Przeczytaj

bg‑pink

Addycja nukleofilowa w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowaaddycja nukleofilowaAddycja nukleofilowa w aldehydach i ketonach polega na ataku czynnika nukleofilowego (nukleofilanukleofilnukleofila) na atom węgla w grupie karbonylowej. W tej reakcji powstaje tetraedryczny addukt, czyli produkt pośredni.

Nukleofil w tej reakcji może:

Być naładowany ujemnie $: {Nu}^{-}$
np. jon hydroksylowy ${OH}^{-}$ , karboanionkarboanionkarboanion $R_{3} C^{-}$ , jon cyjankowy ${NC}^{-}$ , jon wodorkowy $H^{-}$ ;
Być obojętny $: Nu - H$
np. woda $H_{2} O$ , alkohol $ROH$ , amoniak ${NH}_{3}$ , amina ${RNH}_{2}$ . Atom wodoru, zawarty w nukleofilu, może zostać od niego oderwany.

W zależności od tego, czy czynnikiem atakującym jest nukleofil naładowany ujemnie, czy obojętny, addycjareakcja addycji (przyłączenia)addycja nukleofilowa w aldehydach i ketonach może przebiegać na dwa sposoby:

Rds7IhN94I8s41

R1X97RC80i7uO1

Ilustracja przedstawia schemat addycji nukleofilowej. Po lewej stronie umieszczono cząsteczkę aldehydu lub ketonu: Atom węgla jest połączony wiązaniem podwójnym z atomem tlenu i wiązaniem pojedynczym z grupą R oraz grupą R1. Atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Od tej cząsteczki poprowadzono dwie strzałki: jedną po skosie w górę, drugą w dół. Nad górną strzałką umieszczono zapis: Nu- z wolną parą elektronową. Za strzałką znajduje się nawias kwadratowy, a w nawiasie tetraedryczny produkt pośredni: atom węgla jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu, z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi, linią przerywaną z grupą R oraz linią ciągłą z grupą R1 oraz z nukleofilem Nu. Kolejna strzałka w prawo nad nią zapis HA, który oznacza wodę lub kwas. Za strzałką cząsteczka produktu głównego: atom węgla jest połączony wiązaniem pojedynczym z grupą OH (atom tlenu ma dwie wolne pary elektronów), linią przerywaną z grupą R oraz linią ciągłą z grupą R1 oraz z nukleofilem Nu. Druga strzałka od aldehydu lub ketonu podpisana jest NuH2, gdzie Nu posiada wolną parę elektronową. Za strzałką znajduje się nawias kwadratowy, a w nawiasie tetraedryczny produkt pośredni: atom węgla jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi, linią przerywaną z grupą R oraz linią ciągłą z grupą R1 oraz z nukleofilem NuH2 z ładunkiem dodatnim. Kolejna strzałka w prawo, cząsteczka produktu głównego: atom węgla jest połączony wiązaniem podwójnym z Nu i wiązaniem pojedynczym z grupą R oraz grupą R1. Po prawej stronie znajduje się jeszcze cząsteczka wody. — Schemat reakcji addycji nukleofilowej
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 729, licencja: CC BY-SA 3.0.

Addycja nukleofilowa w aldehydach i ketonach może zachodzić w obecności katalizatorakatalizatorkatalizatora (kwasu lub zasady) lub bez katalizatora. Rozpatrzmy kilka przykładów przebiegu reakcji addycji nukleofilowej w aldehydach i ketonach.

bg‑pink

Addycja nukleofilowa cząsteczki wody w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony reagują z cząsteczką wody tworząc 1,1‑diole. Reakcja zachodzi powoli. Aby ją przyspieszyć, używa się zasady lub kwasu jako katalizatora. Jest to reakcja odwracana.

Addycja nukleofilowa cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowana zasadą

RpHOPPfs9TWTj1

Ilustracja interaktywna przedstawia addycję nukleofilową cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowaną zasadą. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R, wiązaniem podwójnym atom tlenu, wiązaniem pojedynczym grupa

R_{1}

. Obok cząsteczka

{OH}^{-}

, przy atomie tlenu znajdują się dwie wolne pary elektronowe, każda w postaci dwóch kropek. Jedna strzałka prowadzi od wiązania węgiel tlen na atom tlenu, a druga od atomu tlenu cząsteczki

{OH}^{-}

na atom węgla. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R,

R_{1}

, OH oraz atom tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi. Obok cząsteczka wody HOH. Jedna strzałka prowadzi od atomu tlenu z ładunkiem ujemnym do atomu wodoru cząsteczki wody, a druga strzałka od wiązania wodór tlen w cząsteczce wody na atom tlenu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, za nimi cząsteczka diolu plus

{OH}^{-}

. Budowa cząsteczki diolu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R,

R_{1}

oraz dwie grupy OH. W grupie OH, przyłączonej na górze, atom tlenu ma dwie pary elektronów. Opisy: 1. Jon hydroksylowy (nukleofil) atakuje węgiel z grupy karbonylowej., 2. Powstaje produkt pośredni – jon alkoksylowy., 3. Następnie produkt pośredni odrywa proton z cząsteczki wody., 4. Powstaje diol oraz odtworzony katalizator zasadowy.

Schemat przedstawia addycję nukleofilową cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowaną zasadą.

Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna część 2 (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 732, licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcja zachodzi szybciej od reakcji bez katalizatora, ponieważ dochodzi do przekształcenia wody w lepszy od niej czynnik nukleofilowy – jon hydroksylowy ${OH}^{-}$ .

Addycja nukleofilowa cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowana kwasem

R1JxR7LTKd3vp1

Ilustracja interaktywna przedstawia addycję nukleofilową cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowaną kwasem. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R, wiązaniem podwójnym atom tlenu (atom tlenu ma dwie pary elektronów), wiązaniem pojedynczym grupa

R_{1}

. Obok cząsteczka

H_{3} O^{+}

, tlen ma ładunek dodatni i jedną wolną parę elektronową. Jedna strzałka prowadzi od atomu tlenu ketonu na atom wodoru cząsteczki

H_{3} O^{+}

, a druga od wiązania wodór tlen cząsteczki

H_{3} O^{+}

na atom tlenu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R,

R_{1}

, a wiązaniem podwójnym grupa OH (nad atomem tlenu para elektronów i znak plus). Obok cząsteczka wody HOH (atom tlenu ma dwie pary elektronów). Jedna strzałka prowadzi od wiązania węgiel tlen do atomu tlenu z ładunkiem dodatnim (przy tlenie jedna para elektronów), a druga strzałka od atomu tlenu cząsteczki wody na atom tlenu (przy atomie tlenu dwie pary elektronów. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, za nimi cząsteczka: do atomu węgla przyłączone grupy: R,

R_{1}

oraz OH, a także atom tlenu, połączony z dwoma atomami wodoru. Obok cząsteczka wody. Jedna strzałka prowadzi do wiązania tlen wodór na atom tlenu, a druga od atomu tlenu cząsteczki wody na atom wodoru cząsteczki organicznej. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, za nimi cząsteczka diolu dodać jon hydroniowy. Budowa cząsteczki diolu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R,

R_{1}

oraz dwie grupy OH. 1. Proton z kwasu (katalizator) przyłącza się do atomu tlenu z grupy karbonylowej., 2. Powstaje produkt pośredni, który jest znacznie lepszym akceptorem nukleofila niż aldehyd lub keton., 3. Następnie cząsteczka wody przyłącza się do produktu pośredniego., 4. Powstaje sprotonowany diol., 5. W kolejnym etapie sprotonowany diol traci proton., 6. Powstaje obojętny produkt – diol oraz odtworzony katalizator kwasowy.

Schemat przedstawia reakcję addycji nukleofilowej cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu katalizowanych kwasem.

Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie: Rysunek na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna część 2 (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 733, licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcja zachodzi szybciej od reakcji bez katalizatora, ponieważ sprotonowana grupa karbonylowa, która posiada ładunek dodatni na atomie tlenu (produkt pośredni), jest lepszym elektrofilemelektrofilelektrofilem niż grupa $C = O$ .

bg‑pink

Addycja nukleofilowa karboanionu w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony reagują z karboanionem, tworząc alkohole. Źródłem karboanionu jest związek Grignarda RMgX, gdzie $: R^{-}^{+} MgX$ .
Reakcja addycji nukleofilowej związku Grignarda do aldehydów lub ketonów jest nieodwracalna. Przebieg reakcji jest następujący:

RmmDDRNCMISXa1

Schemat przedstawia reakcję addycji nukleofilowej związku Grignarda do aldehydów lub ketonów. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektronowymi, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano R+-MgX, R ma jedną parę elektronów, pod strzałkami napis: addycja nukleofilowa, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R, R1, R2 oraz atom tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi. Obok cząsteczka +MgX. Po prawej stronie nawiasu pozioma strzałka w prawo nad nią H3O+, za strzałką cząsteczka alkoholu plus HOMgX. Budowa cząsteczki alkoholu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R, R1, R2 oraz grupa OH. — Schemat przedstawia reakcję addycji nukleofilowej związku Grignarda do aldehydów lub ketonów.
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 736, licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑pink

Addycja nukleofilowa jonu wodorkowego w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony w reakcji addycji nukleofilowej jonem wodorkowym ${:H}^{-}$ są redukowane do alkoholi. Jako czynnik redukujący, który jest źródłem jonu wodorkowego, stosuje się tetrahydroglinian litu ${LiAlH}_{4}$ lub borowodorek sodu ${NaBH}_{4}$ . Reakcja ta jest nieodwracalna. Przebieg reakcji jest następujący:

R12F8iBnhH0281

Schemat przedstawia reakcję addycji nukleofilowej aldehydów lub ketonów jonem wodorkowym. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektonów, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano H- z jedną parą elektronów, pod strzałkami napis z LiAlH4, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka produktu pośredniego (alkoholanu): do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: atom wodoru, R1, R2 oraz atom tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi. Po prawej stronie nawiasu pozioma strzałka w prawo, nad nią H3O+, za strzałką cząsteczka alkoholu plus H2O. Budowa cząsteczki alkoholu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: atom wodoru, R1, R2 oraz grupa OH. — Schemat przedstawia reakcję addycji nukleofilowej aldehydów lub ketonów jonem wodorkowym.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 737, licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑pink

Addycja nukleofilowa cyjanowodoru w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony w reakcji addycji nukleofilowej cyjanowodoru $HCN$ tworzą cyjanohydrazyny. W reakcji biorą udział aldehydy i ketony bez zawady przestrzennejzawada przestrzennazawady przestrzennej. Szybkość reakcji wzrasta w obecności niewielkiej ilości zasady, co powoduje powstanie nukleofilowego jonu cyjankowego ${NC}^{-}$ . To reakcja odwracalna, a jej przebieg obrazuje równanie:

RJXwVdyfUtQ1S1

Schemat reakcji addycji nukleofilowej cyjanowodoru do aldehydu lub ketonu. Cząsteczka aldehydu lub ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektronowymi, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano minus C potrójne wiązanie do N, przy C para elektronowa, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: CN, R1, R2 oraz atom tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano HCN. Za strzałkami cząsteczka cyjanohydryny dodać minus C potrójne wiązanie do N, przy C jedna para elektronowa. Budowa cząsteczki cyjanohydryny: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: grupa CN, R1, R2 oraz grupa OH. — Schemat reakcji addycji nukleofilowej cyjanowodoru do aldehydu lub ketonu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑pink

Addycja nukleofilowa alkoholi w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony w reakcji addycji nukleofilowej z alkoholami, w obecności katalizatora kwasowego, tworzą acetale. Kwasowy katalizator przyspiesza szybkość reakcji w wyniku sprotonowania grupy karbonylowej. To reakcja odwracalna. Przebieg reakcji można opisać schematem:

RRj2Uix3MGexk1

Schemat przedstawia mechanizm reakcji addycji nukleofilowej z alkoholami w obecności katalizatora kwasowego, w wyniku czego powstaje acetal. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektronowymi, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Obok cząsteczka HCl. Jedna strzałka prowadzi od atomu tlenu ketonu do atomu wodoru HCl, a druga od wiązania wodór chlor na atom chloru. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R1, R2 oraz wiązaniem podwójnym atom tlenu z ładunkiem dodatnim i dwiema wolnymi parami elektronowymi oraz z przyłączonym atomem wodoru. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, nad strzałką zapisano ROH. Atom tlenu ma dwie pary elektronowe. Poprowadzono strzałkę od atomu tlenu cząsteczki ROH na atom węgla, a drugą strzałkę od wiązania węgiel tlen na atom tlenu. Za strzałkami cząsteczka: do atomu węgla przyłączone grupy: R1, R2 oraz OH, a także atom tlenu, połączony z atomem wodoru i grupą R. Obok cząsteczka wody HOH. Jedna strzałka prowadzi od wiązania węgiel tlen do atomu tlenu z ładunkiem dodatnim, a druga strzałka od atomu tlenu cząsteczki wody na atom tlenu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, w kolejnej linijce zapisano wzór hemiacetalu: do atomu węgla przyłączone grupy: R1, R2 oraz OH, a także grupa OR. Przy atomach tlenu po dwie pary elektronowe. Dalej dodać H3O+. Po prawej stronie dwie poziome strzałki nad nimi HCl, za nimi cząsteczka hemiacetalu z przyłączonym dodatkowym atomem wodoru do grupy OH. Jedna strzałka prowadzi od atomu tlenu grupy OR na wiązanie tlen węgiel, a druga z wiązania węgiel grupa OH na atom tlenu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki i cząsteczka: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu, wiązaniem pojedynczym grupa R2, wiązaniem podwójnym atom tlenu z ładunkiem dodatnim i parą elektronową, do którego przyłączona jest grupa R. Dalej dodać H2O. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, nad strzałką zapisano ROH. Nad atomem tlenu dwie pary elektronowe. Po prawej stronie cząsteczka: do atomu węgla przyłączone grupy: R1, R2 oraz OR, a także atom tlenu z ładunkiem dodatnim i parą elektronową, połączony z atomem wodoru i grupą R. Obok cząsteczka wody HOH - atom tlenu ma dwie pary elektronowe. Zamknięty nawias kwadratowy, dwie poziome strzałki i cząsteczka acetalu dodać H3O+. Budowa cząsteczki acetalu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R1, R2 oraz dwie grupy OR. — Schemat przedstawia mechanizm reakcji addycji nukleofilowej z alkoholami w obecności katalizatora kwasowego, w wyniku czego powstaje acetal.
Źródło: GroMar Sp. z o.o. na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 746, licencja: CC BY-SA 3.0.

W sposób uproszczony przebieg reakcji można zapisać:

RAggGrPhgrpiH1

Schemat przedstawia uproszczony mechanizm reakcji addycji nukleofilowej z alkoholami w obecności katalizatora kwasowego, dzięki czemu powstaje acetal. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektronowymi, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Obok plus 2 ROH. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad nimi napis katalizator kwasowy, za nimi cząsteczka acetalu dodać H2O. Budowa cząsteczki acetalu: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R1, R2 oraz dwie grupy OR. — Schemat przedstawia uproszczony mechanizm reakcji addycji nukleofilowej z alkoholami w obecności katalizatora kwasowego, dzięki czemu powstaje acetal.
Źródło: GroMar Sp. z o. o. Rysunek na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 744, licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑pink

Addycja nukleofilowa amin w aldehydach i ketonach

Aldehydy i ketony w reakcji addycji nukleofilowej amin pierwszorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora tworzą iminy. To reakcja odwracalna. Przebieg reakcji jest następujący:

R1cxRboJ8CqcH1

Schemat reakcji addycji nukleofilowej amin pierwszorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora, w wyniku czego powstają iminy. Cząsteczka ketonu: do atomu węgla przyłączone są: wiązaniem pojedynczym grupa R1, wiązaniem podwójnym atom tlenu z dwiema parami elektronowymi, wiązaniem pojedynczym grupa R2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano NH2R z wolną parą elektronową. Przy atomie azotu jest jedna wolna para elektronów. Jedna strzałka prowadzi od wolnej pary elektronowej cząsteczki NH2R na atom węgla, a druga prowadzi od wiązania węgiel tlen na atom tlenu. Za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: R1, R2, NH2R z ładunkiem dodatnim oraz atom tlenu z ładunkiem ujemnym i trzema wolnymi parami elektronowymi. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano przeniesienie protonu. Za strzałkami cząsteczka karbinoloaminy: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: grupa R1, R2 NHR oraz grupa OH. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano H3O+. W nowej linijce umieszczono cząsteczkę: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: grupa R1, R2 , NHR oraz grupa OH2 z ładunkiem dodatnim. Jedna strzałka prowadzi od wolnej pary elektronowej atomu azotu dna wiązanie węgiel azot, a druga strzałka od wiązania węgiel tlen na atom tlenu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano -H2O po prawej stronie znajduje się jon iminiowy: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: grupa R1, R2 oraz wiązaniem podwójnym atom azotu z ładunkiem ujemnym do którego przyłączona jest grupa R i atom wodoru. Obok znajduje się cząsteczka wody. Jedna strzałka prowadzi od wolnej pary elektronowej atomu tlenu cząsteczki wody na atom wodoru jonu iminiowego, a druga strzałka z wiązania azot wodór na atom azotu. Nawias kwadratowy zamykający dwie poziome strzałki górna w prawo dolna w lewo, dalej cząsteczka iminy plus H3O+. Budowa cząsteczki iminy: do atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: grupa R1, R2 oraz wiązaniem podwójnym atom azotu, zawierający jedną parę elektronów, z przyłączoną grupą R. — Schemat reakcji addycji nukleofilowej amin pierwszorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora, w wyniku czego powstają iminy.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 738, licencja: CC BY-SA 3.0.

W sposób uproszczony, reakcję aminy pierwszorzędowej z aldehydami lub ketonami można zapisać:

R26XUs1X5Cuhq1

Ilustracja przedstawia uproszczony schemat reakcji addycji nukleofilowej amin pierwszorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora, w wyniku czego powstają iminy. Cząsteczka aldehydu lub ketonu: do atomu węgla przyłączone są: dwa wiązania pojedyncze, jedno do atomu węgla, oraz wiązanie podwójne do atomu tlenu. Drugi atom węgla tworzy trzy wiązania pojedyncze, w tym jedno do atomu wodoru. Dalej dodać RNH2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, nad strzałką zapisano katalizator kwasowy, dalej cząsteczka iminy dodać cząsteczka wody. Budowa cząsteczki iminy: do atomu węgla są przyłączone dwa wiązania pojedyncze w tym jedno do atomu węgla, tworzącego trzy wiązania pojedyncze, oraz wiązaniem podwójnym do atomu azotu połączonym z grupą R. — Schemat przedstawia uproszczony schemat reakcji aminy pierwszorzędowej z aldehydami lub ketonami.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 737, licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldehydy i ketony w reakcji addycji nukleofilowej amin drugorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora tworzą enaminy. To reakcja odwracalna. Przebieg reakcji jest następujący:

RBQt2k37uIXov1

Ilustracja przedstawia reakcję otrzymywania enamin z aldehydów i ketonów w reakcji addycji nukleofilowej amin drugorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora. Cząsteczka aldehydu lub ketonu: do atomu węgla przyłączone są: dwa wiązania pojedyncze, jedno do atomu węgla, oraz wiązanie podwójne do atomu tlenu - atom tlenu ma dwie wolne pary elektronowe. Drugi atom węgla tworzy trzy wiązania pojedyncze w tym jedno do atomu wodoru. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, nad strzałką zapisano HNR2. Za nimi nawias kwadratowy, a w nim cząsteczka: do pierwszego atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: OH, NR2 oraz drugi atom węgla połączony z atomem wodoru. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano H3O+, dalej cząsteczka, w której do pierwszego atomu węgla są przyłączone wiązaniami pojedynczymi następujące grupy: kation OH2, NR2 - przy atomie azotu jest patra elektronowa oraz drugi atom węgla połączony z atomem wodoru. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo. W nowej linijce umieszczono wzór: do pierwszego atomu węgla wiązaniem podwójnym jest przyłączony atom azotu z ładunkiem dodatnim i dwoma grupami R, a wiązaniem pojedynczym drugi atom węgla połączony z atomem wodoru. Obok cząsteczka wody. Przy atomie tlenu w cząsteczce wody dwie pary elektronowe. Jedna strzałka prowadzi od wolnej pary elektronowej atomu tlenu cząsteczki wody na atom wodoru połączony z atomem węgla. Druga strzałka prowadzi od wiązania węgiel wodór na wiązanie węgiel węgiel, a trzecia strzałka od wiązania podwójnego węgiel azot na atom azotu. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo dolna w lewo, nad strzałką zapisano katalizator kwasowy, dalej cząsteczka enaminy plus H3O+. Budowa cząsteczki enaminy: do atomu węgla są przyłączone dwa wiązania pojedyncze w tym jedno do atomu azotu, połączonego z dwiema grupami R, oraz wiązaniem podwójnym do atomu węgla połączonym z atomem wodoru i tworzącym jeszcze dwa wiązania pojedyncze. — Schemat przedstawia reakcję otrzymywania enamin z aldehydów i ketonów w reakcji addycji nukleofilowej amin drugorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 741, licencja: CC BY-SA 3.0.

W sposób uproszczony reakcję aminy drugorzędowej z aldehydami lub ketonami można zapisać:

RLr0JAuMO8xib1

Ilustracja przedstawia uproszczony schemat reakcji addycji nukleofilowej amin drugorzędowych w obecności kwasu jako katalizatora, w wyniku czego powstają iminy. Cząsteczka aldehydu lub ketonu: do atomu węgla przyłączone są: dwa wiązania pojedyncze, jedno do atomu węgla, oraz wiązanie podwójne do atomu tlenu - atom tlenu ma dwie pary elektronów. Drugi atom węgla tworzy trzy wiązania pojedyncze w tym jedno do atomu wodoru. Dalej dodać HNR2. Po prawej stronie dwie poziome strzałki: górna w prawo, dolna w lewo, nad strzałką zapisano katalizator kwasowy, dalej cząsteczka enaminy dodać woda. Budowa cząsteczki enaminy: do atomu węgla są przyłączone dwa wiązania pojedyncze w tym jedno do atomu azotu, połączonego z dwiema grupami R, oraz wiązaniem podwójnym do atomu węgla połączonym z atomem wodoru i tworzącym jeszcze dwa wiązania pojedyncze. — Schemat przedstawia w sposób uproszczony reakcję aminy drugorzędowej z aldehydami lub ketonami.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie: J. McMurry, *Chemia organiczna część 2* (rozdziały 19-31), tłum. W. Boczoń, H. Koroniak, J. Milecki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000, str. 737, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

elektrofil

kation lub cząsteczka, który przyjmuje parę elektronową tworząc nowe wiązanie chemiczne

karboanion

anion, w którym ładunek ujemny zlokalizowany jest na jednym lub kilku atomach węgla

katalizator

substancja chemiczna, której obecność zwiększa szybkość reakcji chemicznej

nukleofil

anion lub cząsteczka, która zawiera nadmiar elektronów. Przekazuje wolną parę elektronową co skutkuje utworzeniem wiązania chemicznego. Przykłady nukleofili: ${OH}^{-}$ , ${Cl}^{-}$ , $H_{2} O$ , ${NH}_{3}$

reakcja addycji (przyłączenia)

reakcja polegająca na przyłączeniu innej cząsteczki do związków posiadających wiązanie wielokrotne

addycja nukleofilowa

reakcja polegająca na przyłączeniu nukleofila do związków posiadających wiązanie wielokrotne

zawada przestrzenna

brak dostępu do miejsca aktywnego związku dla atakującej go substancji spowodowany dużym rozmiarem grup funkcyjnych w cząsteczce związku

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Związki organiczne zawierające azot oraz wielofunkcyjne pochodne węglowodorów. Repetytorium i zadania, Kraków 2021.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

McMurry J., Chemia organiczna, cz. 1, tłum. Władysław Boczoń, H.enryk Koroniak, Jan Milecki, Warszawa 2000.

Wprowadzenie

Film samouczek

Addycja nukleofilowa w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa cząsteczki wody w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa karboanionu w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa jonu wodorkowego w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa cyjanowodoru w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa alkoholi w aldehydach i ketonach

Addycja nukleofilowa amin w aldehydach i ketonach

Słownik

Bibliografia