Vorlesung Organische Chemie 2.39 Prof. G. Dyker
Prof. Gerald Dyker's Insights & Essentials
https://www.youtube.com/watch?v=dw6PZHdHn2U

Transkript (automatisch erstellt)

0:02 [Musik] guten Morgen meine Damen und Herren Thema der heutigen ersten Stunde es sind
0:16 isonitrile und nitrile in der vergangenen Stunde hatten wir schon über isonitrile ein bisschen etwas erfahren
0:24 die nasschemische Analyse die isonitrilprobe hatten wir hier behandelt wie stellt man nun preparativ isonitrile
0:35 her was man dazu braucht ist ein carbonsäureamid und zwar ein
0:44 carbonsäureamid eines primären Amins mit der
0:53 Ameisensäure also es handelt sich hierbei um ein formamit
1:05 das wird umgesetzt mit phosphoroxidchlorid
1:17 pocl3 wir haben hier im Prinzip den ersten Blick zwei nukleophile Zentren wie üblich an einem carbonsäureamit
1:25 wobei eben also hier dieses freie Elektronenpaar am Stickstoff in der Regel nicht wirklich als Nukleophil
1:33 reagiert sondern der Sauerstoff ist das nukleophile Zentrum weil dann schließlich ein
1:42 misomer stabilisiertes carbeniumion hier in diesem Bereich vorhanden
1:49 ist okay das heißt Sauerstoff greift als Nukleophil am elektrophilen Phosphor an additionseliminierungsmechanismus
2:00 und was dann daraus folgt ist folgendes hier wie gesagt das mesomer stabilisierte
2:20 con und über den additionseliminierungsmechanismus ist cl- abgespalten worden
2:36 im Gleichgewicht könnte jetzt hier deprotoniert werden also schreiben wir einfach mal auf - HCl oder vielleicht
2:45 besser noch eine umprotonierung von hier zu diesem Sauerstoff
3:04 zumindest über Wasserstoffbrücken ein H+ hier an diesem Sauerstoff
3:19 koordiniert freies Elektronenpaar schiebt Elektronendichte rein eine
3:25 Fragmentierung tritt hier auf und das Ergebnis dieser Fragmentierung
3:32 ist folgendes so und wenn wir nun dieses hier betrachten worum handelt es sich es
4:04 handelt sich hierbei um ein durch HCl protoniertes isonitril und das heißt W wir jetzt
4:14 sagen wir Spalten HCl ab dann sind wir beim isonitril und genau das ist der Reaktionsweg der sehr
4:28 gut funktioniert und so stellt man dann die isonitrile im preparativen Maßstab her einiges was hier jetzt an der Tafel
4:38 steht sollte sie an andere Dinge die sie schon kennen erinnern
4:48 beispielsweise eine solche Struktur ist ja wohl eng verwandt mit der nur dass hier eine andere
4:56 austrittsgruppe ist das Chlorid ja dieses hier war eine Zwischenstufe bei der
5:15 isonitrilprobe dann ein carbonsäureamid umgesetzt mit dem pocl3 das sollten Sie auch bereits
5:26 kennen und zwar die Umsetzung von dem dimethyl
5:39 formamit plus pocl3 das ergab eine solche Struktur wiederum
5:57 verwandt mit dem und was wir hier Zwischenstufen gesehen haben ja und das war das
6:08 Elektrophil bei der filzmeier Formulierung eine recht ähnliche
6:30 Struktur das kennen sie noch [Musik] nicht dieses hier Unterschied zu dem was
6:42 wir vorer gesehen haben okay am Stickstoff sitzt noch eine Hydroxylgruppe in gewisser Weise ist
6:48 dieses hier das Säurechlorid ein Oxim eines säurechlorides ja wenn wir jetzt hier
6:58 mit einer dranhen wird hier deprotoniert da das Chlorid
7:12 rausgeworfen ja wir können es auch eben also so formulieren Chlorid wird im
7:19 Gleichgewicht herausgeworfen und wenn wir jetzt mit einer Base hier
7:38 deprotonieren sind wir bei einem ladungsneutralen Molekül insgesamt jedenfalls dieses
8:01 hier was handelt es sich hier wenn wir diesen Teil mal uns wegdenken dann haben wir hier ein
8:12 Nitril mit dem Sauerstoff dort ist es ein oxidiertes Nitril und so wird diese Verbindung als ein
8:22 Nitril Oxid bezeichnet es ist permanent nter
8:31 Dipol wobei wir hier jetzt auch eine mesomere grenzstruktur zeichnen können mit der positiven Ladung am
8:52 Kohlenstoff und in der Tat reagiert das nitriloxid als ein 1 Dipol in 1 d dipolaren
9:12 zykloadditionsreaktionen z.Bp mit zyklohexen
9:30 wäre dann dieser heterozyklus das Ergebnis ein
9:40 isoxazolin und setzen wir ein Alkin ein dann erfolgt auch 13 dipolare
9:52 zykloaditionsreaktion im Endergebnis noch besser funktionierend als diese Reaktion mit dem Ol
10:00 und zwar ganz einfach deswegen weil wir hier auch noch die Energie des aromatischen Systems
10:12 hinzugewinnen ein [Applaus] isoxazol was wir jetzt noch besprechen
10:28 soll das ist also zum Thema isonitrile das ist eine sehr interessante Anwendung von isonitrilen nämlich eine recht
10:37 bekannte mehrkomponentenreaktion und zwar läuft das unter der
10:44 Bezeichnung ugi Reaktion schauen wir uns mal eine der recht zahlreichen ugi Reaktionen an die
10:53 es so gibt es gibt also hier ugi vier Zentren reak vier Komponenten reak oder auch eine sieben Komponenten
11:01 Reaktion wir bleiben bei dem relativ einfachen Beispiel der vierkponenten Reaktion was dabei eingesetzt
11:15 wird ist ein aldehyt man kann dazu eine Aminosäure einsetzen
11:32 weitere Komponenten vor allem eine die dabei unbedingt notwendig ist das ist das
11:44 isonitril schließlich benötigt man in dieser Variante noch einen
11:52 Alkohol z.B Methanol und die Reaktion die ich jetzt hier mechan schlüssele läuft dann auch bei
12:02 Raumtemperatur sehr gut ab in Methanol als Lösungsmittel die Aminosäure und der
12:13 aldehyt reagieren zunächst einmal unter Kondensationsreaktion iminbildung bzw
12:21 iminium Bildung okay Kondensationsreaktion hier bedeutet Bildung
12:41 folgendes Produktes also hier hat sich das Imin gebildet saure
13:00 Funktion basische Funktion [Musik] umprotonierung Kondensation war unter
13:11 Abspaltung von H2O hier also jetzt die umprotonierung
13:39 bis hier dürfte alles recht klar sein was jetzt passieren kann ist natürlich dass hier das carboxylat als
13:49 Nukleophil an dem elektrophilen Kohlenstoff angreift und bildet einen Zyklus eine Gleichgewichtsreaktion das
13:58 geht dahin und das reagiert auch wieder zurück jetzt haben wir in der gesamten
14:25 Reaktionsmischung noch weitere nukleophile methanol ist durchaus auch ein
14:31 Nukleophil aber wir haben vor allem noch dieses isonitril ja und genauso wie eben also
14:40 ein solches iminium ka als Elektrophil an einem Enol angreift das kennen wir als
14:51 mannigreaktion kann es natürlich auch an diesem nukleophilie damit in Wechselwirkung treten freies
14:57 Elektronenpaar da vorne an dem Kohlenstoff ja so das also als Nukleophil
15:19 so hier kürze ich mal ab eine fenylgruppe und da an dieser Stelle sitzt nun der Kohlenstoff
15:31 hier der Stickstoff da die zweite Phenylgruppe hier positiv mesomer
15:40 stabilisiert positive Ladung natürlich hauptsächlich am Kohlenstoff weil ist ja weniger
15:49 elektronegativ als der Stickstoff hier haben wir jetzt das Nukleophil und das macht jetzt einfach einen
15:57 Ringschluss was hat sich gebildet ein sechsring hier der Sauerstoff da die
16:17 Carbonylgruppe hier der Rest R da haben wir einen Stickstoff drin und da die
16:27 phänylgruppe man beachte von der Aminosäure bringen wir bereits ein
16:39 hieralitätszentrum mit und bilden bei dieser Reaktion hier ein weiteres hieralitätszentrum wir haben gute
16:48 Chancen dass die Bildung des neuen hieralitätszentrums di stoselektiv verläuft das tut es da auch
16:59 ja die einzige Komponente dieser vier Komponenten Reaktion die noch nicht wirklich
17:05 mitgemischt hat das ist das Lösungsmittel natürlich im Überschuss als Lösungsmittel vorhanden ist wo
17:12 könnte das jetzt noch reagieren ja am elektrophilsten Zentrum was jetzt übrig bleibt und das wäre
17:21 dieses hier was haben wir hier eigentlich vorliegen ja im Grunde das ist das
17:32 Imin eines Carbonsäure das Mono Imin eines
17:40 Carbonsäure imitz okay und das wird jetzt alkoholsiert da an der Stelle ja so
17:49 jetzt stellen sich vor bei der alkoholyse hiervon wird diese Bindung gespalten da
17:58 sitzt dann die metoxygruppe hier hätten wir die Hydroxygruppe was ist das hier wieder ja
18:05 das ist eine imitsäure die tautomerisiert zum carbonsäureamit wie wir es hier auch schon mehrfach gesehen
18:12 haben ja das Endergebnis davon ist dann folgendes Molekül hier
18:21 also ein Carbonsäure amit dann
18:31 kommt Kohlenstoff mit phänylgruppe undten Wasserstoff
18:39 hieralitätszentrum dann kommt dieser Stickstoff dann kommt dieser Kohlenstoff mit dem Rest da dran auch wieder ein
18:51 Chiralitätszentrum und dann haben wir schließlich noch einen
18:57 Methylester ja und das ist so das typische Endprodukt einer ugi vier Komponenten
19:05 Reaktion und natürlich ist das interessant ja war schon ne Verdacht auf irgendwelche
19:13 physiologische Wirkung es handelt es sieht fast so aus wie ein kurzes Peptid ist es aber nicht
19:23 ja so da kann dann aber natürlich noch eben also hier kurze Peptide dran gehängt werden also im Bereich der
19:32 wirkstoffsynthese ist die ugi4 komponentenreaktion sehr sehr interessant und ist schon ein
19:37 faszinierendes System wie hier alles ineinander spielt eins in das andere greift die Reaktion läuft mit sehr guten
19:47 Ausbeuten wie gesagt bei Raumtemperatur ab ja und wer sich für solche mehr Komponenten Reaktion interessiert unter
19:54 dem Stichwort ugi finden Sie da eine Menge jedenfalls die ugiruppe hat es geschafft äh meines Wissens so im
20:00 Bereich 7 bis neun Komponenten zielgerichtet zur Reaktion zu bekommen und Z einem deutlichen Hauptprodukt
20:09 [Applaus] [Musik] ja dann machen wir jetzt mal weiter
20:16 mit der nitrilsynthese hier hatten wir die isonitrilsynthese gehabt und eine
20:25 zielgerichtete nitrilsynthese kann so ähnlich funktionieren indem man auch von einem
20:33 carbonsäureamit ausgeht dieses dann mit dem pocl3 umsetzt
20:43 oder was häufiger gemacht wird mit dem tionylchlorid und der rückflusserhitzen in
20:56 tionylchlorid reicht meist bereits manchmal wird auch noch dann am Ende basisch gestellt okay
21:04 ja und ihre Aufgabe ist es nun einen Mechanismus zu entwickeln wie kommen wir von dem carbonsäureamit mit dem tionyl
21:21 Chlorid zum Nitril ja man kann also diese Reaktion doch
21:33 analog formulieren zu dem was wir dort vorne stehen haben
21:42 additionseliminierungsmechanismus Zeichen das jetzt hier mal so hier wird die Elektronendichte
21:53 reingeschoben so kann man sich das vorstellen so
22:17 addition Eliminierung [Applaus]
22:59 zyklische Übergangszustände wirken immer irgendwie elegant ja und hier ist es schon so
23:06 aufgezeichnet sechsgliedrig [Musik]
23:21 ja in der Form wo landen wir da ne jetzt CL und da haben
23:54 wir ja das wär es HCl SO2 Gas hier haben wir noch das protonierte Nitril
24:11 HCl dann sind wir am Ziel [Applaus] angelangt ja Zeit dass wir uns über
24:22 Reaktivität von Nitril noch mal näher unterhalten nitrile sind auch
24:39 alphaazide PKS Wert eines nitrils liegt im Bereich von 25 bei einem S da haben wir
24:53 24,5 natürlich je nach Rest R von dem aber immerhin irgendwo so recht ähnlich ob Nitril oder Ester
25:04 alehyde sind wesentlich azider als Ester oder nitrile da haben wir dann ein PKA Wert
25:13 von so in etwa 16 ja ne zner Potenzen Unterschied das ist eine Menge wenn wir hier mit einer ordentlich
25:24 starken Base dran gehen dann funktioniert das ganz gut mit LDA können wir deprotonieren
25:34 - H+ wir haben ein mesomer stabilisiertes kanion dieses
25:56 hier was dann als Nukleophil in den üblichen Reaktionen eingesetzt werden kann
26:05 beispielsweise mit alylbromid reagiert der alphakohlenstoff als nuukleophiles
26:14 Zentrum würden dann hier eine Reaktion sehen SN2 oder SN2 STR sie erinnern sich noch im
26:22 englischen SN2 Prime wenn es hier als Nukleophil angreift kommt natürlich bei dem alylbromit immer das gleiche
26:30 Ergebnis bei heraus ein jetzt zu viel gezeichnet ja ein zu viel so das hier ist
26:56 es okay irgendwo eine Reaktion die ganz gut im Bereich 80% Ausbeute durchzuführen
27:10 ist also azide hier Elektrophil dort Umsetzung mit einem grin
27:26 Reagenz hier kriegte man es dann ganz gut hin das als grinareagenz eququimolar
27:42 reagiert okay mit Überschuss hier und unter forsierten Bedingungen kriegt man auch noch ein ein zweites grin Reagenz
27:51 dran so und wenn man das jetzt hier dann wird das Imin natürlich auch gleich
28:01 mit Weg hydrolysiert und wir landen schließlich bei der
28:14 Carbonylverbindung so ein Nitril ist natürlich auch mit Lithium Aluminium Hydrid zu
28:26 reduzieren und wir landen dann schließlich beim primären Amin wenn wir statt Lithium Aluminium
28:38 hydrd das Ihnen bereits bekannte dibal h einsetzen die isobutyl aluminiumhydrit dann wird nur ein Hydrid
28:53 übertragen und jeweils eben nach Hydrolyse da war das Amin hier in diesem Fall erhalten wir nach der
29:06 Hydrolyse ein aldehüt auch klar ja ein hydrd übertragen dann sind wir hier bei der
29:15 Oxidationsstufe des aldehts und Hydrolyse setzt dann den aldehyt naturgemäß
29:26 frei okay wiederum mal hier eine aminsynthese sie erinnern sich daran
29:33 carbonsäureamide ja können sie auch reduzieren mit Lithium aluminiumhdritt bis zum
29:40 Amin ist an der Zeit noch mal etwas aminchemie zu wiederholen bei den Aminen unterscheidet
29:56 man zwischen primären sekundären und tertiären Aminen ein Amin mit nur einem Rest
30:20 R alkyl oder aryl wird als primäres Amin bezeichnet haben wir zwei Reste es ist ein
30:31 sekundäres Amin haben wir drei Reste dann handelt es sich um ein terziäres
30:45 Amin bitte beachten Sie dass das bei Alkoholen ähnlich aber doch etwas anders
30:53 ist primärer Alkohol ist so etwas hier Methanol können Sie
31:05 auch noch als einen primären Alkohol sehen hier ein Rest R am Kohlenstoff zwei Reste
31:17 R das ist dann der sekundäre Alkohol und an diesem Kohlenstoff wo die alkoholfunktion dran sitzt drei Reste
31:29 dann sind sie beim terziieren Alkohol noch mal etwas zur Herstellung von
31:38 Aminen eine Methode die sie kürzlich schon gesehen haben das war das was wir
31:50 durchgesprochen hatten beim hexamethylen Diamin
32:02 dieses dibrom Butan wird da umgesetzt mit Natrium zyanit und zwar doppelte nukle Substitution nach
32:18 SN2 wir haben dann dieses dinitril und das Reduzieren mit Hilfe eines
32:37 nikelkatalysators liefert uns das hexamethylen Diamin wenn
32:48 wir mit Natrium azit n N3 die nukleophile Substitution machen
33:03 dann können wir auch katalytisch
33:14 hydrieren und landen dann beim in diesem Fall tetramethylen
33:22 Diamin also auch eine weitere aminsynthese die Reduktion von
33:35 aziden bei nukleophilen Substitutionen mit natriumazit als nukleophiles Reagenz sollte man
33:43 vorsichtig sein insbesondere bei der Wahl des Lösungsmittels Chloroform ist ein
33:51 denkbar ungeeignetes Lösungsmittel für den Einsatz von Natrium oder Kalium azit
34:01 chcl3 plus natriumazit macht auch mit dem
34:11 Lösungsmittel chlorofor dann eine nukleophile Substitution
34:29 dann sind wir hier jetzt kann diese Reaktion noch ein zweites mal
34:55 eintreten dann sind wir bei diesem schon irgendwie eigenartig aussehenen
35:17 Molekül das kann schon beim Hingucken explodieren also ist jetzt ist jetzt kein Scherz also hier Chloroform und
35:25 Natrium azit wenn irgendwann eine gewisse Konzentration von dem in der Lösung
35:33 überschritten wird tritt spontane Detonation ein und zwar heftig ja weil so ziemlich alles bis auf den
35:43 Kohlenstoff was dabei eben herauskommt ist gasförmig ja so also merken um Gottes Willen nicht
35:52 natriumazid in Chloroform umsetzen ja noch kurz zwei aminsynthesen die sie
36:10 bereits kennen aniline das ist eine andere Bezeichnung
36:19 für arylamine und wie machen sie das am besten ist eine Wiederholung
36:30 beispielsweise ja ihr elektronenreicher Aromat relativ Elektronen Reich bereits tolol Nitriersäure HNO3
36:45 H2SO4 hier kommen sie recht leicht bis zum dinitro Toluol unter moderaten
36:55 Bedingungen und können dann katalytisch hydrieren bis
37:12 zum ja ein metafenylen Diamin wäre das
37:20 okay wichtig noch was sie auch aus oc1 bestimmt schon kennen das ist die Gabriel
37:37 Synthese stalsäure Anhydrit wird umgesetzt mit Ammoniak das Anhydrit
37:48 öffnet dann und für den Ringschluss brauchen Sie dann höhere Temperaturen
37:58 so bisschen den Bereich von 300° Celsus ja das tut den Molekül ansonsten nichts viel es wird nicht komplett aufoxidiert
38:08 sie müssen ja auch nicht unbedingt Sauerstoff dazu lassen jedenfalls diese recht stabile
38:14 Verbindung kommt dabei heraus das ftal it ist recht azide hier kaliumcbonat re aus um das
38:33 entsprechende Kaliumsalz zu bilden und dies ist ein gutes Nukleophil für die
38:43 Umsetzung mit alkylhalogeniden hier propagylbromit
39:00 eine nalkkylierung tritt ein und jetzt können
39:09 Sie diese Verbindung z.B mit Hydrazin umsetzen Hydrazin greift hier und auch dort als Nukleophil
39:25 an und das eigentliche Zielmolekül wird dabei auch
39:37 freigesetzt nämlich dieses propagylamin die Gabriel Synthese ist nun bestimmt nicht die tollste Reaktion
39:45 der Welt weil allein vom ja Gesichtspunkt der atomökonomie ist das großer Käse ja so
39:53 viel Abfallprodukt für das hier na ja auf der anderen Seite was ist denn
40:00 das Ziel der ganzen Geschichte wenn sie jetzt nur Ammoniak einsetzen bekommen sie halt zunächst einmal ein primäres
40:08 Amin und das primäre Amin ist nukleophiler als der Ammoniak und über diese Gabriel Synthese
40:18 vermeiden Sie zumindest die zweitalkylierung des primären Amins das ist der eigentliche Sinn davon
40:28 wir machen jetzt an dieser Stelle 10 Minuten Pause dann geht es weiter mit noch weiteren aminsynthesen zwar die
40:34 reduktive Aminierung steht dann an bis [Musik] gleich