stabile.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
Quando l’elettrofilo E: ha un doppietto elettronico non condiviso, inizialmente l’addizione
produce un anello a tre termini. Se l’anello non è carico la reazione si ferma. Se l’anello ha
una carica positiva, si ha l’attacco del nucleofilo sul carbonio più sostituito che porta
all’apertura dell’anello.
Si ferma se l’anello è neutro;
il Nu: attacca se l’anello è positivo.
Addizione sin
Reagente
(diazometano)
Prodotto
Addizione anti
Commenti
I carbeni si addizionano
per dare derivati del
ciclopropano.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
Reagente
Prodotto
Commenti
Gli acidi perossicarbossilici danno gli epossidi
con un meccanismo di
addizione sin.
Cloro e bromo si addizionano con meccanismo
anti.
Nelle addizioni di Cl e Br,
se si usa come solvente
l’acqua, si ottengono le
aloidrine. L’OH si lega al
carbonio più sostituito
con meccanismo di
addizione sin.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
Reagente
Prodotto
Commenti
L’ossimercuriazione è un
metodo di addizione di
acqua secondo
Markovnikov che permette
di evitare il riarrangiamento del carbocatione
intermedio.
Nella reazione degli
alchini, il prodotto iniziale,
un enolo, tautomerizza a
chetone.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi
Quando l’Elettrofilo e il Nucleofilo fanno parte della stessa molecola, si produce un’addizione
sin, col nucleofilo che si lega al carbonio più sostituito.
Reagente
Prodotto
Commenti
L‘idroborazione porta alla
addizione sin anti-Markovnikov di acqua.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi
Reagente
Prodotto
Commenti
Tetrossido si osmio e
permanganato producono
l’addizione sin di due
gruppi ossidrilici
all’alchene.
L’ozono può essere
utilizzato per scindere
l’alchene in due composti
carbonilici.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:

Idrogenazioni catalitiche
Reagente
Prodotto
Commenti
L’idrogenazione catalitica produce
l’addizione sin di due atomi di
idrogeno all’alchene o di quattro
idrogeni all’alchino portando al
corrispondente alcano.
L’uso di un catalizzatore
«avvelenato» (Lindlar: Pd/CaCO3/
chinolina) permette di ridurre
l’alchino al corrispondente alchene
cis.
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3.3 Reazioni elettrofiliche
II. Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr:

Meccanimo generale
lento
Ione arenio
stabilizzato per
risonanza
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Meccanismo
Viene protonato
il gruppo OH
dell’acido
nitrico.
Con la perdita di H2O viene
generato lo ione elettrofilo
nitronio +NO2.
Lo ione nitronio +NO2 reagisce
con l’anello benzenico come
visto nello schema generale.
Una base presente nella miscela di reazione,
come l’ H2O, rimuove un protone dallo ione arenio
per ripristinare l’anello aromatico.
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Effetto dei sostituenti
Sotituente
Reattività
Fortemente attivanti
Gruppi alchilici
Regiochimica
Commenti
orto, para
Effetto elettron-donatore + M > effetto
induttivo elettron-attrattore - I
Moderatamente attivanti
orto, para
Effetto elettron-donatore + M > effetto
induttivo elettron-attrattore – I (meno
che con i precenti sostituenti)
Debolmente attivanti
orto, para
Debole effetto induttivo + I o di
iperconiugazione
Debolmente disattivanti
orto, para
Effetto elettron-donatore + M
(controlla la regiochimica)
< effetto induttivo elettron-attrattore - I
(controlla la velocità di reazione)
Moderatamente
disattivanti
meta
Fortemente disattivanti
meta
Gruppi arilici
Alogeni
Effetto elettron-donatore – M , effetto
induttivo elettron-attrattore – I
Effetto elettron-donatore – M e/o
effetto induttivo elettron-attrattore – I
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Sintesi di composti aromatici
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Sintesi di composti aromatici (SNAr) su altri substrati
Le reazione di sostituzione nucleofilica aromatica può avvenire mediante
meccanismi di addizione-eliminazione e eliminazione addizione
Reazione
Commenti
Addizione-eliminazione; richiede gruppi
fortemente elettron-attrattori in posizione
orto e/o para all’alogeno
Eliminazione-addizione; procede
attraverso l’intermedio benzino; richiede un
base molto forte
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Sintesi di composti aromatici
Prodotto meno reattivo; funziona anche su
anelli disattivati.
X = Cl e Br; cat. acidi di Lewis AlCl3, FeCl3,
AlBr3, FeBr3; prodotto meno reattivo; funziona
anche su anelli disattivati.
Prodotto meno reattivo; funziona anche su
anelli disattivati; reazione reversibile usando
H2SO4 in H2O.
Alchilazione di Friedel-Crafts; prodotto molto
più reattivo; non funziona su anelli fortemente
disattivati, possibili prodotti di riarrangiamento
carbocatione; si può usare una anidride
effettuata con alcheni, alcoli e catalisi acida
per generare l’elettrofilo.
Acilazione di Friedel-Crafts; prodotto meno
reattivo; non funziona su anelli fortemente
disattivati, si può usare una anidride per
generare l’elettrofilo.
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3.3 Sostituzioni Nucleofiliche Aromatiche SNAr

Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.
Sostituzione di –NH2 con
Cl o Br
Sostituzione di –NH2 con
CN
Sostituzione di –NH2 con
I
Sostituzione di –NH2 con H; può
essere effettuata anche con NaBH4
Sostituzione di –NH2 con
F
Sostituzione di –NH2 con
OH
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3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr

Altre reazioni sugli anelli aromatici
Reazione
Commenti
Può essere effettuata anche
con acido e Fe, Sn, SnCl2
Riduzione di Clemmens
[Zn(Hg) e HCl]; riduzione di
Wolff-Kishner (NH2NH2 e
KOH)
Ossidazione di un residuo
alchilico con permanganato::
va bene se R non è terziario
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