Chimica Organica-DiSTABiF

Nel testo di riferimento (il Bruice) alcuni meccanismi non sono esplicitati (o in alcuni casi non lo sono per esteso), data la somiglianza con altri meccanismi (o per il fatto che si tratta di meccanismi già spiegati altrove).

Qui troverete un elenco di questi meccanismi con indicazioni su dove trovarli o con spiegazioni relative alla loro estrapolazione da meccanismi già presenti sul libro:

Sintesi di Gabriel: Dopo aver sintetizzato l’immide N-sostituita, questa deve essere idrolizzata. Ci sono diversi metodi per ottenere questa idrolisi, quello indicato sul testo è l’idrolisi in ambiente acido. Il meccanismo ricorda quello dell’idrolisi di un’ammide catalizzata da acidi (la cui spiegazione potete utilizzare a supporto della comprensione del meccanismo qui riportato; NB: per visualizzare i commenti ai singoli passaggi, è necessario scaricare il file pdf).

Transesterificazione catalizzata da acidi: meccanismo identico all’idrolisi dell’estere catalizzata da acidi. Il meccanismo per esteso è presente nel file delle correzioni degli esercizi su Reazioni di sostituzione nucleofila acilica (Ex 1a). Per la spiegazione relativa ad ogni passaggio, far riferimento al meccanismo di idrolisi dell’estere catalizzata da acidi.

Transesterificazione favorita da base: meccanismo identico all’idrolisi dell’estere favorita da ione idrossido. Il meccanismo per esteso è presente nel file delle correzioni degli esercizi su Reazioni di sostituzione nucleofila acilica (Ex 1e). Per la spiegazione relativa ad ogni passaggio, far riferimento al meccanismo di idrolisi dell’estere favorita da ioni idrossido.

Esterificazione di Fischer: il meccanismo è l’esatto contrario del meccanismo di idrolisi dell’estere catalizzata da acidi. Esso è presente nel file delle correzioni degli esercizi su Reazioni di sostituzione nucleofila acilica (Ex 4c). Per la spiegazione relativa ad ogni passaggio, far riferimento al meccanismo di idrolisi dell’estere catalizzata da acidi (ovviamente tenendo conto che si tratta del meccanismo inverso).

Idrolisi di un nitrile catalizzata da acidi: il meccanismo è riportato sul libro, ma ad un certo punto, dopo la formazione dell’ammide protonata, si fa riferimento ad “alcuni stadi”. Questi stadi non sono altro che quelli descritti nel meccanismo di idrolisi di un’ammide catalizzata da acidi (pag. 712, a partire dal secondo passaggio).

Reazioni delle anidridi con acqua (idrolisi) e ammine: scaricare il file qui

Idrolisi immina: il meccanismo corrisponde alla reazione inversa rispetto alla sintesi dell’immina (ma fare attenzione alla irreversibilità dell’idrolisi, a causa delle condizioni di reazione–> vedi spiegazione a pag. 762) e sarà esplicitato nel file relativo alle correzioni degli esercizi del post relativo alle Biomolecole (correzioni che non sono state ancora caricate)

Idrolisi emammine: scaricare il file qui. Valgono le stesse considerazioni fatte per l’idrolisi dell’immina.

Idrolisi acetale: il meccanismo corrisponde alla reazione inversa rispetto alla sintesi dell’acetale ed è esplicitato sul libro nella “strategia per la risoluzione dei problemi” a pag. 771.

Meccanismo di ciclizzazione degli zuccheri: sarà riportato nel file relativo alla correzione degli esercizi sulle Biomolecole. NB: le correzioni saranno rese disponibili entro il prossimo fine settimana.

Sintesi di Kiliani-Fischer: Si tratta di reazioni già note, in ogni caso i meccanismi per esteso saranno riportati nel file relativo alla correzione degli esercizi sulle Biomolecole. Per le spiegazioni è possibile far riferimento ai paragrafi del libro in cui sono spiegati i singoli meccanismi.

Sintesi dei peptidi: Pur essendo i meccanismi coinvolti riportati sul libro, alcuni passaggi sono sottintesi. Un meccanismo più dettagliato sarà riportato nel file relativo alla correzione degli esercizi sulle Biomolecole. Da integrare con le spiegazioni presenti sul testo. Per l’ultimo passaggio (idrolisi con acido trifluoroacetico) non è richiesto il meccanismo.

Per finire, qui troverete la slide relativa allo ione tropilio (catione aromatico).

---

Utilizzando questo form è possibile segnalare eventuali meccanismi per cui non si ha ancora a disposizione materiale sufficiente. NB: Consultare attentamente il libro e il materiale caricato sul blog (incluse le correzioni degli esercizi) PRIMA dell’eventuale compilazione del form, che si chiuderà il 16/01.

L’ultimo aggiornamento delle regole di nomenclatura IUPAC* prevede delle variazioni in relazione alla nomenclatura degli alchini rispetto alle regole antecedenti, con particolare riferimento a quella che è la determinazione della catena principale.

Se il triplo legame (o se in generale i legami multipli) è contenuto nella catena più lunga, restano valide le regole presenti sul libro. Se, invece, esiste una catena più lunga che non è quella che contiene il triplo legame, bisogna fare attenzione.
A differenza di quanto accadeva con le regole precedenti, ora la lunghezza della catena è più importante rispetto alla presenza del triplo legame (per cui al punto 3 pag. 292 il terzo esempio non segue le regole aggiornate).

Ad esempio, il composto che segue, si chiama 4-etinilnonano: la catena più lunga è a 9 atomi di carbonio e non contiene il triplo legame. La porzione della molecola che contiene il triplo legame è dunque un sostituente, per il quale si usa il suffisso “-inil” (per indicare con “-in-” anche la presenza del triplo legame).

Quando necessario (cioè per sostituenti lunghi più di 2 atomi di carbonio) è necessario indicare anche la posizione del triplo legame, come nell’esempio seguente:

Se sono, invece, presenti due catene della stessa lunghezza, la catena principale sarà quella che contiene il triplo legame (e si deve quindi numerare la catena in modo da dare il numero più basso al primo carbonio sp). Esempio:

Si sceglie la catena che contiene il triplo legame anche quando, a parità di lunghezza, la catena satura è anche più sostituita (come già osservato nel caso della presenza di un doppio legame).

Se però una catena contiene il doppio e l’altra il triplo legame, a parità di lunghezza si sceglie come catena principale quella che contiene il doppio legame**:

Se ci sono più catene della stessa lunghezza con legami multipli, si sceglie quella che contiene più legami multipli.

Di seguito sono mostrate le 5 catene della stessa lunghezza utilizzando colori diversi. Quella da scegliere è quella riportata in rosso (3 legami multipli vs. 1 e 2)

Si ricorda, infine, che in base all’ultimo aggiornamento IUPAC, il ciclo ha la precedenza sulle catene lineari (se non sono presenti gruppi funzionali). I legami multipli non modificano quest’ordine di priorità, per cui tutti i composti indicati sotto sono dei cicloesani sostituiti ai fini della nomenclatura (vedi i nomi indicati):

*https://iupac.org/what-we-do/books/bluebook/

** Ricordiamo che se il doppio e il triplo legame sono presenti entrambi nella catena principale, restano valide le regole riportate sul libro: la catena va numerata in modo da dare il numero più basso possibile al primo legame multiplo che si incontra (sia esso il doppio o il triplo legame). Solo in caso di “parità”, il doppio legame avrà la precedenza rispetto al triplo, per cui si dovrà numerare nella direzione che dà il numero più basso possibile al primo carbonio sp² che si incontra. Vedi esempi che seguono

Quando è necessario prevedere il meccanismo e il/i prodotti principali di una reazione dobbiamo porre attenzione, dove appropriato, alla regioselettività, stereoselettività e stereospecificità della reazione stessa. È dunque chiaro che lo studio preliminare dei meccanismi di reazione è essenziale. Nel rivedere tali meccanismi, provare a razionalizzare ogni passaggio in termini di reazione del nucleofilo con l’elettrofilo.

Nel descrivere il meccanismo di reazione, è importante fare un uso corretto delle frecce ricurve, per mostrare il movimento degli elettroni, e delle frecce adatte ad indicare il passaggio da uno stadio all’altro della reazione. Prestare, inoltre, attenzione alla presenza di eventuali atomi carichi positivamente o negativamente.

Per reazioni che prevedono la formazione di un intermedio carbocationico, fare sempre attenzione alla possibilità di trasposizioni che possano portare alla formazione di un carbocatione più stabile.

Seguire l’aspetto stereochimico delle reazioni

Per le reazioni stereospecifiche* (e, di conseguenza, stereoselettive), è necessario seguire la stereochimica della reazione utilizzando le opportune rappresentazioni grafiche (per i composti a catena aperta, usare strutture a cavalletto o formule prospettiche).
Di seguito, due esempi.

Nel primo, facciamo reagire il (2E)-3-metil-2-pentene con Br₂ in H₂O. Mostriamo la stereochimica della reazione utilizzando le formule prospettiche.

Ricordiamo che il doppio legame è planare (i due carboni sp² e gli atomi ad essi direttamente legati giacciono tutti in un piano); nell’immagine che segue, troverete i sostituenti legati ai carboni sp² su cuneo pieno o su cuneo tratteggiato. Questo indica che stiamo immaginando che il piano su cui si trovano tutti i legami dei due carboni ibridati sp² non è quello sello schermo (o del foglio), ma quello ad esso perpendicolare.

Gli elettroni π (pi-greco) potranno dare l’attacco all’elettrofilo sia al di sopra sia al di sotto del piano. Nell’immagine seguente è mostrato l’attacco verso l’alto. Si formerà quindi lo ione bromonio ciclico che subirà l’attacco del nucleofilo sul carbonio più sostituito. Questo attacco avviene in anti. Si formerà, quindi, un unico stereoisomero. (NB: per una descrizione dettagliata del meccanismo si rimanda al libro).

Da questa reazione stereospecifica (e quindi anche stereoselettiva) otterremo anche l’enantiomero del prodotto appena formato. Questo deriva dalla formazione dello ione bromonio sulla faccia inferiore del piano definito dai due carboni sp².

NB: il prodotto ottenuto a seguito dell’attacco dell’acqua su questo ione bromonio avrà configurazione (2S,3R)

È possibile mostrare la stereochimica della reazione anche utilizzando le rappresentazioni a cavalletto.
A titolo di esempio, facciamo avvenire la reazione sull’alchene (2Z)-3-metil-2-pentene (ci aspettiamo, dunque, la formazione di due composti che saranno tra loro enantiomeri, e saranno diastereoisomeri dei prodotti della reazione precedente).
Per usare le strutture a cavalletto, riportiamo il doppio legame come mostrato di seguito (attenzione a rispettare la geometria del doppio legame!). Anche in questo caso, per attacco da parte degli elettroni π all’elettrofilo da sopra o da sotto al piano di formano due ioni bromonio. Qui è mostrato l’attacco verso il basso che porterà alla sintesi dello stereoisomero mostrato.

Per definire la stereochimica è consigliabile riportare la struttura su una proiezione di Fischer (ricordandosi di eclissarla prima di farlo).

A seguito della formazione dell’altro ione bromonio (che deriva dall’attacco al di sopra del piano), si otterrà l’enantiomero del composto qui ottenuto.

NB: avendo familiarità con le varie rappresentazioni delle molecole organiche, è possibile passare agevolmente dall’una all’altra. A questo punto potremmo, ad esempio, scrivere questo composto usando una struttura a segmenti.

La tabella 6.1 del libro può essere utile per verificare se la stereochimica della reazione è stata determinata correttamente

*Tutte le reazioni stereospecifiche sono anche stereoselettive (mentre non è sempre vero il contrario)

---

Analisi retrosintetica

Se per le reazioni stereospecifiche è necessario effettuare un’analisi retrosintetica (analisi necessaria per capire quale è l’alchene di partenza), è essenziale tener conto proprio della stereochimica con cui procede la reazione. È quindi fondamentale capire da quale alchene partire: per farlo, bisogna aver ben chiaro se la reazione prevede una stereochimica sin o anti.

Vediamo che succede se la reazione procede con stereochimica anti

ES.1: Partendo dall’opportuno alchene, illustrare il meccanismo di reazione della sintesi del seguente composto. Indicare eventuali altri prodotti fornendo per tutti il nome IUPAC completo di stereochimica.

Si tratta di una reazione di un alchene (3-metil-2-pentene) con bromo in metanolo. Poichè questa è una reazione stereospecifica, è ESSENZIALE capire da quale isomero (E o Z) dell’alchene bisogna partire per ottenere il prodotto desiderato. Dal momento che questa reazione è anche stereoselettiva, determiniamo le configurazioni assolute dei carboni chirali, sapendo che in questo caso otterremo anche l’enantiomero.

Per capire da quale alchene dobbiamo partire, trasformiamo questa proiezione di Fischer in una rappresentazione a cavalletto, sapendo che i sostituenti sulla linea verticale si trovano lontani dall’osservatore, mentre quelli sulla linea orizzontale sono rivolti verso l’osservatore:

L’addizione di bromo in metanolo procede con stereochimica anti; questo significa che Br e OMe devono trovarsi da parte opposta. Ruotiamo dunque la rappresentazione a cavalletto lungo il legame C2-C3 in modo da evidenziare quanto appena detto (dobbiamo ottenere il conformero sfalsato qui mostrato):

L’alchene di partenza è dunque (2Z)-3-metil-2-pentene (se la struttura a cavalletto è orientata come sopra mostrato e i sostituenti sono correttamente posizionati, basta a questo punto “eliminare” i due sostituenti e “aggiungere” il doppio legame come mostrato in figura).

Il seguente video può essere utile per visualizzare l’attacco in anti:

---

Vediamo che succede se la reazione procede con stereochimica sin

ES. 2:  Da quale 2,3,4-trimetil-3-esene è possibile ottenere il seguente prodotto di idrogenazione catalitica?

L’idrogenazione catalitica porta all’addizione di un idrogeno a ciascun carbonio sp² e procede con stereochimica sin.
La reazione è stereospecifica. Per capire da quale alchene dobbiamo partire, trasformiamo la proiezione di Fischer in una rappresentazione a cavalletto

L’addizione avviene con stereochimica sin; questo significa che i due H devono trovarsi dallo stesso lato. Ruotiamo dunque la rappresentazione a cavalletto lungo il legame C3-C4 in modo da evidenziare quanto appena detto (dobbiamo ottenere il conformero eclissato qui mostrato):

L’alchene di partenza è dunque (3Z)-2,3,4-trimetil-3-esene (se la struttura a cavalletto è orientata come sopra e i sostituenti sono correttamente posizionati, per definire l’alchene di partenza, basta a questo punto “eliminare” i due atomi di idrogeno e “aggiungere” il doppio legame come mostrato in figura). Da questo alchene, per idrogenazione catalitica, otterremo anche l’enantiomero del composto iniziale.

NB: in molti esercizi, una volta individuato l’alchene di partenza, viene poi richiesto di mostrare anche il meccanismo che porta alla formazione dei prodotti oppure viene chiesto di indicare eventuali altri prodotti (LEGGERE SEMPRE BENE LA TRACCIA).

---

Schemi riassuntivi e materiale didattico integrativo

Qui è possibile scaricare una tabella riassuntiva delle reazioni degli alcheni che può integrare lo schema che trovate sul libro alla fine del capitolo dedicato proprio a queste reazioni.

NB: per gli aspetti regiochimici delle reazioni per cui le informazioni non sono presenti nella tabella, far riferimento al testo e agli appunti delle lezioni (in quanto l’argomento richiede una trattazione più dettagliata; ad es.: la reazione che porta alla sintesi di aloidrine dà una regioselettività Markovnikov che è possibile capire analizzando il meccanismo della reazione).

Al link seguente (cliccare su “Learn more”) è possibile scaricare un secondo schema riassuntivo sulle reazioni degli alcheni studiate. Sono inoltre riportati, nello stesso file, alcuni approfondimenti relativi sia alle trasposizioni, sia agli orbitali coinvolti in alcune delle reazioni in questione:

---

Infine, qui è possibile scaricare materiale relativo alla reazione di ossimercuriazione-riduzione (che vedremo nel corso della lezione di marteddì 18/11).

Nel corso della reazione, si forma uno ione mercurinio a ponte come intermedio, che viene, a sua volta, attaccato dall’acqua. Questo stadio avviene con stereoselettività anti. In un secondo stadio, viene aggiunto NaBH₄, ottenendo così il prodotto di riduzione. Questo passaggio rimescola la stereochimica, per cui il processo complessivo è un misto di addizione sin e anti.