Esercizi svolti di Chimica organica

1)    Si osserva che il (2S,4R)-2-metil-4-terz-butil cicloesanone in soluzione alcalina è in equilibrio con il suo isomero (2R,4R): a) proporre una spiegazione del fenomeno; b) indicare con un breve ragionamento se l’equilibrio è spostato verso una o l’altra forma.

 

a)      in ambiente basico sono presenti ioni OH-; lo ione OH- strappa l’atomo di idrogeno al Carbonio che porta il metile; si forma un carbanione stabilizzato per risonanza (grazie cioè alla presenza del gruppo carbonilico che esercita un effetto mesmerico elettron-attrattore) è in questo modo il Carbonio che inizialmente era chirale viene coinvolto in un doppio legame per cui perde la sua chiralità; essendo una reazione di equilibrio, il carbanione riacquista uno ione H+ dall’H2O: a causa della precedente perdita di chiralità, avremo sia la configurazione (2S, 4R)  che la (2R, 4R). 

b)      dall’analisi conformazionale dei due diastereisomeri ((2S, 4R) e (2R,4R)) si vede che per entrambi la conformazione a sedia più stabile è quella con il terz-Butile in posizione equatoriale, in quanto stericamente più ingombrante. In tale conformazione, il (2S,4R) ha il metile in posizione assiale, mentre il (2R, 4R) ha il metile anch’esso in posizione equatoriale è quest’ultima conformazione, accessibile solo al (2R, 4R) è la più stabile è l’equilibrio è spostato verso quest’ultimo.

 

2)  Proporre delle sequenze di reazioni specificando i reagenti e le condizioni per trasformare il cicloesanolo in: a) cicloesanone; b) bromocicloesano; c) cicloesano

 

a)      ossidazione da alcolo secondario a chetone; si può usare il reattivo di Jones = dicromato di potassio  in ambiente acido

b)     si può trasformare un alcol secondario nel corrispondente alogenuro mediante sostituzione nucleofila monomolecolare trattandolo con acido alogenidrico, oppure lo si può trattare con un agente alogenante quale PBr3

c)      si può prima ossidare l’alcol a chetone come al punto a), poi ridurre il chetone a ad alcano mediante una riduzione di Wolf-Kishner o di Clemmensen. Oppure si può disidratare l’alcol in modo che formi un alchene e poi idrogenare quest’ultimo per trasformarlo in alcano.


 

4) Sintetizzare l’isopropilcicloesano, a partire dall’etilidencicloesano, utilizzando qualsivoglia reagente

 

L'unico modo per togliere il doppio legame C=C e funzionalizzare il C-2 è fare una addizione anti-markovnikov sul C=C: in questo modo entrerà H sul C più sostituito cioè C-1 ! => facciamo una idroborazione ossidativa e otteniamo l'alcol.

Quindi sostituiamo il gruppo OH con un Cl, trattando, ad. es., con cloruro di tionile (in presenza di piridina per tamponare l'HCl che si formerebbe).

Infine facciamo una copulazione: l'alogenuro alchilico ottenuto è elettrofilo => lo facciamo reagire con un grignard metilico - nucleofilo per cui entra il metile al posto del Cl.

 

 

5) Proporre una sintesi, a partire dal benzene, del 3,5-dibromotoluene

 

La strategia proposta per la preparazione di questo composto è quella di introdurre inizialmente sull'anello aromatico sia un gruppo amminico (tenendo presente che questo in un secondo tempo può essere sostituito o eliminato attraverso una reazione di Sandmeyer) che, in para ad esso, un gruppo formilico disattivante meta-orientante facilmente riducibile a metile dopo bromurazione esauriente!

 

Introduzione dell'ammino gruppo. La preparazione dell'anilina avviene per riduzione del nitrobenzene.

 

Formilazione => reazione di Gattermann - Koch. Per effettuare la formilazione, occorre trasformare l'anilina in acetanilide, in quanto l'ambiente acido in cui viene effettuata la nitrazione salificherebbe l'anilina dando il corrispondente sale di ammonio e trasformando così un gruppo attivante in gruppo disattivante. Ciò rende difficile la successiva sostituzione elettrofila aromatica, che darebbe comunque un prodotto meta-disostituito.

Questa reazione appartiene alla classe delle reazioni di sostituzione nucleofila acilica e, oltre che con i reagenti descritti, può avvenire anche con altri derivati dell'acido acetico, anche se meno reattivi del cloruro di acetile, quali anidride acetica o un estere acetico. La trasformazione da anilina ad acetanilide rende l'atomo di azoto meno basico in quanto il doppietto è impegnato anche nella risonanza con il gruppo carbonilico. Questo, pur diminuendo l'effetto attivante sull'anello, permette di operare in ambiente acido.

 

Una volta effettuata la formilazione, si può deproteggere l'ammino gruppo mediante idrolisi basica dell'ammide.

 

Bromurazione. La dibromurazione della 4-ammino-benzaldeide avviene facilmente per la presenza di due gruppi con effetto di orientamento concordante.

 

Reazione di Sandmeyer. Per effettuare questa reazione occorre passare attraverso il sale di diazonio ovvero nitrosazione dell'anilina con NaNO2/HCl. Segue quindi il trattamento con acido ipofosforoso.

 

Riduzione di Celmmensen del CH=O a CH3.

 

 

6) La trasformazione del cicloesanone in cicloesancarbaldeide può essere effettuata usando il (metossimetilen)trifenilfosforano come reattivo di Wittig e poi idrolizzando il prodotto in catalisi acida. Descrivere tutti i passaggi.

 

Wittig: Il fosforano è in rsonanza con l'ilide, cioè con una struttura in cui gli elettroni p-greco del doppio legame C=P sono localizzati sul C (che quindi è negativo ed elettrofilo) => tale C attacca  il C=O elettrofilo del chetone => si forma una betaine (ionica) e da questa l'ossifosfetano (ciclico); l'ossifosfetano si decompone con formazione dell'alchene e del trifenilfosfinossido. L'equilibrio dell'ultimo passaggio è spostato verso i prodotti causa la formazione del legame molto stabile P=O.

 

In questo caso si forma un etere vinilico il quale idrolizza in ambiente acido; infatti O dell'etere è un gruppo elettron donatore (effetto + M) per cui aumenta il carattere nucleofilo dello stesso C=C => C=C si protona e si forma il carbocatione intermedio con la carica + sul C adiacente ad O (che lo stabilizza per risonanza) => H2O, nucleofila, attacca il C positivo e (dopo perdita di H+) si ottiene un asemiacetale, il quale è notoriamente instabile e idrolizza ad alcol e composto carbonilico.

 

7) Mettere in ordine di solubilità crescente in acqua i seguenti composti (motivare la risposta).

 CH3CH2CH2OH   CH3CH2CH3   CH3CH2OCH3    CH3COOH

L’acqua è un composto polare le cui molecole sono in grado di formare tra loro legami a idrogeno intermolecolari è sono solubili in acqua i composti polari e, ancor più, i composti in grado di formare legami a idrogeno con le molecole di acqua, cioè che contengono atomi di O, F, e N, ma soprattutto i composti che possono formare legami a idrogeni intermolecolari cioè i composti che contengono gruppi OH e NH.

Il simile scioglie il simile, quindi un composto si scioglie tanto meglio in acqua quanto più “somiglia” ad essa!

 

I composti apolari come gli idrocarburi sono in genere idrofobi cioè insolubili in acqua è se una molecola contiene una parte polare ed una apolare (idrocarburica) la solubilità è tanto maggiore quanto minore è la parte idrocarburica.

Quindi:

CH3CH2CH3 (idrocarburo) < CH3CH2OCH3 (in grado di formare legami a idrogeno con H2O tramite l’atomo di O, ma con 2 catene idrocarburiche che ne abbassano la solubilità) < CH3CH2CH2OH (in grado di formare legami a idrogeno con H2O tramite il gruppo OH, e con una catena idrocarburica idrofoba abbastanza corta) < CH3COOH (in grado di formare legami a idrogeno con H2O tramite il gruppo OH, ma anche tramite l’atomi di O del C=O; e con una catena idrocarburica idrofoba corta)

Ricapitolando:

CH3CH2CH3 < CH3CH2OCH3 < CH3CH2CH2OH < CH3COOH


8) Proporre la struttura di un ottapeptide di composizione Asp, Gly2, Leu, Phe, Pro2, Val. L’analisi di Edman indica una glicina come gruppo N-terminale, mentre la scissione con carbossipeptidasi produce leucina come primo amminoacido. Per idrolisi acida si ottengono i seguenti frammenti: Val-Pro-Leu, Gly, Gly-Asp-Phe-Pro, Phe-Pro-Val

 

 

Le carbossipeptidasi sono enzimi in grado di rimuovere gli amminoacidi, un residuo alla volta, dalla porzione C-terminale della catena polipeptidica => se l'analisi di Edman ci dice che la catena inizia con un residui di glicina, la scissione con carbossipeptidasi ci dice che la catena termina con un residuo di leucina.

=> il frammento Val-Pro-Leu è terminale!

 

Di Valina ce ne è una sola => dato che c'è anche il frammento Phe-Pro-Val, questo deve derivare insieme al precedente da: Phe-Pro-Val- Pro-Leu

 

C'è anche un frammento Gly-Asp-Phe-Pro e poichè c'è una sola "Phe" qeusta deve essere quella presente anche nel frammento ricostruito sopra => c'è Gly-Asp-Phe-Pro-Val- Pro-Leu

 

Manca solo un frammento all'appello e questo deve essere la seconda "Gly" che è in posizione N-terminale cioè all'inizio della catena (C.V.D.):

 

Gly-Gly-Asp-Phe-Pro-Val- Pro-Leu

LIBRI CONSIGLIATI

il Morrison

il Brown

 

VIDEO

La risonanza nella molecola di benzene: