Organic Chemistry H29 samenvatting

Iris Zoutendijk, LST jaar 2
CB2, LB2621

H29 Aromatische heterocycles 1: reacties

 Heterocyclische aromatische ringen waarin bij benzeenring 1 of meer atomen
door hetero-atomen (N, O en S) zijn vervangen (1-4 N atomen in
ringen)
 Heterocycles belangrijke stoffen voor de mens (veel gebruikt in medicijnen)

Aromaticiteit behouden wanneer deel van benzeenring vervangen is
door N’s
 Stikstof atoom kan aromaticiteit behouden als geplaatst in ring
o Is trigonaal waardoor platte hexagonale ring blijft
o Bevat een p orbitaal om de 6 gedelocaliseerde elektronen te houden
o Één verschil: lone pair ipv C-H binding
o Pyridine = dus stabiel + aromatisch

 Pyrrole:
o Lone pair van N gebruiken om 2 elektronen te vervangen;
o CH=CH binding vervangen door N atoom
o Meer reactief naar electrofiel toe dan benzeen/pyridine

 Geldt ook voor meerdere stikstof atomen

 Pyrrole: typische aromatische substituties (Friedel-Crafts, nitratie, halogenatie)
--> liever dan additie reacties

Pyridine is een zeer niet-reactieve aromatische imine
 pyridine = stabiele imine vanwege een aromaat zijn
o Zwakke base met pKa 5.5
o Pyridinium ion is sterke zuur als carbonzuur
o Vaak gebruikt als nucleofiele katalysator in acylering reacties




o Lone pair van N is niet gedelocaliseerd: hier dus nucleofiel
o Nucleofiele substitutie makkelijk

 Pyridine ondergaat geen electrofiele substitutie
o N verlaagt energie van orbitalen (=maakt het minder reactief
nucleofiel)
o Electrofiele reagenten zullen alleen maar aanvallen op N (ring nog
minder reactief)
o Mijd nitratie, zwavelering, halogenatie en Friedel-Crafts op simpele
pyridines
o Behalve als geactiveerd zijn of onder extreme omstandigheden (zie later)

 Pyridine ondergaat wel nucleofiele substitutie

, Iris Zoutendijk, LST jaar 2
CB2, LB2621

o N atoom verlaagt LUMO energie (=maakt het meer reactief
electrofiel)
o N atoom stabiliseert intermediair anion
o Met pyridyl ethers maken van amides
 Pyridonen zijn goede substraten voor nucleofiele substitutie
o = pyridines met zure proton naar N verschoven
o mbv O=PCl3 (aanval op O, dan substitutie) chloropyridines gevormd

 Electron donerende substituenten (NH2 of OMe) hebben niet-bindend
elektronenpaar die HOMO energie verhoogt, waardoor electrofiele substitutie
op pyridine mogelijk is
--> op ortho of para positie van de activerende groep

 Pyridine N-oxiden zijn ondergaan zowel electrofiele als nucleofiele substitutie
o Electrofiele substitutie: op 2- (ortho) en 4- (para) posities, ‘t liefst op 4-
 Stabiel polair --> HOMO energie omhoog (dus meer nucleofiel)
o Oxide best weggehaald met driewaardig fosforatoom (PX 3)
o Nucleofiele substitutie, doordat
 positieve N nucleofiele aanval aanmoedigt
 O als leaving groep (met PX3)




 Pyridine als nucleofiele katalysator doordat N atoom electrofiel aanvalt, bv. Br 2
--> nog wel benzeen nodig

 Pyridine als reagens samen met Cr(VI) reagens in Jones reactie, is enige zure
reagens

6-ledige aromatische heterocycles kunnen zuurstof in de ring hebben
 Pyronen = Zuurstof heterocycles die lijken op pyridonen

5-ledige aromatische heterocycles zijn goed in electrofiele substitutie
 Pyrrole is tegenovergestelde van pyridine
o Goed in electrofiele substitutie, slecht in nucleofiele
o Geen base (pKa ≈ -4) en kan ook geen N-oxide vormen
o Door delocalisatie van lone pair rondom ring (HOMO energie omhoog)

 Probleem pyrrole is geven van monosubstitutie (kan namelijk zelfs 4x (Br)
substitueren)
o Gebruiken sterke zuren kan niet; pyrrole polymeriseert dan
o Alternatief is Vilsmeier reactie (lijkt op Friedel-Crafts acylering)
 Amide reageert met O=PCl3 tot iminium zout

 Zout reageert met pyrrole tot stabielere zout