Prof. Dr. H. Hauptmann Übungen zur Vorlesung Organische Chemie II für Studierende des Lehramtes und der Biologie (3. Sem.)

Transkript

1 Prof. Dr.. auptmann Übungen zur Vorlesung rganische hemie für Studierende des Lehramtes und der Biologie (3. Sem.) Lösungsbogen zu Übungsblatt 5, zu E2, E1cB und thermischen Eliminierungen, Regiochemie und Stereochemie. 1.) Machen Sie Aussagen zur bevorzugten Regiochemie (ofmann / Saytzeff) der Reaktionen und der t ihrer Reaktionskontrolle. a) 3 1 SMe 2 Eta Et SMe 2 (ofmannprodukt) Die bimolekularen Eliminierungen von Sulfonium oder Trialkylammoniumionen in Gegenwart starker Basen verlaufen i. a. nach der ofmannregel zu den thermodynamisch labileren lefinen. Als Erklärung wird angeführt: 1. Primäre Atome sind azider als sekundäre oder tertiäre Atome. 2. Aus sterischen Gründen ist bei großen Abgangsgruppen der Übergangszustand zum ofmannprodukt günstiger als der zum SaytzeffProdukt. 3. Statistische Gründe: n diesem Beispiel ist das Verhältnis 1 : 3 = 3 : 1 b) Eta 79 : 21 Et Et 3 a 27 : 73 Et 3 Sterisch anspruchsvolle Basen und sperrige Gruppen neben Atomen begünstigen das ofmannprodukt. c) l a Et

2 Je nach der Basenkonzentration können E1 und E2 Reaktionen ablaufen mit zwei lefinen in unterschiedlichen Mengenverhältnissen: Beispiel E1 Mechanismus: l 3 3 a (verd.) Et l auptprodukt Saytzeff 3 Beispiel E2 Mechanismus: 3 3 l a (konz.) Et 3 3 auptprodukt 3 d) 2 l ( 3 ) 3 Die sperrige Base begünstigt das ofmannprodukt. ofmannprodukt

3 2. a) Erklären Sie anhand der ewmanprojektionen die Bildung der Eliminierungsprodukte. Die antieliminierung bestimmt die E/ZStereochemie: 3 3 entsprechend: ewman Projektion 3 * * a Et a Et 3 3 E Alken Z Alken * = Rotation um 120 um die mittlere Bindung 2 b) 1enyl1,2dibromethan reagiert mit K in zwei Schritten zu enylacetylen. Welche Eliminierungen finden statt? m ersten Schritt erfolgt eine antieliminierung zum 1om1phenylethen, wobei das azidere Benzylproton von der Base angegriffen wird. 2 Der zweite Reaktionsschritt kann als überwiegende transeliminierung formuliert werden (etwas cis bzw. syneliminierung ist möglich). Es entsteht enylacetylen. 3.) Die beiden Reaktionen ergeben die Epoxide mit der angegebenen Stereochemie. Leiten Sie daraus die Stereochemie (R,S) der als Edukte eingesetzten Ephedrine ab. Geht man von den Produkten a und b aus dem Reaktionsweg zurück, ist zu erkennen, daß die Zwischenverbindungen ydroxyαtrimethylammoniumhydroxide a und b sein müssen, die ihrerseits durch zweifache Methylierung von αmethylaminohydroxy Edukten, dem angegebenen Ephedrin a bzw. Pseudoephedrin b, und anschließenden Austausch des Jodidions durch das ydroxidion entstanden sind. m Sinne der Synthese läßt sich also formulieren:

4 3 S R 3 Ιa Ephedrin 1. 2 x 3, 2 α 3 S R S 2 Me 3 ΙΙa S S ΙΙΙa 3 3 R R 3 Ιb Pseudoephedrin 1. 2 x 3, 2 3 α R R S 2 Me 3 ΙΙb R S ΙΙΙb 3 Die Epoxide entstehen in einer internen S 2Reaktion mit nversion der Konfiguration am αatom. 4.) Tropinol läßt sich durch ofmannabbau in einen Kohlenwasserstoff überführen. a) Formulieren Sie: , 2 3 T Me 2 2 Tropinol 1. 3, 2 T Me 3 Me 3 2 Der ofmannabbau mit einem Mechanismus von E1cBharakter (s. u.) sollte über ein yclohexdienol (z. B. ) als Alkoholzwischenprodukt laufen. Allerdings wurde nicht isoliert, sondern als Folge einer anschließenden Wassereliminierung, sicherlich nach einem E1cBMechanismus, über das resonanzstabilisierte ntermediat ycloheptadienylanion, ycloheptatrien, bekannt als Tropiliden, isoliert. 2 2 Tropiliden (ycloheptatrien)

5 b) Die Umsetzung von Tropinon mit Benzylbromid liefert zwei Stereoisomere (A B) (1. Schritt). andelt es sich um Enantiomere oder Diastereomere? 1. Schritt: Tropinon A B A und B sind nicht spiegelbildlich, somit sind sie Diastereomere. 2. Schritt, z.b. mit A : 2 3 Ag 2, 2 T 2 3 α 2 Ag ,4Addition E1cB a b b a A und B Die αatome der arbonylgruppe in sind azide. Durch Deprotonierung entsteht aus das resonanzstabilisierte arbanion a mit seiner Enolatgrenzstruktur b. Die interne Eliminierung der Ammoniumfunktion in führt zum Enon a mit freier Drehbarkeit des Amidsubstituenten nach dem E1cBMechanismus. Die Amine a und b können wieder in einer internen 1,4Addition der freien Elektronenpaare am Aminstickstoff an das Enonsystem unter Rückbildung der ursprünglichen bicyclischen Ketone A und B addieren. 5.) Für die folgenden Reaktionen wird ein E1cBMechanismus diskutiert. Formulieren Sie unter Angabe der Zwischenstufen. Welche gumente lassen sich für E1cB anführen? a) Die αatome im AldolEdukt sind azide. Durch Deprotonierung entsteht ein resonanzstabilisiertes arbanion, aus dem nach einem E1cBMechanismuss das ydroxidion zum stabileren Esomeren eliminiert wird.

6 α α a Et Et _ a Der E1cBMechanismus ist ein Grenzfall der E2Reaktion. Bei diesem erfolgt die Lösung der Abgangsgruppe nahezu synchron mit der Deprotonierung. Schlechte Abgangsgruppen wie das Fluoridion oder das ydroxidion werden nach E2 nicht eliminiert. Durch das vorgelagerte Gleichgewicht der raschen Deprotonierung zum resonanzstabilisierten arbanion entsteht genügend Elektronendruck, um im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt aus ydroxidion zu eliminieren. b) Me 3 a Me, 2 Es liegt hier keine S 2Reaktion vor, da das Reaktionszentrum sterisch zu stark abgeschirmt ist. ach S 2 wäre zu erwarten: Me 2 3 Man muß daher zunächst eine E1cBReaktion zum Enon mit dem itrilion als Base und unter Eliminierung von Trimethylamin formulieren. Ein yanidion addiert sich dann in einer 1,4Addition (MichaelAddition) an das Enon Me 3 Me 3 Me 3 (1,4Add.) 2 Base Base