Transcript piridinico

REATTIVITA’
degli ANELLI
ETEROAROMATICI
La presenza di eteroatomi influenza la reattività:
Eteroaromatici di tipo piridinico
diminuiscono la densità di
carica negativa sull’anello
N
H
N
Eteroaromatici di tipo pirrolico
aumentano la densità di
carica negativa sull’anello
PIRIDINA
nella reazione con ELETTROFILI sono più attive le posizione 3 e 5,
oltre che l’azoto piridinico
nella reazione con NUCLEOFILI è più attiva la posizione 4, e 2-H e 6-H
sono i protoni più acidi
PIRROLO
PIRROLO
le reazioni con ELETTROFILI sono possibili in qualunque atomo di carbonio:
in generale, la reazione di sostituzione elettrofila è più favorita che nel benzene
i NUCLEOFILI reagiscono con il protone pirrolico
Supponiamo che una reazione possa procedere da A al prodotto B, o da A
al prodotto C e che alle due reazioni siano associate due energie diverse
come riportato nel grafico.
B
En.
en. di
attivazione
∆G di
reazione
A

C
La reazione che porta a B va sotto
controllo termodinamico
(lunghi tempi di reazione e alte temperature):
B è il prodotto termodinamicamente più stabile, a
energia più bassa.
A
B

C
La reazione che porta a C va sotto
controllo cinetico
(tempi più brevi di reazione, temperature più
basse), essendo coinvolta la più bassa energia di
attivazione.
c. di reaz.
B

A

C
Entrambe le reazioni irreversibili:
si forma in quantità maggiore
il prodotto con energia di attivazione minore
(C): favorita la reazione più veloce.
Entrambe le reazioni reversibili:
dapprima si forma più C che B. Nel tempo, però, le reazioni
si spostano in modo da formare in quantità maggiore
il prodotto più stabile (B)
C ridà A più di quanto faccia B, che è il prodotto
termodinamicamente più stabile.
c. di reaz.
Reazioni con elettrofili
es. : solfonazione naftalene
es. : reazioni di elettrofili con la piridina
veloce e reversibile
H +,
elettrofili:
acidi di
Lewis, ioni metallici, RX, alogeni, peracidi
più difficile da far
avvenire e
irreversibile
elettrofili: H+, NO2+,
SO3, Cl+, RCO+, R+, O3
La reattività
dell’azoto con elettrofili in composti eteroaromatici:
reagisce molto facilmente
anione del pirrolo
N
pirrolo
N
H
reattività quasi nulla:
il doppietto è funzionale a
mantenere le condizioni di
aromaticità
La reattività
dell’azoto con elettrofili in composti eteroaromatici:
piridina
reagisce facilmente
N
ione piridinio
N
R
reattività nulla: il doppietto è
già impegnato nel legame
con -R
La reattività
dell’azoto con elettrofili in composti eteroaromatici:
-Altri gruppi elettron-donatori nella molecola ne aumentano la reattvità.
Viceversa i gruppi elettron-attrattori.
- Elettrofili possibili: H+, acidi di Lewis, ioni metallici, alogeni.
- Generalmente non avvengono reazioni di sostituzione all’azoto.
- Quando sono presenti più atomi di azoto, reagisce quello con doppietto libero:
La reattività
del carbonio con elettrofili in composti eteroaromatici:
-Gruppi elettron-donatori favoriscono la reazione. Viceversa gruppi elettron-attrattori
-Le reazioni non sono identiche ma simili a quelle del benzene
- elettrofili: H+, NO2+, SO3, Cl2, RCO+, R+, O3
Attacco di un elettrofilo a un azoto piridinico
Paragoniamo l’azoto a quello di un’ammina terziaria:
esso reagisce più o meno facilmente con molte specie elettrofile
protoni  Sali
acidi di Lewis  composti di coordinazione
ioni di metalli di transizione  complessi
alogenuri reattivi  Sali quaternari
alogenuri  addotti
agenti ossidanti  N-ossidi
agenti ammidanti  N-ammino derivati
Se l’elettrofilo è H+
pka
N
9.7
il doppietto dell’azoto occupa un
orbitale sp3
5.2
il doppietto dell’azoto occupa un orbitale
sp2, più elettronegativo e con minore
disponibilità a formare legami
≈0
il doppietto dell’azoto occupa un orbitale sp,
ancora più elettroneativo.
N
CH3C
N
Per studiare la basicità degli eterocicli si può utilizzare il pka
nello studio degli equilibri acido base
Più alto è il pka, più basico è il composto
Il pka è una misura qualitativa della reattività degli atomi di azoto
verso gli elettrofili
La reattività verso gli elettrofili è influenzata dai sostituenti.
Aumenta in presenza di sostituenti elettron-donatori, in particolare in posizione 2 e 4
AMMINOpiridine:
L’aumento di basicità della 2-amminopiridina (+1,7) rispetto alla piridina,
è minore che nella 4-amminopiridina (+4,0): l’effetto mesomerico elettron-donatore
del gruppo amminico (+M) è bilanciato dall’effetto induttivo (-I),
più forte in posizione 2 che in posizione 4.
Gli effetti induttivi diminuiscono con la distanza dall’atomo di azoto,
nell’ordine 2 > 3 > 4.
METOSSIpiridine:
L’effetto induttivo ha un effetto maggiore in questi composti, tanto che le
2-metossipiridine ha una basicità più bassa (-1.9) della piridina a causa
di un forte effetto induttivo –I del gruppo MetO-
POLICICLI eteroaromatici:
La presenza di anelli benzenici fusi agli eterocicli influenza poco la
basicità dell’eteroatomo rispetto alla piridina.
altri esempi di pka
in composti eterocicli
DIMENSIONI:
gli effetti sterici, legati alle dimensioni dei sostituenti in posizione
2 e 6, oltre che alle dimensioni dell’elettrofilo, influenzano la
reattività dell’eteroatomo
La basicità delle piridine con l’elettrofilo più piccolo (H+) è influenzata
solo da sostituenti molto ingombranti come i terzbutili, ma non dai metili
ESEMPIO 1.
Le piridine hanno odore sgradevole e le acridine hanno proprietà irritanti e lacrimogene.
Tuttavia, la 2,6-di-terzbutilpiridina (1), dopo purificazione su silice, perde il suo
caratteristico odore, mentre la dimetilacridina (2) non è irritante né tossica: ciò è dovuto
al fatto che la coordinazione dell’azoto con metalli di transizione nei tessuti biologici
risulta impedita in questi composti
(JOC, 1978, 36-46)
ESEMPIO 2.
La N-alchilazione della 2,6-di-terzbutilpiridina risulta sfavorita
proprio a causa dell’ingombro sterico sull’azoto. Tuttavia, la
reazione può essere condotta ad elevata pressione di 10.000
atm. (JOC, 1982, 1977).
Per trattamento termico, dal sale N-metilpiridinio si ri-ottiene la
di-terzbutilpiridina e lo ioduro di metile.
SOSTITUZIONE ELETTROFILA al CARBONIO
effetto degli eteroatomi:
Gli effetti orientanti e mesomerici sono simili a quelli previsti per il benzene:
Attivanti:
Disattivanti:
-NH2, -OH (fortemente elettron-donatori) [o,p orientanti]
-R
(debolmente donatori)
[o,p orientanti]
alogeni
(accettori)
[o,p orientanti]
-NO2, -COR, -SO2R (accettori)
[m orientanti]
SOSTITUZIONE
SOSTITUZIONE
NUCLEOFILA
NUCLEOFILA
al CARBONIO
al CARBONIO
Queste reazioni sono possibili in
condizioni di reazione più
drastiche e/o in presenza di
gruppo elettron-attrattori
Esempio: formazione dell’o-nitrofenolo.
-il nitrobenzene fuso con potassa in presenza di aria dà l’o-nitrofenolo
-il nitro gruppo stabilizza l’intermedio anionico delocalizzando ulteriormente la
carica negativa
-l’attacco in orto è preferito a causa dell’effetto induttivo –I del nitro gruppo
-per ottenere il fenolo 3 è necessario avere un agente ossidante
(in presenza di aria) per eliminare lo ione idruro
REAZIONI di SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
su composti etero-aromatici
E’ più facile che la reazione torni indietro verso i reagenti
in genere è favorita da nucleofili molto forti, come
NH2-, LiR, LiAlH4, ma anche alcuni più deboli come
NaBH4, OH-, CN-
REAZIONI di SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
su composti etero-aromatici
In genere, nello ione piridinio, la
reazione di sostituzione
nucleofila risulta più favorita
in modo da neutralizzare la
carica positiva sull’azoto