OC4_folie185Alkylwanderungen

HCl

H

Cl

Camphen Isobornylchlorid

Cl

H

Bornylchloridβ-Pinen

HCl

Mechanismus:

H H

Cl

≡Cl

H H

Cl

H

Cl

OC4_folie186Pinakol-Umlagerung

HO OH

+ H- H2O

HO NH2

HNO2- N2

O

+ H

CH3

H3COH

CH3

CH3 1,2-CH3~ CH3

CH3

CH3

H3C

HOCH3

CH3

CH3

H3C

HO- H C(CH3)3

H3C

O

Dienon-Phenol-Umlagerung

Wanderung des höher substituierten C-Atom

HO- H

HHOHO

H

O HO

OC4_folie187Fragmentierungen

OH H- H2O

+

Br

NR2

80% EtOH20% H2O

50°C

NR2 OBr H2O

R = H, CH3

Tiffeneau-Demjanov-Reaktion

HO CH2NH2

HNO2

HO CH2 N N

- H- N2

O

61%

O O

ROHCH2 N N

1) Me3SiCN, ZnI22) LiAlH4

oder1) CH2NO2, OH2) H2, Ni

OC4_folie188Cyclisierung von Carbokationen

O

HO

O

HO

O

HO

CH3

H

H

- HMischung von Olefinen

O

HO

+ Isomere

O

O

OC4_folie189Biomimetische Cyclisierung von Squalenoxid zum Steroid

Squalenoxid

- HH3C

HO

H3C CHCH2CH2CH

CH3H3C

CH3

C(CH3)2

H3C

Lanosterol

HO

H3C

CH3

CH3

H

CH3CH3

CH3

OCH3

CH3H

C

CH3H3C

H

H3C CH2CH2CH C(CH3)2

H3C

HO

CH3

H

CH3

H

OC4_folie190C-C-Verknüpfung von tertiären Carbokationen mit Enolethern

OLDA

LiN(i-Pr)2

O

R X O

R

Cl O+ E2-Eliminierung

Substitution SN2

Si Cl

O Si TiCl4

Cl

O40-50%

Li

prim.- und sec. Alkylhalogenide:

R X : Cl , Cl

tert.-Alkylhalogenide:

OLi

Mechanismus:

O Si

H3C CCH3

CH3TiCl5

O Si

TiCl5

Hydrolyse O

TiCl4+

(CH3)3C Cl

OC4_folie191Reaktionen von elektronenverarmten Heteroatomen

Beckmann-Umlagerung

N

R R´

OH

HN

R R´

OH

H

R´CN

R

R´CNR

R´CN

R

OHH

R´CNH

R

O

Oxim + H2O

Wichtiges Beispiel:

O H2NOH NOH HNH

OOH

NH (CH2)5 CO

nε-Caprolactam Nylon 6

- H2O

Schmidt-Umlagerung

OR2

R1H , HN3 R1 C NH

OR2

R1C

R2

O

N NH

N

OC4_folie192Reaktionen von elektronenverarmten HeteroatomenAutoxidation-Hydroperoxid-Umlagerung: Hock-Verfahren (Phenol-Aceton-Synthese)

O2

Autoxidation

O OH H

OH

+O

CumolMechanismus:

Autoxidation:

+ O O + HO O (Start)

+ O O

O O O OH

+O2

(Kette)u.s.w.

Hydroperoxid-Umlagerung:

O OH

H

O

1,2-Phenyl-Wanderung

O

H2O

- H

O OHH - H2O

O

O

OHOH

+O

Halbacetal

OC4_folie193Reaktionen von elektronenverarmten Heteroatomen

Mechanismus:

C OHR1

R2

R1

COH

O OR2 C R3

O

R3 CO

O-

R1

COH

OR2+ O O C R3

O

R1 COH

O R2R1 C

OH

O R2

- H R1 CO

O R2

Baeyer-Villinger-Oxidation

C OR1

R2

R3 CO

O OH

HR1 C

O

O R2+ R3 C

O

OH

Für die Wanderungstendenz der Gruppe R1 oder R2 gilt wie bei der Wagner-Meerwein-Umlagerungund der Pinakol-Umlagerung die gleiche Reihenfolge.

Ar- > t-Bu > i-Pr > Et > Me > H Ar: p-OCH3 > p-CH3 > p-H > p-Cl > p-NO2

Abnehmende Wanderungstendenz

OC4_folie194Reaktionen von elektronenverarmten HeteroatomenBeispiele von Baeyer-Villinger-Oxidationen, die den vorgeschlagenen Mechanismus stützen

R CO

O OHPh C

OPh

18

Ph CO

O Ph

18Ph

COH

O OPh C RO

18 R CO

OH-

C CO

CH3

H3C

HPh

Ph CO

O OHC O C

H3C

HPh

CH3

O

opt. akt. Retention

COH

O O C PhO

CH3C

HPh

Ph CO

OH-

O

PhCO3H

O OOOHO C

OPh

Ph CO

OH-

Lacton

OC4_folie195Reaktionen von elektronenverarmten Heteroatomen

Beispiel:

OH

H2SO4

HN3

1,2-H~ HN3N NH

N

NHNH

- H2O

- H N

Zerfall von Aziden (Schmidt-Reaktion)

C N NR

NH

C N NR

NH

C NHR

C NH

RHC N

H

RH - HN

R

OC4_folie196Struktur von Carbanionen R3C

E

2p

2s

2p

sp2-hybridisiert

sp3-hybridisiert

C: unhybridisiert

planarpyramidal

C HH

H

CH

HH

Bei nicht resonanz-stabilisiertenCarbanionen ist die pyramidaleKonfiguration stabiler als die planare.

OC4_folie197Dynamische Eigenschaften von Carbanionen

Beispiele:

R CH2 C CH3

H

I

RLi-70°C- R I

R CH2 C CH3

H

Li

CO2 R CH2 C CH3

H

COO Liopt.akt. -70°C: 20% Retention

0°C: vollständige Rac.

XR3

R2R1 X R3

R2

R1

XR3

R2R1Inversion am

Zentralatom

chiral planarachiral

Enantiomer

X: C , N

jedoch:

Br

H

Li

Br-

Li

H

CO2 CO2 Li

H

Br n-BuLi Li CO2 CO2 Li

stereospezifischmit Retention

H

Li60°

C HLi

planarhohe Spannungsenergie

linear, sp-hybridisiert⇒ hoher Energieinhalt

Keine Inversion auf der metallorganischen Stufe:

OC4_folie198Charakter der C-Metall-Bindung (in Abhängigkeit vom Metall)

abnehmender Ionencharakter

Cs > K > Na > Li, Ca > Mg > Zn > Cd > Sn, Pb > Hgzunehmende Konfigurationsstabilitätder metallorganischen Verbindung

Resonanz-stabilisierte Carbanionen (Csp2-hybridisiert)

Ester-Enolat-Anion

Enolat-Anion

R CH NO

O

R CH C N

R CH C OR´O

R CH C R´O

R CH NO

O

R CH C N

R CH C OR´O

R CH C R´O

OC4_folie199Aciditäten (pKa) im Wasser bei 25°C

R Hk1

R + H Ka =k1

k-1=

R H

RH∆G = -RT lnKapKa = -logKak-1

C-H-azide Verbindung pKa

H C(C N)3

H2C(C N)2

H3C C N

NC

NC

CN

CN

CN

H

H C(NO2)3

H2C(NO2)2

H3C NO2

O

O

H

H

O

O

HH

-11

-5.1+11.1+25

+0.2+3.6+10.2

+4.5

+5.3

C-H-azide Verbindung pKa

+9.0H3C C

O

CCH3C

O

H

H

H3C CO

CH3

+20

H3CO CO

CCH3CO

O

H

H

H3CO CO

CH3

+13.3

+24.5

N-H-azide Verbindung

Et3NHNH3Et2NH

+10.2+35+36

O-H-azide Verbindung pKa

H2OCH3OHH3C CH2OH

H3C C OHCH3

CH3

H

H

H

H

CH3

CH4

H2C CH2

Ph C C H

C-H-azide Verbindung(Kohlenwasserstoffe)

+15.7+15.2+15.9

+19.0

14.5

≈ 36

≈ 42

≈ 55+37.0+23.2

OC4_folie200Vergleich von pKa-Werten in Wasser und DMSO (CH3-SO-CH3)

azide Verbindung pKa (H2O) pKa (DMSO)

H3C NO2

H3C C N

H3C C CH3

O

H3C CO

OH

OH

CH3OHH2OH3C CH2OH

H3C C OHCH3

CH3

NH3

H3C SO CH3

10.2 17.2

20.0 26.5

25.0 31.3

4.2 11.6

9.9 16.4

15.5 29.015.7 31.415.9 29.0

19.0 32.2

35.0 41.035.0 35.1

OC4_folie201

OO

O

H O O

O

H O O

O

O O

O

- H

pKa = 6 pKa > 30 nicht stabil: Brückenkopfolefin("Anti-Bredt"-Verbindung)

Jedoch ist bei der Beteiligung von leeren d-Orbitalen eine Wechselwirkung mit einempyramidalen C-Atom möglich:

S SO2

SO2H

O2S SO2

HSO2

O2

pKa ~ 0 pKa = 3.3

Ph3P CH2 Ph3P CH2

(CH3)2S CH2 (CH3)2S CH2

Ylid Ylen

OC4_folie202Drei klassische Reaktionen von Enolat-Anionen

R1 R2O

Base - H

R1 CHR2

O

R1 HO

R2

R3CH CHCOR41)2) + H / H2O

1) R3CHO2) + H / H2O

R3X

- XR1 R3

O

R2

R1

O

R2R3

OH

R1

O

R2

R3

R4

O

Alkylierung

Aldol-Addition

Michael-Addition

Mögliche Strukturen der Enolat-Anionen

R1 CHR2

O O

R1

R2

O

R1

R2

MO

R1

R2

M

n

Sol

OC4_folie203Einkristallstruktur-Analysen des Lithiumenolats vom t-Butylmethylketon (Pinakolon)

O O LiLi N

Dieter Seebach*, Angew. Chem. 1988, 100, 1685-1715

HNLi

O N210345

2

OLi

THF

4

OLi

6

OC4_folie204Einkristallstruktur-Analysen der Z-konfigurierten Lithiumenolate vonPropionsäure-t-Butylester und N,N-Dimethylpropionamid

OC4_folie205Einkristallstruktur-Analysen der Lithiumenolate vonN,N-Dimethylcycloheptatriencarbonsäureamid und Pentamethylenheptanon

Die ausgedehnten π-Systeme desCycloheptatrienringes nehmen nichtan der Komplexierung der Li-Atome teil.

O

2B

O OH O

LDA

N N

O

O OLiLi

OC4_folie206Erzeugung von Enolaten

K = [Enolat ] [H-B]

[Keton] [B ]=

[Enolat ] [H ][Keton]

[H-B][B ] [H ]

=Ka (Keton)Ka (Base)

H N + Li NLi + H

Diisopropylamin(pKa = 36)

n-Butyllithium n-Butan(pKa ~ 55)

Synthese von Lithiumdiisopropylamid (LDA)

= 101610-20

10-36K =

10-20= 10-1K =

= 10-4.10-20=

[Enolat] [H2O][Keton] [OH]K =

Gleichgewichtskonstante

+ HN[CH(CH3)2]2

+ HOC(CH3)3

LiR C CH2

O

LiR C CH2

O

+ H2O

Enolat

LiR C CH2

O

+Li N[CH(CH3)2]2 (pKa = 36)

+ Li OC(CH3)3 (pKa = 19)

+ Li OH (pKa = 15.7)

Keton: (pKa = 20)

R C CH3

O

10-19

10-15..7

OC4_folie207

R2CH C CH2R´O

+ B

k1k-1

k2

k-2

R2C C CH2R´O

+ HB

Si Cl

- ClR2C C CH2R´

O Si

R2CH C CHO

R´+ HB

Si Cl

- ClR2CH C CH

OR´

Si

A

B

K = [A][B] : ⇒ thermodynamisch kontrolliert: z.B. A ist stabiler als B

z.B. k2 > k1 B wird schneller gebildet als A : ⇒ kinetisch kontrolliert

Beispiele:

O OLi OLi

+

kinetisch kontrolliert: (Ph3CLi / OO ) 28 : 72

thermodynamisch kontrolliert: Äquilibrierungin Gegenwart von Überschuß an Keton 94 : 6

OC4_folie208

OPh

OHPh

+

OHPh

LiN (LDA), THF, -70°C einziges Produkt

KH, THF einziges Produkt

H3C CH2 C CH2

OCH3 C C

OLi

CH2CH3

H3C

H+ C C

OLi

CH2CH3

H

H3CZ- Enolat E-Enolat

NLi , THF 13 : 87

Äquilibrierung in Gegenwartvon Überschuß an Keton 84 : 16