Organische Chemie 2 Band I

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1 Skript zur Vorlesung rganische hemie 2 Band I (Kapitel 1 5 Seiten 1-130) Wintersemester 2014/2015 Prof.. Mayr Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/2015 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. I

2 Inhaltsverzeichnis: 1 adikale und adikal-eaktionen Eigenschaften von adikalen Bildung von organischen adikalen Übersicht omolytische Bindungsspaltungen edox-eaktionen eaktionen der adikale Übersicht adikalische alogenierung von Kohlenwasserstoffen Selektivität von alogenierungen Synthesebeispiele für radikalische alogenierungen Defunktionalisierung durch radikalische Substitutionsreaktionen ucleophile Substitutionen am gesättigten Kohlenstoff Allgemeiner eaktionsablauf Die S 1-eaktion (Monomolekulare nucleophile Substitution) Die S 2-eaktion (Bimolekulare nucleophile Substitution) Vergleich von S 1- und S 2-eaktionen Synthetisch wichtige nucleophile Substitutionen erstellung von alogenalkanen eaktionen mit -ucleophilen eaktionen mit S-ucleophilen eaktionen mit -ucleophilen eaktionen mit P-ucleophilen eaktionen mit -ucleophilen eaktionen mit ydrid-donoren S 2-eaktionen von Epoxiden Ambidente ucleophile ucleophile Substitution mit etention Eliminierungen Begriffe und mechanistische Einteilung E1 monomolekulare Eliminierungen E1cB-Mechanismus (monomolekularer Zerfall der conjugate base) E2-Eliminierungen (bimolekulare Eliminierungen) Konkurrenz von Eliminierung und Substitution Synthese-Beispiele Additionen an -Mehrfachbindungen Mechanistische Einteilung Elektrophile Additionen ucleophile Additionen 80 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/2015 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. II

3 4.4 adikalische Additionen ycloadditionen [42]-ycloadditionen (Diels-Alder-eaktionen) [32]-ycloadditionen (1,3-dipolare ycloadditionen) [22]-ycloadditionen [21]-ycloadditionen (heletrope eaktionen) Electrocyclische eaktionen Metathese von lefinen ydroformylierungen (xo-synthese): Formylgruppe Wasserstoff-Additionen (ydrierungen) Additionsreaktionen an Alkine hemie aromatischer Verbindungen Aromatizität Elektrophile aromatische Substitutionen ucleophile aromatische Substitutionen Additionen an aromatische Systeme Metall-vermittelte Funktionalisierung von Aromaten Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/2015 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. III

4 Liebe Studierende, ein Vorlesungsskript kann und soll nicht ein gutes Lehrbuch ersetzen. Betrachten Sie daher das nachfolgende Skript lediglich als ilfsmittel, der Vorlesung leichter folgen zu können. Bewusst wurden Lücken gelassen, um Sie während der Vorlesung schon zum Mitarbeiten zu animieren. Für inweise auf Fehler bedanke ich mich schon im Voraus. Ihr erbert Mayr Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

5 1 adikale und adikal-eaktionen 1.1 Eigenschaften von adikalen adikale: Atome, Moleküle oder Ionen mit ungepaarten Elektronen Beispiele: Einfache, ungeladene adikale: Diradikale und Triradikale (2 bzw. 3 ungepaarte Elektronen): Geladene adikale (adikal-anionen und adikal-kationen): e Ph 3 : e (Ph 3 SbF 6 ) Strukturen: arbokation (planar) arbanion (pyramidal) adikale F F F Die Elektronen befinden sich in sp 2 -ybridorbitalen, p z -rbital ist leer. Das freie Elektronenpaar befindet sich in einem sp 3 -ybridorbital (Ausnahmen: esonanzstabilisierte arbanionen). Im allgemeinen flache Energiehyperflächen, d. h. geringe Energieunterschiede zwischen planaren und pyramidalen Formen. Konsequenz für Stereochemie radikalischer Substitutionen: Me Et Pr Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

6 Stabilitätsreihe aus Bindungsdissoziationsenthalpien (BDEs): < < < < = < 2 3 < esonanzstabilisierung beim Allyl- und Benzyl-adikal Keine esonanzstabilisierung beim Phenyl-adikal und Vinyl-adikal. Manche adikale sind wenig reaktiv (persistent) 1900 erhielt Gomberg beim Behandeln von Ph 3 l mit metallischem Silber einen Kohlenwasserstoff 38 30, der nicht die Struktur von exaphenylethan besitzt. Die Substanz ist zu 2 % in die Triphenylmethyl (Trityl)-adikale dissoziiert. 2 l 2 Ag 0 2 Agl Ph Ph Ph Ph 2 Teile Ph Ph Ph in 0.1 % Benzol-Lösung 98 Teile Ph Ph kein Ph Ph! Ph Ph Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

7 weitere persistente adikale: Ph Ph gelbgrüne, luftempfindliche Kristalle DPP (Diphenylpicrylhydrazyl) violette Kristalle TEMP (Tetramethylpiperidin- -oxid) dunkelblauer Feststoff 1.2 Bildung von organischen adikalen Übersicht Bildung von adikalen omolyse von A B edox-eaktionen aus anderen adikalen A B A B thermisch photochemisch Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

8 1.2.2 omolytische Bindungsspaltungen A B A B Standardbindungsdissoziationsenthalpien (BDEs) (kj mol 1 ) 435 F F 155 F 565 l l 242 l I I 150 I F l I ( 3 ) ( 3 ) 3 ( 3 ) ( 3 ) ( 3 ) = = (aus Y.-. Luo, andbook of Bond Dissociation Energies in rganic ompounds, Press, Boca aton, 2003) 3 3 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

9 Thermolysen ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 t 1/2 ca. 1 h Di-tert.butylperoxid Ph Ph Dibenzoylperoxid 95 t 1/2 ca. 1 h t 3 1/2 ca. 1 h 3 Azo-bis(isobutyronitril) = AIB Photolyse: Die Bindungsdissoziationsenergie kann auch durch Photonen aufgebracht werden. = 300 nm (UV) 400 nm (violett) 600 nm (orange) E = h 400 kj mol kj mol kj mol 1 otwendigkeit der Absorption! h Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

10 1.2.3 edox-eaktionen --- Fe 2 a : a eduktion fl. nach Birch; s. Aromaten-hemie 3 Kolbe Elektrolyse: : e 1.3 eaktionen der adikale Übersicht Verlust der adikaleigenschaften Bildung neuer adikale adikal-kombinationen.. häufig diffusionskontrolliert (k 2 = 10 9 bis L mol 1 s 1 ) Disproportionierungen Zersetzung von adikalen bzw. Umlagerungen Addition von adikalen an Mehrfachbindungen Abspaltung von Atomen durch adikale l. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

11 1.3.2 adikalische alogenierung von Kohlenwasserstoffen In der Grundvorlesung wurde bereits die radikalische hlorierung des Methans besprochen. Kettenstart:.....l.. l... h oder 2 = 242 kj mol 1 hlor-atom = hlor-adikal Durch ein Lichtquant oder durch Erhitzen auf über 300 wird die Energie aufgebracht, um einzelne hlor-moleküle (l 2 ) in hlor-adikale (l ) zu spalten. Kettenfortpflanzung:. l l.... = 8 kj mol l l l... l = 108 kj mol Methyl-adikal Summe l l l l 100 kj mol 1 Kettenabbruch:... l l l.. l l... l.. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

12 Warum sind nur hlorierung und omierung nicht aber Fluorierung und Iodierung von Methan durch radikalische Substitution durchführbar? Energien in kj mol 1 X = F l I X 4 X X 2 X 3 X X 2 3 X X ammond-postulat Schnelle exotherme eaktionen haben einen frühen Übergangszustand (Eduktähnlich). Langsame endotherme eaktionen haben späten Übergangszustand (Produkt-ähnlich) F. 125 kj mol kj mol 1 früher Übergangszustand später Übergangszustand Selektivität von alogenierungen (s. -1 Vorlesung) hlorierung von Propan egioselektivität: Von zwei möglichen, ähnlichen Positionen wird eine bevorzugt angegriffen. l h (25 ) 43% 1-hlorpropan 57% 2-hlorpropan Warum werden 1-hlorpropan und 2-hlorpropan nicht im statistischen Verhältnis der Wasserstoff-Atome gebildet (6 : 2 entspricht 75% : 25%)? Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

13 /kj mol 1 l 10 l. 1-Propyl-adikal l 20 2-Propyl-adikal Weil das 2-Propyl-adikal stabiler ist als das 1-Propyl-adikal, wird mehr 2-hlorpropan gebildet als aus statistischen Gründen zu erwarten ist. Stabilisierung der adikale: 3 < prim < sek < tert ach dem ammond-postulat wirkt sich die unterschiedliche eaktionsenthalpie der exothermen eaktionen geringfügig auf den Übergangszustand der Wasserstoff- Abspaltungen aus, sodass statt des statistischen Werts für 2-hlorpropan (25%) 57% gebildet werden. omierung von Propan % 91.3% /kj mol Da die eaktion des omradikals mit den primären und sekundären -Bindungen des Propans endotherm ist, wirkt sich die unterschiedliche Stabilisierung primärer und sekundärer adikale im späten Übergangszustand der omierung stärker aus als im frühen Übergangszustand der hlorierung. Konsequenz: omierungen sind selektiver als hlorierungen, und es werden nun 91% des vom stabileren Isopropylradikal abgeleiteten 2-ompropans gebildet (statt der statistischen 25%). Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

14 Das eaktivitäts-selektivitäts-prinzip Mit zunehmender eaktivität von eaktanten nimmt ihre Selektivität ab. Entgegen früheren Behauptungen, die in vielen Lehrbüchern immer noch vertreten werden, handelt es sich hierbei nicht um einen allgemein gültigen Zusammenhang! Details in Fortgeschrittenen-Vorlesungen! Wenn Sie sich früher schon damit befassen wollen, lesen Sie unseren Aufsatz: Das eaktivitäts-selektivitäts-prinzip: ein unzerstörbarer Mythos der organischen hemie (Angewandte hemie 2006, 118, ). l 2 T l l l 28 % 35 % 24 % 12 % l 2 T 90.4 % 9.0 % 0.34 % 0.17 % hlorierung omierung l l.. 2 l l 31. Produktverhältnisse bei der hlorierung und omierung von 2-Methylbutan und berechnete eaktionsenthalpien ( r in [kjmol 1 ]), Abbildung aus Angewandte hemie 2006, 118, hemoselektivität: Bevorzugte eaktion eines eagenzes mit einer von zwei (oder mehreren) funktionellen Gruppen. hlorierungen haben eine geringe hemoselektivität. Das hlor-adikal differenziert wenig zwischen 4, 3 l und 2 l 2, sodass bei der radikalischen hlorierung von Methan stets ein Gemisch von einfach und mehrfach chlorierten Produkten entsteht. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

15 adikalische Substitution an Aromaten KKK = Kälte, Katalysator, Kern -> elektrophile aromatische Substitution SSS = Sonne, Siedehitze, Seitenkette -> radikalische Substitution Bei radikalischer hlorierung: oft mehrfache hlorierung: l l l l l KKK SSS 2,Al 3 2, h (Elektrophile Aromatische Substitution) es entstehen keine adikale Daneben spielen polare Effekte eine olle -Abstraktion aus Propionsäure l 3 50 : : l ist elektrophiles adikal 3 ist nucleophiles adikal Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

16 1.3.4 Synthesebeispiele für radikalische alogenierungen Da im Labor der Einsatz elementaren hlors problematisch ist, verwendet man zur radikalischen hlorierung meist andere hlorierungsmittel, die häufig auch selektiver sind als l 2. hlorierung mit Sulfurylchlorid hlorierung mit tert-butyl-hypochlorit h ( 3 ) 3 l l h Teilschritte: ( 3 ) 3 l ( 3 ) 3 l ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 l Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

17 omierungen mit elementarem om wurden oben besprochen. Allylbromierung nach Wohl-Ziegler adikal- Starter BS (-omsuccinimid) Mechanismus: Start: Über verschiedene Wege kann es zur Bildung von om-adikalen kommen. Kette: Warum kommt es nicht zur radikalischen Addition von om an die Doppelbindung? 2 2 Wegen der geringen 2 -Konzentration ist die eaktion des 2-omcyclohexyl- adikals mit 2 langsam, sodass das 2-omcyclohexyl-adikal wieder in die eaktanten ( und yclohexen) zerfällt. Weitere Details finden Sie im ückner. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

18 Sulfochlorierung h 3 l 2 S 2 S l l 3 Kette: 3 l 3 S 2 3 S l 2 Sulfoxidation 2 S 2 h 2 S S 2 S 2 Peroxosulfonsäure 2 S 4 komplizierter Mechanismus über elektronisch angeregtes S 2 xidation mit 2 2 Luft Licht ydroperoxid Ein aus einer unbekannten Vorstufe entstehendes, strukturell nicht identifiziertes adikal greift eine -Bindung mit geringer Bindungsdissoziationsenergie an. Start: Kette: = ist wenig reaktiv, greift daher bevorzugt Wasserstoffe in Benzyl-, Allyl-, tert. und α-position zum Sauerstoff an. Bildung von Ether-ydroperoxiden bei Diethylether, Diisopropylether, TF u. ä. Ersatz: ( 3 ) 3 3 (bildet keine Peroxide) Peroxid-achweis: mit essigsaurer KI-Lösung bzw. Peroxid-Teststäbchen Zerstörung mit Fe 2 -Salzen Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

19 Peroxid-Bildung auch bei umol (= Isopropylbenzol), Dekalin, Tetralin. Technischer umol-prozess zur Phenol-erstellung (ock-umol-verfahren): 3 2 Ph Ph 3 umolhydroperoxid ydrolyse Aceton Phenol xidation von Aldehyden zu arbonsäuren, z. B. oxidiert Benzaldehyd bereits an der Luft zu Benzoesäure. 2 Ph Ph anzigwerden von Fetten adikal-additionen an Mehrfachbindungen (s. eigenes Kapitel) adikalfänger (adikal-inhibitoren) reagieren mit reaktiven adikalen unter Bildung stabilisierter adikale, die nicht in der Lage sind, Ketten fortzusetzen. I 2 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

20 Wirkungsweise von Vitamin E: Vitamin E gefährliches, reaktives adikal "Zähmung" des reaktiven adikals als - Das α-tocopheroxyradikal ist aufgrund von Delokalisierung des ungepaarten Elektrons und Abschirmung des adikalzentrums durch die Methylgruppen reaktionsträge. Durch eaktion mit Vitamin kann daraus Vitamin E (α-tocopherol) regeneriert werden Defunktionalisierung durch radikalische Substitutionsreaktionen Dehalogenierungen al SnBu 3 [AIB] al SnBu 3 al =, I Start: 3. SnBu 3 3 Kette: al SnBu 3 SnBu 3 Die Sn-Bindung in Tributylzinnhydrid ist schwach und lässt sich leicht homolytisch spalten. Da Zinnverbindungen sehr toxisch sind, wird SnBu 3 gerne durch Si(SiMe 3 ) 3 ersetzt. Si(SiMe 3 ) 3 wird auch katalytisch in Gegenwart von ab 4 eingesetzt. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

21 Deoxygenierung nach Barton-Mcombie 1. a / S 2 2. MeI 3. Bu 3 Sn / AIB / Schritte 1 & 2: erstellung der Xanthogenate (Thiokohlensäure-ester) a S==S S S 3 I Mechanismus von Schritt 3: Erzeugung von Bu 3 Sn wie oben Kette: S S 3 SnBu 3 S S 3 SnBu 3 SnBu 3 Bei Verwendung von D SnBu 3 kann auf diese Weise eine -Gruppe durch Deuterium ersetzt werden. Eine Variante der Barton-Mcombie-Deoxygenierung, die basische Bedingungen vermeidet (bei der Umsetzung mit S 2 ), verwendet Thiocarbonyl-diimidazol. S S Weitere eaktionen mit SnBu 3 oder Si(SiMe 3 ) 3 wie bei den Xanthogenaten. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

22 2 ucleophile Substitutionen am gesättigten Kohlenstoff 2.1 Allgemeiner eaktionsablauf X Y: Y X: allgemeiner: Substrat ucleophil Produkt ucleofug Elektrophil ucleophil Elektrophil ucleophil ucleophile: Anionen oder eutralverbindungen mit freiem Elektronenpaar bzw. -Systeme Beispiele: ucleophil Y = F.. l.... I...,..,.., ,,,,., S,.. S,. S,.. S , 2, 2, 3,, ==, P 3, ,.,. ( 2 ) 2,, 2 2 Acetylid Beispiele: ucleofug X = F.. l.... I...,..,.., ,.,.. S,..... S.., icht alle Kombinationen von Y und X sind gangbar! Wenn das Lösungsmittel das ucleophil ist: Solvolyse Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

23 Zeitlicher Ablauf von Bindungsschluss und Bindungsbruch A D 1) Wenn Bindungsbruch (D = Dissoziation oder Y: X detachment des ucleofugs) dem Bindungsschluss (A = Assoziation oder attachment des ucleophils) vorausgeht: S 1 (monomolekulare nucleophile Substitution) oder D A *. 2) Wenn Bindungsbruch (D ) und Bindungsschluss (A ) konzertiert verlaufen: S 2 (bimolekulare nucleophile Substitution) oder A D *. * IUPA-Vorschlag: Pure Appl. hem. 1989, 61, ) Der A D *-Mechanismus (Anlagerung des ucleophils und nachfolgender Zerfall der Zwischenstufe) ist am gesättigten Kohlenstoffatom nicht möglich, kann aber z. B. am Silicium oder an sp 2 -Kohlenstoff-Zentren ablaufen. Da sich die IUPA-Empfehlungen bisher nicht allgemein durchgesetzt haben, werden im Folgenden ausschließlich die Bezeichnungen S 1 un S 2 verwendet. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

24 2.2 Die S 1-eaktion (Monomolekulare nucleophile Substitution) k 1 langsam schnell X Y k 1 Y: X: k 2 und Y X: planare Zwischenstufe arbokation E eaktanten X Y Produkte Y X eaktionskoordinate Kinetisches Kriterium Der Zusatz eines Salzes beschleunigt häufig die S 1-eaktion (Erhöhung der Lösungsmittel-Polarität). Wenn das im Ionisationsschritt entstehende arbenium-ion sehr gut stabilisiert ist, kann der Ionisationsschritt reversibel werden, und man beobachtet eine eaktionsverlangsamung ( common ion rate depression oder common ion effect ). Stereochemisches Kriterium: acemisierung Me Me l 3 2 l Me 2, - S Me acemat Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

25 Ionenpaar-Effekte: Manchmal findet man bei S 1-eaktionen keine vollständige acemisierung. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das entstehende arbokation so wenig stabil ist, dass das Wegdiffundieren der Abgangsgruppe langsamer ist als die Folgereaktion mit dem ucleophil, das beispielsweise das Lösungsmittel sein kann. "Ionenpaar" ex Me wässr. Et ex Me -Enantiomer sehr rasch rasch 83 % S-Enantiomer 17 % -Enantiomer, also: 66 % S-Enantiomer 34 % racemisches Gemisch Struktur und Stabilität von arbenium-ionen In der Literatur der früheren Jahre besteht Verwirrung bezüglich der Begriffe arbenium-ion, arbonium-ion, arbokation. eute verwendet man arbokationen als berbegriff. arbenium- Ionen sind arbokationen, die sich durch Zweizentren-Zweielektronen-Bindungen beschreiben lassen. arbonium-ionen besitzen dagegen Zweielektronen-Dreizentren-Bindungen. arbokationen arbenium-ionen arbonium-ionen dreifach koordinierter Kohlenstoff fünffach koordinierter Kohlenstoff Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

26 Beachten Sie bei der omenklatur, dass der Begriff arbenium ein -Atom impliziert. 3 Ph 3 3 Ph Ph Trimethylcarbenium-Ion oder tert.-butylkation Triphenylcarbenium-Ion falsch: tert-butylcarbenium-ion Ph Übergangszustand von S 1-eaktionen Der Übergangszustand der S 1-eaktion ist häufig dem arbenium-ion ähnlich (ammond-postulat). Daher wird die S 1-eaktivität als Maß für die arbenium- Ionen-Stabilität angesehen. arbenium-ionen werden durch Alkyl-, Phenyl-, Vinyl-, -, S- und besonders 2 - Gruppen stabilisiert. Faustregel: 1 Phenyl stabilisiert im Allgemeinen so gut wie 2 Alkylgruppen. esonanz-stabilisierung bei Allyl- und Benzyl-Kationen Beachten Sie, dass Substitutionen an unsubstituierten Allyl- und Benzyl-Derivaten meist nach S 2 ablaufen (im Gegensatz zu Behauptungen in vielen Lehrbüchern). Erst wenn zusätzliche Elektronen-Donoren im Allyl- und Benzyl-System vorliegen, wird S 1 favorisiert. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

27 Besondere Stabilisierung von arbokationen durch benachbarte Stickstoff- und Sauerstoff-Gruppen. Bildungsgeschwindigkeit bei S 1-eaktionen: Ph 3 3 < Ph Ph ~ < < < ~ < ~ Ph Ph Ph ~ < < Ph Ph ~ 3 3 ur in sehr seltenen Fällen werden Vinylkationen und Phenylkationen durch S 1- eaktionen gebildet. Vinyl-Kation Phenyl-Kation Sterische Effekte bei S 1-eaktionen ückenkopf-arbenium-ionen sind schlecht stabilisiert relative eaktivität (80 % Et/ 2 ) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

28 Back Strain: Beim Übergang von sp 3 -> sp 2 Verringerung der sterischen Spannung 3 X 3 3 X ( 3 ) 3-2 -( 3 ) ( 3 ) 3 ( 3 ) X ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 X = 2 p-itrobenzoyl- arbokationen gehen sehr rasch 1,2--, Phenyl- und Alkyl-Umlagerungen ein G = 13 kj mol G = 15 kj mol 1 In superaciden Medien direkt beobachtbar. Vergleichen Sie diese Barrieren mit der otationsbarriere im Ethan! - Konsequenz: S 1-eaktionen sind häufig von Umlagerungen begleitet. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

29 Eine weitere ebenreaktion ist die Eliminierung Et Et Besonders gut stabilisiert sind Triarylcarbenium-Ionen (Trityl-Kationen), insbesondere, wenn sich starke Elektronendonoren (Aminogruppen, Alkoxygruppen) in para-positionen an den Arylringen befinden. Kristallviolett und Malachitgrün sind so stabil, dass sie bei neutralem p nicht mit Wasser reagieren, sondern als farbige Triarylcarbenium-Ionen vorliegen. Propellerartige Anordnung der Arylreste Malachitgrün 2 All-ktett-Grenzstrukturen pk = 6.94 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

30 Me 2 Ar Ar 3 3 Me 2 Me 2 K = [Ar 3 ] [ 3 ] [Ar 3 ] Kristallviolett pk = 9.39 Der pk -Wert entspricht dem p-wert, bei dem Ar 3 und Ar 3 in gleichen Konzentrationen nebeneinander vorliegen. Der M-Effekt von Methoxy-Gruppen ist deutlich geringer als der von Amino- Gruppen, sodass der Trityl-, der 4-Methoxy-trityl- und der 4,4 -Dimethoxy-trityl-est als Schutzgruppe in der automatisierten DS-Synthese eingesetzt werden Base 80 % wässr. Ac 20 Base 1 2 P P 3 Wie die letzte Spalte der folgenden Übersicht zeigt, verläuft die Spaltung in 80% wässriger Essigsäure umso schneller, je besser stabilisiert das arbenium-ion ist pk t Trityl (T) h 4-Methoxy-trityl (MMT) Me h 4,4 -Dimethoxy-trityl (DMT) Me Me min 4,4,4 -Trimethoxy-trityl (TMT) Me Me Me min Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

31 2.3 Die S 2-eaktion (Bimolekulare nucleophile Substitution) Y: X Y X Y X: Übergangszustand E eaktanten X Y Produkte Y X eaktionskoordinate Kinetisches Kriterium: eaktion 2. rdnung d[ X] dt = k 2 [ X] [Y ] Bei Solvolysen (d.h., eaktionen mit dem Lösungsmittel) ist die ucleophil- Konzentration konstant, und man beobachtet eine Kinetik pseudo-erster rdnung: d[ X] dt = k obs [ X] Unterscheide: eaktionsordnung: Experimentell bestimmbare Größe (Summe der Exponenten in der Geschwindigkeitsgleichung) Molekularität: Zahl der Moleküle, die zur Bildung des aktivierten Komplexes zusammentreten. Bei mehrstufigen eaktionen hat jeder der Schritte eine eigene Molekularität. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

32 Stereochemisches Kriterium ückseiten-angriff Inversion Walden-Umkehr S ()-2-omoctan Übergangszustand (S)-ctan-2-thiol Beziehung zwischen ucleophilie und Basizität ucleophilie: kinetischer Begriff (vergleicht eaktionsgeschwindigkeit zweier ucleophile gegenüber einem eferenz-elektrophil, z. B. 3 ). Sie misst das Vermögen des ucleophils, dem Elektrophil (z. B. 3 ) rasch ein Elektronenpaar zur Verfügung zu stellen. k u: 3 u 3 onsted-basizität: thermodynamischer Begriff, beschreibt die Gleichgewichtskonstante einer Protonen-Übertragung. K u 1 u 2 u 1 u 2 Lewis-Basizität: thermodynamischer Begriff, beschreibt die Gleichgewichtskonstante der Übertragung einer Lewis-Säure A (d. h., es gibt verschiedene Lewis-Basizitätsskalen). K u 1 A u 2 u 1 A u 2 Da bei nucleophilen Substitutionen meist Ionen beteiligt sind (als ucleophile oder ucleofuge) werden sie meist in polaren Lösungsmitteln durchgeführt. Man unterscheidet Dipolar protische Lösungsmittel: 2 (häufig in Mischungen mit organischen Lösungsmitteln, wie, Aceton, Acetonitril, TF, Dioxan) (z. B. 3 2, F 3 2 ) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

33 Dipolar, aprotische Lösungsmittel: Innerhalb einer Gruppe von ucleophilen mit demselben eaktionszentrum (Bsp.: Sauerstoff) nimmt die ucleophilie mit abnehmender Basizität ab > > > > ~. >>..... S ucleophilie wird durch sterisch anspruchsvolle Gruppen verringert..... >>.... Li Li.. Et >>.. Et Lithiumdiisopropylamid (LDA) ünig-base >> >... > primär sekundär tertiär >... > Möglichkeit der Differenzierung primärer und sekundärer Alkohole. Ph Ph 3 l (= Trl) Pyridin Ph Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

34 α-effekt: eteroatome mit freiem Elektronenpaar am eaktionszentrum erhöhen die ucleophilie >.. auch bei 2 2 > 2 Innerhalb einer Periode sinkt die ucleophilie von links nach rechts : > 2.. >... >... F. Innerhalb einer Gruppe steigt in dipolar protischen Lösungsmitteln ( oder 2 ) die ucleophilie von oben nach unten. Diese eihung ändert sich in dipolar aprotischen Lösungsmitteln S. S.. >... ebenso >... Zusammenhang zwischen Struktur und eaktivität von Elektrophilen bei S 2- eaktionen Abgangsgruppen-Effekte 2 5 F < 2 5 l < 2 5 < 2 5 I icht als Abgangsgruppen bei nucleophilen Substitutionen am sp 3-Zentrum fungieren, oder 2.. d. h. a.... Um zu substituieren, kann die schlechte Abgangsgruppe in die gute Abgangsgruppe Tosylat (p-toluolsulfonyloxy) überführt werden. 3 l S Pyridin Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

35 Alternativ wird durch Protonierung die schlechte Abgangsgruppe in die gute Abgangsgruppe 2 überführt. 3 Ether können aus dem selben Grund nur im Sauren gespalten werden. a Da I eine gute Eintritts- und Austrittsgruppe ist: ucleophile Katalyse mit I. langsam 2 : l l I I Einfluss der Alkylstruktur auf S 2-eaktionen - Verzweigung am β-kohlenstoff X X X X primär sekundär tertiär k rel ~ 0 - Verzweigung am β-kohlenstoff X 3 X 3 3 X 3 3 X k rel Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

36 ückseitenangriff bei ückenkopfverbindungen, Vinylderivaten oder Arylderivaten nicht möglich. Daher keine S 2-eaktionen an diesen Substraten: 2 Adamantylbromid Vinylbromid ombenzol π-systeme in achbarschaft zum eaktionszentrum beschleunigen S 2-eaktionen: 2 5 l l l l l Ph l k rel (eaktion mit KI in Aceton, 60 ) l X Stabilisierender Effekt im Übergangszustand I Vergleich mit den Effekten in S 1-eaktionen! Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

37 2.4 Vergleich von S 1- und S 2-eaktionen S 2 S 1 eaktionskinetik v = k [X] [Y ] (eaktion 2. rdnung) v = k [X] (eaktion 1. rdnung) Zahl der an der eaktion beteiligten Moleküle Zahl der Moleküle im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt Mechanismus konzertiert stufenweise (arbenium-ion) Stereochemie Inversion acemisierung Lösungsmitteleffekt Struktur des Elektrophils Geringere Lösungsmittelabhängigkeit als bei S 1, abhängig von der atur des ucleophils und des ucleofugs - unsubstituierte Allyl- und Benzyl- Y - stets bei 3 X, prim X - sek X mit guten ucleophilen - nie bei tert X Stark beschleunigt durch dipolar protische Lösungsmittel - stets bei tert X, Aryl 2 X, Aryl 3 X - Benzyl- und Allyltriflate - sek X mit schlechten ucleophilen - sek X in Gegenwart starker Lewis-Säuren - bei prim/sek/tert 2 (ansonsten nie bei prim X) Konsequenz: In manchen Fällen kann eine eaktion durch Wahl der Bedingungen in S 1- bzw. S 2-ichtung gelenkt werden. ingöffnung von Epoxiden (ambidentes Elektrophil) , 2, : 24 a, 2, : 5 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

38 Allyl-Substitution nach S 1: 3 2 l 3 oder l 3 Produktverhältnis unabhängig vom Ausgangsmaterial S 2-Bedingungen geben nur ein Produkt 3 2 l Et Die konzertierte S 2 -eaktion an nicht-aktivierten Doppelbindungen ist vermutlich ein Mythos (nach F. G. Bordwell) Y: 2 2 X Elektronenakzeptoren am -System können S 2 -eaktionen jedoch ermöglichen. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

39 2.5 Synthetisch wichtige nucleophile Substitutionen erstellung von alogenalkanen Finkelstein-eaktion Austausch von alogenatomen durch andere alogene Gleichgewichtsreaktion X Y ft verwendet für die Darstellung von Alkylfluoriden und Alkyliodiden Iodide: aus hloriden und omiden mit ai in Aceton ai ist in Aceton löslich, nicht aber al und a (iederschlagsbildung mit fortschreitender Umsetzung) X a I Aceton Fluoride: F = schlechte Abgangsgruppe, Gleichgewicht auf Seite des Alkylfluorids Edukte: Tosylate od. Iodide in polaren aprotischen Lösungsmitteln (z.b. DMF) Umsetzung von Alkoholen mit oder I alogenierung von Alkoholen - mit anorganischen Säurechloriden (Sl 2, P 3, Pl 3, l 2 ) Verbessert Abgangsgruppenqualität und liefert das angreifende ucleophil (l ) l S l S l Thionylchlorid hlorosulfit Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

40 - Appel-eaktion Schonende Methode, um Alkohole in die entsprechenden alogenide zu überführen edoxreaktion (Ph 3 P wird oxidiert, 4 zum omoform reduziert) Triebkraft = xophilie des Phosphors, Triphenylphosphanoxid ist eine gute Abgangsgruppe Ph 3 P: Ph3 P 3 Die Appel-eaktion ist ein Spezialfall der edox-kondensationen nach Mukaiyama Gesamtreaktion Ph 3 P: X Y Ph 3 P= Y X 1 2 Ph 3 P X :Y 1 2 PPh 3 :X :Y 1 2 P X Ph 3 :Y 2 mit X = Y SPh SPh Se al al al al al 3 al = l,, I al = l, Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

41 2.5.2 eaktionen mit -ucleophilen Alkohole aus alogenalkanen Williamson-Ethersynthese Umsetzung von Alkylhalogeniden, Dialkylsulfaten, Tosylaten mit Alkalisalzen von Alkoholen oder Phenolen prim X a prim Phenole sind relativ sauer, daher eaktion in wässriger atronlauge möglich Methyliodid und Dimethylsulfat sind giftig (starke Alkylierungsmittel) Bei der Methylierung mit Dimethylsulfat wird i. A. nur eine Methylgruppe übertragen S 3 S 3 Bildung symmetrischer Ether auch aus Alkoholen im Sauren Verwandt mit der Williamsonschen Ether-Synthese: arbonsäure-ester aus Alkylhalogeniden oder Tosylaten t-bu Ts Ts = S 3 trans-1,4 eq, eq cis-1,4 eq, ax Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

42 Inversion a Ph Ph 3 Ph Tsl a Ts 3 Pyridin 3 Aceton (S) () 3 optisch rein optisch rein [] D = 33 [] D =-33 Veresterung mit Diazomethan Methylierung von arbonsäuren im schwach Sauren ucleophil und Elektrophil bilden sich aus den eaktionspartnern durch Protonenübertragung.. 2 : (S)-Enantiomer Diazomethan Mitsunobu-eaktion (Veresterung von Alkoholen unter Konfigurationsumkehr) Umsetzung eines Alkohols mit Azodicarbonsäureester, Triphenylphosphin und arbonsäure 1 2 Ph 3 P Et 2 2 Et 2 2 Et Ph 3 P= 1 Et 2 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

43 Mechanismus: alten Sie fest, dass bei dieser eaktion die schlechte Abgangsgruppe in die gute Abgangsgruppe =PPh 3 umgewandelt wird. Wird der Ester hydrolysiert, erhält man den Ausgangsalkohol mit umgekehrter Konfiguration eaktionen mit S-ucleophilen Thiol-erstellung ohe ucleophilie des Schwefels (hohe Polarisierbarkeit) Problematisch ist die Darstellung von Thiolen aus Alkylhalogeniden und atriumhydrogensulfid, da Thioether als ebenprodukte anfallen. X a S alkalische Lösung ebenreaktion: S X S X Ausweg: Umsetzung mit Thioharnstoff zu Thiouroniumsalzen und nachfolgende ydrolyse S 2 2 Thioharnstoff 2 S 2 2 arnstoff 2 S 2 2 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

44 Thioether-erstellung.. S... ' al xidationen von Thiolen zu Disulfiden bzw. Sulfonsäuren sowie von Thioethern zu Sulfoxiden und Sulfonen wurden bereits in der 1-Vorlesung besprochen eaktionen mit -ucleophilen Die erstellung primärer Amine durch Alkylierung von Ammoniak oder sekundärer Amine durch Alkylierung primärer Amine ist problematisch, da die ucleophilie in der eihe 3 < 2 < 2 steigt. Folglich: 3 : 3 X B, B 3 X ( 3 ) 2, ( 3 ) 3, ( 3 ) 4 X Alternative: Gabriel-Synthese (für primäre Amine) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

45 oder Umsetzung von Alkylhalogeniden (oder Tosylaten etc.) mit Azid und anschließende eduktion X a LiAl 4 od. 2, Pd/ 2 Umwandlung primärer in sekundäre Amine über Sulfonamide 3 S l : 3 S Base 3 S ' X 3 S ydrolyse 3 S eaktionen mit P-ucleophilen Ebenso wie tertiäre Amine lassen sich Phosphine durch Alkylierung quarternisieren. Phosphoniumsalze sind Vorläufer für die Wittig-eaktion (Alkensynthese). Deprotonierung mit nbuli oder anderen starken Basen möglich. prim(sek) X :PPh 3 Michaelis-Arbuzov-eaktion prim X Et :P 2 3 Et Phosphorigsäureester Alkylphosphonsäureester Die hierbei entstehenden Alkylphosphonsäureester finden bei der Wittig-orner- eaktion Verwendung (s. Kapitel zu arbonylverbindungen). Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

46 2.5.6 eaktionen mit -ucleophilen Kolbe itrilsynthese Wichtige 1-Kettenverlängerung ydrolyse ergibt arbonsäureamide bzw. arbonsäuren eduktion liefert primäre Amine Aceton prim(sek) X K : : od. 2 / ydrolyse Acetylide Acetylen ist relativ sauer: pk S = 25 (Elektronenpaar des Anions in tiefliegendem sp-rbital) Quantitative Deprotonierung mit Li, MgX oder 2 Li möglich prim X M : prim X M : eteroatom-stabilisierte rganolithiumverbindungen 1,3-Dithian: pk S = 31 Deprotonierung mit nbuli Stabilisierende hyperkonjugative Wechselwirkung von mit * -S Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

47 rganometallverbindungen Enthalten nucleophiles, partiell negativ geladenes -Atom Wichtige Vertreter: MgX (Grignard-Verbindungen), Li Darstellung aus Alkylhalogeniden oder durch direkte Deprotonierung (bei relativ -aciden Verbindungen) eaktionen mit ydrid-donoren Alkylgruppen am Bor erhöhen aufgrund der yperkonjugation die eduktionskraft Superhydrid aus Et 3 B Li S 2-eaktionen von Epoxiden Die Aussage, dass eine schlechte Austrittsgruppe ist, gilt nicht, wenn dabei ingspannung aufgegeben wird. ucleophile ingöffnungen haben daher große synthetische Bedeutung. Unter basischen Bedingungen wird das weniger substituierte Zentrum bevorzugt angegriffen. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

48 2.6 Ambidente ucleophile ucleophile mit zwei verschiedenen miteinander wechselwirkenden eaktionszentren, die so miteinander verknüpft sind, dass eine eaktion an einem Zentrum die eaktion am zweiten Zentrum unterdrückt oder stark verlangsamt. Beispiele yanid-ion S Thiocyanat-Ion X X itril Isonitril Thiocyanat Isothiocyanat itrit-ion X Enolat-Ion X Alkylnitrit itroalkan arbonylverbindungen Enolether Die in den meisten Lehrbüchern verwendete Deutung dieser Befunde durch das SAB-Prinzip halten wir für unzutreffend. X a X Ag Grund für unterschiedliche Selektivitäten: In Ag wird der Angriff des Elektrophils am durch das Ag blockiert. Manche Lehrbücher behaupten, dass mit Ag 2 mehr -Angriff erhalten wird als mit a 2, andere behaupten das Umgekehrte. Fakt ist, dass die Selektivität beim Angriff auf 2 schwer steuerbar und schwer vorhersagbar ist. Zur Selektivität von Enolaten, siehe Kapitel zu arbonylreaktionen. Aktuelle Zusammenfassung ambidenter eaktivität:. Mayr, A.. fial, M.eugst, Angew. hem. 2011, 123, Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

49 2.7 ucleophile Substitution mit etention achbargruppen-beteiligung (Et) 2 l Me (Et) 2 l Me Inversion (Et) 2 Me 2 Inversion S 2-eaktionen an enantiomerenreinen diazotierten -Aminosäuren arbonsäuregruppe verdrängt die Abgangsgruppe Bildung eines hochgespannten, protonierten 3-ing-Lactons Externes ucleophil greift von der ückseite an Ergebnis: doppelte Inversion = etention a 2 3 Y (S)- -Aminosäure (Y = ) Allgemeines Schema: bzw. (Y = 2 S 4 ) n X X Y n Y Z: Z: achbargruppenwirkung ist stark von der ucleophilie von Z und der inggröße der Zwischenstufe abhängig. Voraussagen sind oft schwierig Z kann sein: -, -,, - 2, - 2, -S, -S, -S, -al (insbesondere -I), -=, -Aryl; d.h. alle Gruppierungen, die Sie zuvor als ucleophile kennengelernt haben. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

50 S i-eaktion Me Ph Sl 2 Me Ph l S 2 l etention! Unter milden Bedingungen ist hlorosulfit als Zwischenstufe isolierbar. Beim Zerfall des hlorosulfits entsteht ein Ionenpaar. l greift von der gleichen Seite an. Me Ph S l langsam Me S l Ph Me l S 2 Ph Me Ph l In Gegenwart von Pyridin: Inversion! l l ückseitenangriff durch l l Me Ph S l Me l S l Ph Me l Ph S 2 l Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

51 3 Eliminierungen 3.1 Begriffe und mechanistische Einteilung Abspaltung zweier Atome bzw. Atomgruppen aus einem Molekül Einteilung nach den Positionen der abgespaltenen Gruppen 1,1-Eliminierung (α-eliminierung) 1,2-Eliminierung (α-eliminierung) 1,n-Eliminierung (yclisierung) ' Y 2 1 Y n 2 1 n Y Y Y Y eben Y-Eliminierung sind vor allem al 2 - und 3 SiY-Eliminierungen wichtig. 1,2-Eliminierungen Wichtige 1,2-Eliminierungen Dehydratisierung 2 Alkohol-Abspaltung ofmann-abbau al alogenwasserstoff- Abspaltung al Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

52 Mechanismen X: Y Drei Situationen bezüglich der zeitlichen Koordinierung der - und Y- Bindungsspaltung. a) und Y werden konzertiert gespalten E2-Mechanismus (Bimolekulare Eliminierung) b) Y wird vor gespalten E1-Mechanismus (monomolekulare Eliminierung) intermediäre Bildung eines arbenium-ions c) wird vor Y gespalten E1cB-Mechanismus (Elimination monomolecular from conjugate base) intermediäre Bildung eines arbanions 3.2 E1 monomolekulare Eliminierungen 2 2 Y k 1 k 1 X : k 2 X 2 2 :Y Üblicherweise ist die Bildung des arbenium-ions langsam und geschwindigkeitsbestimmend, d. h. v 2 >> v 1. d[ 3 2 Y]/dt = k 1 [ 3 2 Y] Das intermediär auftretende arbenium-ion ist identisch dem bei S 1-eaktionen auftretenden arbenium-ion. Folge: Das Verhältnis E1/S 1 ist oft von der atur der Abgangsgruppe unabhängig (inweis auf gemeinsame Zwischenstufe). l Me Et 2 Me 3 Et S 1 E1 Et ofmann Saytzeff Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

53 Da der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Gleiche wie bei der S 1-eaktion ist, wird E1 durch die gleichen Faktoren begünstigt wie S 1 (primär < sekundär < tertiär, polare protische Lösungsmittel). Sterische Spannungen und Temperaturerhöhung begünstigen die Eliminierung gegenüber der S 1-eaktion. 3.3 E1cB-Mechanismus (monomolekularer Zerfall der conjugate base) B: Y k 1 k 1 k 2 :Y Protonenabstraktion geht dem Austritt der Abgangsgruppe voraus. Kinetisch oft nicht vom E2-Mechanismus unterscheidbar d[y]/dt = k [Y] [B ] Läuft ab, wenn Y eine schlechte Abgangsgruppe ist und wenn das intermediäre arbanion durch Substituenten stabilisiert wird. kann weder bei S 2-eaktionen noch bei E2-Eliminierungen als Abgangsgruppe fungieren. Bei E1cB aber möglich!..... Ph S 2 SMe 2 langsam Ph S 2 SMe 2 Meist erfolgt die Bildung des arbanions in einem reversiblen Schritt, sodass beim Arbeiten in deuterierten Lösungsmitteln ein Einbau von Deuterium in das Ausgangsmaterial erfolgt. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

54 3.4 E2-Eliminierungen (bimolekulare Eliminierungen) Ein ucleophil kann entweder am α- oder am β- angreifen, sodass E2 und S 2 miteinander konkurrieren. E2 X: 2 E2 S 2 S 2 E2 wird beschleunigt durch Erhöhung der Basizität von X: und durch Verbesserung der Abgangsgruppen-Eigenschaft von Y (analog zu S 2) < Me < Et < ipr < tbu Basizität im nicht-protonischen Lösungsmittel größer Kinetik 2. rdnung: d[ 2 2 ]/dt = k [ 2 2 ] [X ] Stereochemie: ur wenn die - und X-Bindungen in der gleichen Ebene liegen, ist eine glatte Umwandlung des -Systems in ein -System möglich. X X anti-coplanarer Übergangszustand syn-coplanarer Übergangszustand B B Der anti-coplanare Übergangszustand ist gegenüber dem syn-coplanaren Übergangszustand begünstigt: Vermeidung ekliptischer Wechselwirkungen Minimierung der Elektronenpaar-Abstoßung (vgl. ückseitenangriff bei S 2) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

55 Anti-Eliminierung Ph Ph 3 Ph Ph 3 anti erythro-1-om-1,2-diphenylpropan (Z)--Methylstilben Ph Ph 3 Ph 3 Ph anti threo-1-om-1,2-diphenylpropan Bei yclohexanen ist die antiperiplanare Anordnung dann gegeben, wenn sich beide abzuspaltenden Gruppen in axialer Position befinden. (E)--Methylstilben Y Ts 3 Ts 3 3 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

56 Syn-Eliminierung ist bevorzugt, wenn die ing-geometrie eine syn-periplanare Anordnung erzwingt. egioselektivität bei E2-Eliminierungen: Saytzeff vs. ofmann ofmann untersuchte - Me 3 -Verbindungen und stellte fest: Bevorzugt entstehen Alkene mit der geringsten Zahl von Alkylgruppen an der Doppelbindung. Saytzeff untersuchte -Verbindungen und stellte fest: Bevorzugt entstehen Alkene mit der größten Zahl von Alkylgruppen an der Doppelbindung. 2 1 Et Y Y = SMe 2 Me 3 19 % 74 % 95 % 81 % 26 % 5 % 2 1 Y KEt Et ofmann Saytzeff Y = F l I 83 % 36 % 25 % 20 % 17 % 64 % 75 % 80 % Das (thermodynamisch günstige) Saytzeff-Produkt wird bevorzugt, wenn gute Abgangsgruppen vorhanden sind (Alken-ähnlicher Übergangszustand). Das ofmann-produkt wird bevorzugt, wenn schlechte, möglichst positiv geladene, große Abgangsgruppen vorhanden sind. Liegt eine schlechte Abgangsgruppe Y vor, ist im Übergangszustand die - Bindung weiter gelöst als die Y-Bindung. Die Angriffsposition der Base wird durch die höhere Acidität des Wasserstoffs am weniger alkylierten Kohlenstoff bestimmt: im obigen Beispiel 1. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

57 Der Anteil an ofmann-produkt lässt sich auch durch Vergrößerung der Base steigern. 3 3 Base Base = Et Me 3 Et 3 ofmann 30 % 72 % 78 % Saytzeff 70 % 28 % 22 % E1 liefert meist bevorzugt die thermodynamisch stabileren Saytzeff Produkte. Bei E1cB ist die rientierung durch die Acidität der -ständigen Protonen festgelegt. 3.5 Konkurrenz von Eliminierung und Substitution a) E1/S 1-Verhältnis Unabhängig von der Abgangsgruppe Sterisch anspruchsvolle Gruppen in der Umgebung des arbenium- Zentrums verhindern den Angriff des ucleophils -> E1 Temperaturerhöhung begünstigt E1 b) E2/S 2-Verhältnis wird vergrößert durch Sterische Abschirmung der ückseite der Y-Gruppe Einsatz voluminöser Basen Diazabicyclo[5.4.0] undec-7-en (DBU) 3 3 2,6-Lutidin K Kalium-tert -butanolat Et ünig-basen Lithiumdiisopropyl amid (LDA) Li Li Lithiumtetramethyl piperidid (LTMP) Elektronenziehende Gruppen am β-kohlenstoff Verwendung schwächerer Abgangsgruppen Temperaturerhöhung Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. P Schwesinger-Basen

58 Effekt α-ständiger Alkylgruppen im Substrat auf das E2/S 2-Verhältnis > 1 M aet in Et, 55 Et lefin Substrat k(s 2) / k(e2) / gebildetes 10 5 L mol 1 s L mol 1 s 1 lefin lefinanteil = 2 1 % ( 3 ) = 2 79 % ( 3 ) 3 << ( 3 ) 2 = % Effekt β-ständiger Alkylgruppen im Substrat auf das E2/S 2-Verhältnis 0.1 M aet in Et, 55 Et lefin Substrat k(s 2) / k(e2) / gebildetes 10 5 L mol 1 s L mol 1 s 1 lefin lefinanteil = 2 1 % = 2 9 % ( 3 ) ( 3 ) 2 = 2 60 % c) Wechsel von S 1/E1-Bedingungen zu S 2/E2-Bedingungen Beispiel: ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 Et 2 Et 81 : 19 Et / Et 7 : Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

59 3.6 Synthese-Beispiele Dehydratisierung 2 eaktion wird in Gegenwart starker Säuren durchgeführt ( 2 S 4, 3 P 4 ). Bei primären Alkoholen , bei sekundären 140, bei tertiären 100. Alken abdestillieren, um Polymerisation zu vermeiden arbenium-ionen-umlagerungen möglich Bessere Ergebnisse bei Dehydratisierung in Gasphase an Aluminiumoxid u. Ä. (ca. 350 ). 3 P Um saure Bedingungen zu vermeiden: Umweg: Ts Base Alkohol-Abspaltung Von präparativer Bedeutung: baseninduzierte ingöffnung von Epoxiden zu Allylalkoholen. Prinzip: Base B: Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

60 Dehydrohalogenierung Eliminierungen aus Monohalogeniden wurden oben besprochen 2 Et 3 l Keten X Et X X X Et Alkin (in vielen Fällen begleitet von Allenen) ofmann-abbau quartärer Ammonium-Basen Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

61 Dehalogenierung Mit I : I Me D Me D I (I I I 2 ) Beim Einsatz primärer om-verbindungen kann I zuerst eine nucleophile Substitution bewirken, sodass sich die Stereochemie ändert. Mit Zink (berflächenreaktion): Me Me E2 Zn: Darstellung von Ketenen durch Behandeln von α-om-carbonsäurebromiden mit Zink: Zn Grob-Fragmentierung Wenn ein Kohlenstoff-Fragment die positive Abgangsgruppe ist, spricht man von Fragmentierung. W al W = - 2, - 2, - 2 ' 2 Ph 2 2 Ts Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

62 Thermische syn-eliminierung über sechsgliedrige Übergangszustände Y X Ester-Pyrolyse Ester sind thermisch stabil. Erst beim Erhitzen auf hohe Temperaturen zersetzen sie sich in Alken und arbonsäure >400 Tschugaev-Eliminierung Xanthogenate gehen die analoge 1,2-Eliminierung bei tieferen Temperaturen ein. Da Sie die erstellung der Xanthogenate aus den Alkoholen bereits kennengelernt haben (s. adikal-eaktionen) steht Ihnen damit eine Methode zur stereoselektiven Wasser-Eliminierung zur Verfügung. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

63 Thermische syn-eliminierungen über fünfgliedrige Übergangszustände Y X Aminoxid-Pyrolyse (ope-eliminierung) Me Me ach einem ähnlichen Mechanismus zerfallen Sulfoxide und Selenoxide. 1 2 S 34 S Se 34 Se Die Selenoxid-Eliminierung ermöglicht die Einführung einer Doppelbindung unter sehr milden Bedingungen. sauer, da in -Position zu arbonyl Et 3, Ph Ph 2 2, K T Se Se Se Ph Se Ph Tendenz zur Pyrolyse: Selenoxide zerfallen am leichtesten, arbonsäureester am langsamsten S S 3 3 Se > > > Ar Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

64 Eliminierungen in der Schutzgruppen-Technik E1-Eliminierungen bei tert-butylethern, tert-butylestern und tert- Butylcarbamaten. ( 3 ) 3 tert.-butylether 3 ( 3 ) 3 E1 ( 3 ) 3 3 ( 3 ) 3 E1 tert.-butylester ( 3 ) 3 tert.-butylcarbamat 3 ( 3 ) 3 E E1cB-Eliminierungen zum Entfernen des Fmoc-ests Fluorenyl meth(yl) oxy carbonyl l ' Schützen 2 ' Fmoc-l Base Entschützen ' Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

65 4 Additionen an -Mehrfachbindungen Thermodynamische Aspekte der Additionsreaktionen an Ethylen Mittlere Bindungsenergien (abhängig von der Art der Alkylreste): : 345 kj mol 1 =: 610 kj mol 1 : 837 kj mol = 265 kj mol 1 (Wert der -Bindung) = 227 kj mol 1 (Wert der 2. -Bindung) Die erste π-bindung ist ca. 80 kj mol 1, die zweite π-bindung ca. 120 kj mol 1 schwächer als die -Bindung. Die häufigste eaktion der Alkene ist die Addition. Dabei wird eine Gruppe XY an die Doppelbindung unter Auflösung der -Bindung angelagert, so dass eine - Einfachbindung entsteht. X Y Wie bei den radikalischen Substitutionen besprochen, lässt sich ein äherungswert der eaktionswärme aus der Differenz der Dissoziationsenthalpien der zu brechenden und zu bildenden Bindungen ermitteln. 2 2 = = 265 l l 2 2 l l r 120 kj mol 1 r 171 kj mol = r 32 kj mol 1 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

66 4.1 Mechanistische Einteilung a) Einleitender elektrophiler Angriff Bei unsubstituierten Alkenen oder Alkenen, die Elektronendonoren (z. B. Alkyl, Aryl,, 2 ) tragen. Do Y Y Do :X Do X Y Aber: Verbrückte Zwischenstufen (alonium-ionen, Sulfonium-Ionen) bei vielen alogenierungen, Sulfenylierungen etc. b) Einleitender nucleophiler Angriff Bei -Doppelbindungen, die durch Elektroneakzeptoren (z.b. X, -, - 2, -S 2 ) substituiert sind Acc X :X Acc Y Acc Y X c) adikalische Addition X X X Y X Y X d) Konzertierte Prozesse X Y X Y rbitalsymmetrie-egeln beachten. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

67 4.2 Elektrophile Additionen Additionen von X und X verlaufen i. A. über nicht verbrückte Zwischenstufen. Zur Addition wenig acider Verbindungen X ( 2, ) ist Protonen-Katalyse erforderlich. Die egioselektivität wird durch die Stabilität des intermediären arbenium-ions bestimmt. 2 ( = Alkyl, Aryl) X X X X Markownikow: Wer schon hat, bekommt noch mehr. al alogenwasserstoff-addition 2 Saure ydratisierung zu Alkoholen ' Alkohol-Addition zu Ethern 2 ' arbonsäure-addition zu Estern Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

68 Die eaktivitätsreihe lässt sich aus der Stabilisierung der intermediären arbenium- Ionen ableiten. Alkyl l () < Alkyl < Alkyl < Da intermediär arbenium-ionen auftreten, sind Umlagerungen möglich. Beispiel: Addition von l an 3,3-Dimethyl-but-1-en 3 l 2 l und l ,2-Methylwanderung Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

69 Addition von l an Buta-1,3-dien Angriff an Angriff an -1 l 3 1,2-Addition 3 1,4-Addition Angriff an unsymmetrische Diene aus Stabilität des Allylkations ableitbar. b a b a a b a b Additionen von X erfordern Lewis-Säure-Katalyse. Wenn X leichter ionisierbar ist als das Produkt, lässt sich die kationische Polymerisation unterdrücken. Me l [Znl 3 2 ] Me 2 2 l 3 3 Znl 2 Znl Znl 3 Znl 3 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

70 Wiederholung einiger Begriffe Isomerie Isomere Unterschiedliche Verbindungen mit gleicher Summenformel Konstitutionsisomere Isomere mit unterschiedlicher Konnektivität (=Atomsequenz) Stereoisomere Isomere mit gleicher Konnektivität (=Atomsequenz) Enantiomere Stereoisomere, die nichtidentische Spiegelbilder voneinander sind Diastereomere Stereoisomere, die keine Spiegelbilder voneinander sind Für das Auftreten von Enantiomeren ist es erforderlich, dass sich die Moleküle von ihrem Spiegelbild unterscheiden. Solche Moleküle nennt man chiral. Achirale Moleküle haben entweder eine intramolekulare Spiegelebene oder ein Inversionszentrum. Spiegelebenen 2 2 Inversionszentrum Drehachsen achiral chiral Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

71 Selektivität hemoselektiv sind Umsetzungen, bei denen ein eagenz im Substrat bevorzugt eine von mehreren möglichen Transformationen bewirkt. z.b. l l // l 2 l oder: ab 4 ist ein chemoselektiveres eagens als LiAl 4, weil es mit einer begrenzteren Zahl funktioneller Gruppen reagiert. egioselektiv ist eine molekulare Transformation, wenn sie bevorzugt an einer Stelle des Substrats erfolgt. Stereoselektivität bezeichnet die bevorzugte Bildung eines von mehreren denkbaren Stereoisomeren. Diastereoselektivität bezeichnet die bevorzugte Bildung eines von mehreren denkbaren Diastereomeren dr = diastereomeric ratio Verhältnis der Diastereomeren de = diastereomeric excess (Diastereomeren Überschuss = % auptprodukt % ebenprodukt) Beispiel Enantioselektivität bezeichnet die bevorzugte Bildung eines von zwei möglichen Enantiomeren er = enantiomeric ratio Verhältnis der beiden Enantiomeren ee = enantiomeric excess = % % S (Enantiomeren Überschuss) Beispiel 2 Me 2 Me 2 Me 2 Me endo 2 Me 2 Me exo tert.bu Ti(iPr) 4 L-()DET er = 95 : 5 ee = 90 % dr = 77 : 23 de = 54 % Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

72 Als stereospezifisch bezeichnete man früher eaktionen, die mit so hoher Stereoselektivität verlaufen, dass nur eines der möglichen Stereoisomeren nachweisbar war. eute spricht man von stereospezifischen eaktionen, wenn Ausgangsmaterialien, die sich nur in ihrer Konfiguration unterscheiden, in stereoisomere Produkte übergehen (IUPA Gold Book, 2006). cis cis trans trans omotop Enantiotop Diastereotop omotope Gruppen (z. B., a, b ) sind ununterscheidbar (weder durch eagenzien, Enzyme, M-Geräte) Beispiel a b Me Me Enantiotope Gruppen (z. B., a, b ) sind unterscheidbar durch chirale eagenzien. Beispiel a b Ph Me Diastereotope Gruppen (z. B., a, b ) sind verschieden (verschiedene eaktivität). l Beispiel 3 l a b Zur Unterscheidung ersetzt man die fraglichen Gruppen (hier -Atome) alternativ durch eine andere Gruppe. Sind die entstehenden Produkte identisch Me G Me und G Me Me, handelt es sich um homotope Wasserstoffe Enantiomere Ph G Me und G Ph Me, handelt es sich um enantiotope Wasserstoffe Diastereomere 3 l l G und 3 l l G, handelt es sich um diastereotope Wasserstoffe. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

73 Entsprechend sind homotope, enantiotope und diastereotope Seiten definiert. = homotope Seiten (zwei identische Moleküle) Ph Ph Ph enantiotope Seiten Enantiomere 1. PhLi 2. 3 Ph Ph diastereotope Seiten Diastereomere Additionen von 2 omonium-ion - Führt man die eaktion in nucleophilen Lösungsmitteln (z. B. Alkoholen) durch, kann das intermediäre omonium-ion auch vom Lösungsmittel angegriffen werden. 3 omonium-ion 3 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

74 Das Auftreten intermediärer omonium-ionen wurde aus der anti-stereospezifität der Additionsreaktionen abgeleitet sowie aus den Abfangprodukten mit anderen ucleophilen. In superaciden Medien lassen sie sich direkt beobachten. Unsymmetrische alonium-ionen werden vom ucleophil am höher substituierten Kohlenstoff angegriffen, was durch die ungleiche Bindungsstärke in den alonium- Ionen erklärt werden kann Et Analoge eaktionen lassen sich auch intramolekular durchführen. om-veretherung Warum verläuft diese eaktion diastereoselektiv, d. h., warum läuft die folgende eaktion nicht ab? Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

75 Iod-Lactonisierung I I K 3 I I I Bei eaktionen mit Interhalogenverbindungen (I l, I, l) greift zuerst das elektropositivere alogen an. Additionen an cis- und trans-but-2-en a b a b 3 = = 3 2 Enantiomere a a 3 3 = 3 3 ist identisch mit b b 3 3 = 3 3 meso-verbindung (intramolekulare Spiegelebene) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

76 yclische omonium-ionen wurden von lah als langlebige Spezies in superaciden Medien (SbF 5 /S 2 lf) M-spektroskopisch studiert. Das Ausmaß der Vebrückung hängt von der Fähigkeit ab, mit der die Substituenten arbenium-ionen zu stabilisieren vermögen. X Mit zunehmendem Elektronenschub von X wird die arbenium-struktur gegenüber der omonium- Struktur begünstigt. Alkene mit Verzweigung reagieren mit l 2 unter Substitution (arbenium-ion eliminiert Proton) l 2 l l Vebrückte Zwischenstufen auch mit anderen Elektrophilen. Verbrückung hat größere Bedeutung bei Sulfenylierungen (Addition von -Sl), geringere bei hlorierungen S l S l sehr stabil! Vgl. achbargruppen-beteiligung Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

77 xymercurierung von Alkenen g(ac) gac 2 2 ab 4 gac 2 Enantiomeres adikal- Mechanismus gac g(ac) 2 gac 2 ab 4 3 g(0) Epoxidierung von Alkenen Die Epoxidierung von Alkenen mit Peroxycarbonsäuren ist mit der Bildung von alonium-ionen verwandt. l l Epoxid xiran Wie bei anderen elektrophilen Additionen nimmt die eaktivität von Doppelbindungen mit zunehmender Zahl der Alkylgruppen zu > 6500 Wie bei om-additionen zeigen 1,1- und 1,2-dialkylierte Ethylene ähnliche eaktivität: Verbrückte Übergangszustände. Bei Additionen von oder sind 1,1-Dialkylethylene dagegen viel reaktiver als 1,2-Dialkylethylene. Warum? Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

78 Damit ergibt sich die Möglichkeit der Differenzierung verschiedener substituierter Doppelbindungen. mpba Eine der wichtigsten enantioselektiven eaktionen ist die Sharpless-Epoxidierung (obel-preis 2001), die unter Verwendung katalytischer Mengen von L-()- oder D-( )-Weinsäurediethylester (Diethyltartrat, DET) primäre und sekundäre Allylalkohole in nahezu enantiomerenreine Epoxide überführt. Ti(iPr) 4 tert-bu Et Ti(iPr) 4 tert-bu Et Et Et L-()-DET D-( )-DET Unter Säurekatalyse lassen sich Epoxide spalten 3 2 Durch Kombination dieser beiden eaktionen (Epoxidierung und Säure-katalysierte Wasser-Addition) wird an jedes der beiden -Atome der Doppelbindung eine - Gruppe angelagert, wobei 1,2-Diole entstehen. Man spricht von anti- Dihydroxylierungen. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

79 syn-dihydroxylierung Die Baeyer-Probe verläuft ebenfalls über die Bildung von 1,2-Diolen, die unter bestimmten Bedingungen isolierbar sind. Weiteroxidation der 1,2-Diole führt zu 2 (aus = 2 ), arbonsäuren (aus =) oder Ketonen (aus = 2 ). Auf diese Weise wurde früher die Lage von Doppelbindungen in Molekülen bestimmt. KMn 4 violett Mn 2 braun cis-yclohexan-1,2-diol häufig rasche Folgereaktion mit KMn 4 Adipinsäure Der Mechanismus der syn-dihydroxylierung mit KMn 4 ist dem der xidation mit smiumtetroxid (flüchtig und sehr giftig!) verwandt. oxidative ydrolyse s In der Praxis wird diese eaktion, die selektiv zum syn-dihydroxylierungsprodukt führt, mit katalytischen Mengen an s 4 und stöchiometrischen Mengen an K 3 Fe() 6 durchgeführt. Der cyclische Ester wird oxidativ hydrolysiert, so dass s 4 zurückgebildet wird. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

80 ydroborierung B 3 wird entweder als Dimer (B 2 6 ) oder als Addukt mit Lewis-Basen (Me 2 S, TF) eingesetzt. Das in kleiner Gleichgewichtskonzentration vorliegende B 3 (Elektronenlücke am Bor) vermag sich regio- und syn-stereoselektiv an Doppelbindungen zu addieren. B B 2 B B 3 S 3 3 B S 3 kleine Stationärkonzentrationen an freiem monomerem Boran B Thexylboran B B B 9-BB (9-Borabicyclo[3.3.1]- nonan) Bei Additionen an sterisch wenig gehinderte terminale Alkene, können sich die primär entstehenden Monoalkyl- und Dialkylborane an weitere Alken-Moleküle addieren. B B B B Monoalkylboran Dialkylboran Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

81 Wichtige Folgereaktionen: 3 2 D 2 2 D ( 2 2 ) 3 B 2 2 / 2 / 2 2 Anti-Markownikow-ydratisierung 2 2 Anti-Markownikow-ydrobromierung Mechanismus: B a B() 4 3 a B egioselektivität: Bor greift die Position an, die positive Ladung weniger gut stabilisieren kann. Der elektronische Effekt wird durch sterische Effekte verstärkt. Ph B B BB Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

82 Stereoselektivität: syn-addition von vorne B von hinten Me 9-BB 2 2 / 2 2 / Die xidation verläuft unter Erhalt der Konfiguration (vgl. obigen Mechanismus). Enantioselektive ydroborierung Ein chirales ydroborierungsreagenz erhält man durch Umsetzung von B 3 mit dem in beiden enantiomeren Formen vorkommenden Monoterpen -Pinen. 3 B 2 6 B -Pinen Bis-isopinocampheylboran [(Ipc) 2 B] (Ipc) 2 B greift die enantiotopen Seiten einer prochiralen Doppelbindung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten an, sodass nach oxidativer Aufarbeitung aus prochiralen Alkenen enantiomeren-angereicherte Alkohole entstehen. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

83 4.3 ucleophile Additionen haben große Bedeutung bei Akzeptor-substituierten Doppelbindungen u. ä. Beispiel: yanoethylierung Mechanismus: Angriff eines ucleophils unter Ausbildung eines -substituierten arbanions. B: Ph 2 Ph 2 Ph S 2 Michael-Addition -Verknüpfungsmethode durch Addition eines arbanions an eine elektronenarme Doppelbindung (detaillierte Behandlung im Kapitel arbonylverbindungen) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

84 4.4 adikalische Additionen 2 und l 2 können auch radikalisch an = addiert werden. adikalische Addition von erfolgt in anti-markownikow-ichtung (Peroxid-Effekt) Me 2 Andere alogenwasserstoffe lassen sich nicht radikalisch addieren. adikalische Addition auch von l 4 oder 4 in Gegenwart von Peroxiden oder beim Belichten. l 3 l 4 Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

85 4.5 ycloadditionen sind ingschlüsse, bei denen die Zahl der -Bindungen erhöht wird, ohne dass andere -Bindungen gelöst werden. ycloadditionen sind nicht mit der Eliminierung kleiner Moleküle verbunden, d. h., das ycloaddukt entspricht der Summe der Komponenten. ycloadditionen können konzertiert oder über eine Zwischenstufe ablaufen. Energieprofil für konzertierte ycloaddition Diradikal Zwitterion Energieprofil für stufenweise ycloaddition Klassifizierung entweder nach inggröße oder nach der Zahl der beteiligten - Elektronen. Die folgende Einteilung erfolgt nach der inggröße [42]-ycloadditionen (Diels-Alder-eaktionen) Die Diels-Alder-eaktion, bei der ein Dien mit einem Dienophil (Alken oder Alkin) unter Bildung eines sechsgliedrigen ings reagiert, ist der wichtigste Vertreter der Gruppe der ycloadditionsreaktionen. äufig werden die beiden neuen -Bindungen gleichzeitig geknüpft: Man spricht von einem konzertierten eaktionsverlauf. 200 Dien Dienophil yclohexen Von etero-diels-alder-eaktionen spricht man, wenn die sp 2-Zentren in Dien oder Dienophil durch eteroatome (meist, S, ) ersetzt sind. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

86 harakteristika von Diels-Alder-eaktionen Erleichterung durch Elektronenakzeptoren im Dienophil und durch Elektronendonoren im Dien Als Elektronenakzeptoren haben Sie beispielsweise die Gruppen X S kennengelernt. 2 Me 2 Me Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

87 cis-stereospezifität: Die Konfiguration der eaktanten bleibt im ycloaddukt erhalten. cis- 1,2-Dicyanoethen cis- 4,5-Dicyanocyclohexen trans- 1,2-Dicyanoethen trans- 4,5-Dicyanocyclohexen endo-egel 2 2 exo (der Substituent weist vom größeren ing weg) endo (der Substituent weist zum größeren ing hin) Die Bildung des thermodynamisch weniger günstigen endo-produkts erfolgt im Allgemeinen rascher (Alder-egel). E Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

88 Diene müssen in der Lage sein, eine s-cis-konformation einzunehmen, um eine Diels-Alder-eaktion einzugehen. s-trans s-cis kann bei Diels-Alder-eaktionen nicht als Dien reagieren Beispiel: Me s-trans Me s-cis Me Bei hohen Temperaturen sind Diels-Alder-eaktionen reversibel (etro-diels- Alder-eaktion) 2 Sdp. 42 Die egioselektivität von Diels-Alder-eaktionen lässt sich durch die Störungs- M-Theorie voraussagen (Koeffizienten in den Grenzorbitalen M und LUM). X Y X Y X? oder Y Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

89 In den meisten Fällen kann man sie aus Partialladungen ableiten, die sich aus den esonanzstrukturen ergeben. Donor-substituiertes Dienophil : 1-Donor-substituiertes Dien : 2-Donor-substituiertes Dien : Akzeptor-substituiertes Dienophil 1-Akzeptor-substituiertes Dien 2-Akzeptor-substituiertes Dien rientierungsselektivität mit einem 2-substituierten Dien Me 2 Me 2 Me 2 25, 41 Tage: 70 : , 1 mol-% All 3,3h: 95 : 5 rientierungsselektivität mit einem 1-substituierten Dien Me 2 Me 2 Me 2 25, 70 Tage: 90 : 10 (cis/trans = 57/43) (cis/trans = 73/27) 10 20, 10 mol-% All 3,3h: 98 : 2 (cis/trans = 95/5) (hauptsächlich cis) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

90 4.5.2 [32]-ycloadditionen (1,3-dipolare ycloadditionen, uisgen- eaktionen) a: b c b a c : :b a c c b a c b a 1,3-Dipol vom Allyl-Typ 6 Elektronen (aromatisch) a: b c a b c : a a : b b b a c c c 1,3-Dipol vom Propargyl-Typ 6 Elektronen (aromatisch) Beide Typen besitzen ein -System vom Allylanion-Typ (4 Elektronen über 3 Zentren delokalisiert), sodass ein aromatischer Übergangszustand resultiert. Beispiele für 1,3-Dipole vom Allyltyp itron Ph Ph.. Ph Ph... Azomethin-Ylid Et Et Et Et Ph Ph zon Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

91 Beispiele für 1,3-Dipole vom Propargyltyp Diazomethan (allg. Diazoalkane)..... Ph Ph. Phenylazid itriloxid Ph..... Ph... Beispiele: 2 Et 2. Tautomerie 2 Et. Ph..... Ph Toluol, 110 : 2 egioisomere im Verhältnis ca. 1:1 u -Katalyse, 25 : Selektive Bildung eines egioisomers unter milden Bedingungen (lick-eaktion) Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

92 zonolyse ' [32]- ycloaddition Primärozonid (meist nicht isolierbar) [32]- ycloreversion Sekundärozonid erneute [32]- ycloaddition ' arbonyloxid reduktive Aufarbeitung z. B. Zn/Eisessig oder Me 2 S oder Ph 3 P oxidative Aufarbeitung z. B. 2 2 ' ' [22]-ycloadditionen 4 Elektronen (antiaromatisch) ach den Woodward-offmann-egeln (rbitalsymmetrie-egeln; detaillierte Besprechung in höheren Semestern) ist die yclobutan-bildung durch konzertierte [22]-ycloaddition zweier Alkene im elektronischen Grundzustand nicht möglich, da der Vier-Elektronen-Übergangszustand antiaromatischen harakter hat. Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

93 Thermische [22]-ycloadditionen verlaufen daher über Diradikale oder 1,4- Dipole. F 2 F 2 F 2 F 2 F F F F F F F F icht stereospezifische [22]-ycloaddition ur wenn spezielle -Systeme vorliegen, wie bei Ketenen, kommt es zu konzertierten [22]-ycloadditionen. Die beiden -Systeme nähern sich einander orthogonal an. l 2 Alkyl 2 Photochemische [22]-ycloadditionen sind als konzertierte Prozesse möglich. h Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.

94 4.5.4 [21]-ycloadditionen (heletrope eaktionen) Additionen von arbenen ( 2 :) und itrenen ( ) yclopropan Aziridin Triplett-arbene Bindungswinkel Mit ES detektierbar Bsp.: 2, Ph, Grund der Stabilität: Elektronenabstoßung im sp 2 -rbital ist höher als der Energiegewinn der Absenkung von p nach sp Energieunterschied Triplett Singulett ca. 40 kj mol -1 nur ein Elektron im sp 2 -rbital geringere Abstoßung Singulett-arbene Bindungswinkel Bsp.: l 2, l, ( 3 ) 2 (Substituent mit freiem Elektronenpaar) Energieunterschied Triplett Singulett ca. 40 kj mol -1 zwei Elektronen im sp 2 -rbital stärkere Abstoßung Prof.. Mayr, LMU München, -2 Vorlesung im WS 2014/ Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet.