jako jsou např. F, Cl, Br, I, -O-R, -S-R, -N(R1R2). AN na karbonylovou skupinu funkčních derivátů kys. uhličité Kyselina uhličitá je nestabilní, její funkční deriváty však vytvářejí velmi početnou skupinu sloučenin, které je možno znázornit obecným vzorcem: kde Y = O, S, N-R Z1,Z2 jsou nejrůznější skupiny elektronegativnější než C a H v různých kombinacích, jako jsou např. F, Cl, Br, I, -O-R, -S-R, -N(R1R2). Pro Y = S jsou to thioderiváty všech uvedených sloučenin (thiofosgen, estery kys. thiouhličité, thiomočovina, thiosemikarbazid).

Reaktivita všech funkčních derivátů kys Reaktivita všech funkčních derivátů kys. uhličité je ve smyslu AN reakcí podstatně nižší, než u analogických derivátů karboxylových kyselin. Relativně nejvyšší reaktivita vůči AN je u derivátů s vazbou C=O, nejnižší u sloučenin s vazbou H-N=C. Dále tedy budou uvedeny jen některé AN týkající se sloučenin s C=O vazbou, jako jsou estery kys. uhličité, chlormravenčí, fosgen, difosgen a trifosgen. Mechanismus těchto AN je v zásadě stejný jako u karboxylových kyselin a jejich funkčních derivátů. U fosgenu a esterů kys. chlormravenčí se též vedle AN může uplatňovat i mechanismus SN.

Přehled některých důležitějších funkčních přeměn derivátů kys Přehled některých důležitějších funkčních přeměn derivátů kys. uhličité:

Benzyloxykarbonylchlorid – reverzibilní protekce aminoskupiny Zajímavé jsou acylační reakce močoviny. Mechanismem AN probíhá kysele katalyzovaná reakce s primárními aminy sloužící k přípravě N-alkylmočovin. Reakce probíhá snadno varem ve vodném roztoku.

N,N´- karbonyldiimidazol (CDI) – zejména pro peptidové syntézy AN karbaniontů na estery kys. uhličité Příprava alkoholů se třemi stejnými alkyly nebo aryly

AN na oxid uhelnatý Esterové kondenzace s estery kys. uhličité Praktické využití těchto esterových kondenzací spočívá hlavně v přípravě b-ketoesterů a esterů kys. malonové: AN na oxid uhelnatý Zcela zvláštním typem karbonylových sloučenin je oxid uhelnatý, který je stabilní a poměrně málo reaktivní, což pravděpodobně souvisí s tím, že je isosterní s molekulárním dusíkem: AN alkalických hydroxidů AN dusíkatých nukleofilů Takto se připravuje zejména formamid (R=H).

AN na trojnou vazbu nitrilů kde Nu a Z jsou nejrůznější nukleofily odvozené od atomů F, Cl, Br, I, O, S, Se, N, P, C aj.

AN vedoucí ke karboxylovým kyselinám a jejich funkčním derivátům Karbonitrily patří k nejvýhodnějším výchozím látkám, poněvadž je lze snadno připravit pomocí substitučních reakcí, např.: Přehled funkčních derivátů karboxylových kyselin, pro které jsou nitrily výhodným výchozím materiálem:

AN vody na nitrily a) Kyselá katalýza Bez problémů probíhá kyselá hydrolýza, vedoucí ke karboxylovým kyselinám (B). Nejčastěji se reakce provádí varem v kyselině chlorovodíkové nebo sírové. Mnohem obtížnější je zachytit amidy (A). Nejlépe je přidat pouze tolik vodného roztoku kyseliny, kolik odpovídá jednomu ekvivalentu H2O.

b) Bazická hydratace a hydrolýza Také zde probíhá snadno alkalická hydrolýza až na soli kyselin, ze kterých se kyseliny získají okyselením minerální kyselinou. POZOR! Alkalickou hydrolýzu nelze použít u nitrilů a-hydroxykyselin, což jsou kyanhydriny: Viz. kyanhydrinová syntéza.

AN alkoholů na nitrily Tato kysele katalyzovaná reakce vede k solím iminoetherů, které jsou velmi reaktivní a slouží k přípravě mnoha dalších funkčních derivátů kyselin. a) Příprava iminoetherů Reakce se provádí nejčastěji zaváděním suchého HCl do reakční směsi obsahující pouze 1 ekvivalent R´-OH. b) Funkční přeměny iminoetherů

c) Preparativní využití uvedených přeměn Velmi důležité jsou první dvě přeměny uvedené v předchozím schématu. Nitrily tak lze v jednom stupni bez izolace iminoetherů rovnou převést na estery, resp. orthoestery. V prvém případě se k nitrilu přidává voda v alkoholu, v druhém se používá nadbytek alkoholu. AN hydridového iontu Při adici do 1. stupně, což je důležitá metoda pro přípravu aldehydů z nitrilů, je nutno použít pouze jednoho ekvivalentu hydridu, nejlépe komplexního.

2.1.2.3. AN NA KUMULOVANÉ SYSTÉMY AN karbaniontů na vazbu R-CN Reakce nitrilů s organokovy 2.1.2.3. AN NA KUMULOVANÉ SYSTÉMY Molekuly s kumulovaným uspořádáním dvojných vazeb představují rigidní systém s sp hybridizací na centrálním atomu. Po AN toto nevýhodné uspořádání přechází na výhodnější uspořádání konjugované. Tím je tedy možno vysvětlit vysokou reaktivitu kumulovaných molekul. Y, Z = O, S, N-R, CR2 v různých kombinacích A = halogen, R-O, R-S, R1R2N apod.

AN na CO2 K nejběžnějším kumulovaným systémům náleží následující: a) AN organokovů b) Karboxylace fenolátů a jiných reaktivních aromátů oxidem uhličitým Kolbeho (beztlakovou) nebo Kolbe-Schmittovou (tlakovou) metodou.

AN na CS2 a) Tvorba xanthogenátů b) AN amoniaku a aminů c) AN hydrazinů 2 d) AN organokovů

AN na kumulovaný systém isokyanátů Reakce (b) představuje nejčastější provedení Curtiova odbourávání acylazidů provedené varem v alkoholech, kdy vzniklý isokyanát ihned bez izolace reaguje s alkoholy za vzniku karbamátů (urethanů).

AN na kumulovaný systém isothiokyanátů Všechny reakce uvedené v předchozím případě probíhají i u isothiokyanátů, i když poněkud obtížněji vzhledem k nižší reaktivitě vazby C=S. K nejdůležitějším reakcím tohoto typu patří následující: AN na kumulovaný systém karbodiimidů Karbodiimidy patří rovněž k vysoce reaktivním sloučeninám a řada AN na jejich kumulovaný systém hraje důležitou roli v organické syntéze. Připravují se nejčastěji z N,N-disubstituovaných thiomočovin eliminací oxidy těžkých kovů nebo desulfurací účinkem chlornanů:

Přehled nejdůležitějších AN na karbodiimidy

Využití karbodiimidů v organické syntéze Nejdůležitější jsou reakce s karboxylovými kyselinami, jejichž AN na kumulovaný systém vede k reaktivním acylačním činidlům, které reagují s nukleofily nejpravděpodobněji cyklickým mechanismem:

a) Příprava esterů b) Příprava amidů

AN na kumulovaný systém ketenů Všechny uvedené reakce jsou názornou ukázkou silných acylačních schopností ketenů. První z uvedených reakcí, která je vlastně acylací halogenvodíku, demonstruje skutečnost, že keteny jsou silnějšími acylačními činidly než acylhalogenidy.

Příklady některých syntéz s využitím reaktivity ketenů Razantní acylace málo nukleofilních center, např.: Totální acylace, např.:

AN na systémy, u nichž je karbonylová nebo nitrilová skupina konjugovaná s násobnou vazbou mezi atomy C Jedná se především o následující systémy: Typické pro všechny uvedené systémy je, že AN mohou probíhat na dvou reakčních centrech, jak vyplývá z uvedených mezomerních vzorců. Směr těchto AN závisí zejména na pevnosti vazby, kterou se nukleofil naváže. S tím také souvisí vratnost nebo nevratnost AN. Podstatnou roli však hrají i sterické faktory, jako je objemnost skupin R1, R2 a R4 i objemnost nukleofilního činidla, což ovlivňuje jeho přístupnost k jednomu nebo druhému reakčnímu centru.

AN silných nukleofilů – bez katalýzy Jedná se především o hydridy a organokovové sloučeniny, jako jsou organolithné nebo Grignardovy sloučeniny. Mechanismus a možný průběh těchto AN můžeme znázornit na příkladu a,b-nenasycených aldehydů, ketonů a esterů:

Jak již bylo uvedeno, směr těchto adicí závisí jak na reaktivitě karbonylové skupiny, tak i na objemnosti substitutentů R1 - R4, ale rovněž i na objemnosti nukleofilu. Tak např. při reakci Grignardových činidel s a,b-nenasycenými aldehydy silně převažují produkty 1,2-adice: Naopak u a,b-nenasycených ketonů a esterů převažují 1,4-adice:

Kysele katalyzované AN slabých nukleofilů Rovněž podstatu kyselé katalýzy lze demonstrovat na a,b-nenasycených aldehydech a ketonech:

Bazicky katalyzované AN slabých nukleofilů Bazická katalýza spočívá ve zvýšení nukleofility činidla a vzhledem k vratnosti 1,2-adice probíhá do b-polohy ke karbonylu. Např.: příprava b-alaninu:

Michaelova adice a příbuzné reakce Jedná se o bazicky katalyzované AN na násobnou vazbu mezi atomy C, která je konjugovaná se skupinou s -M efektem. AN tohoto typu jsou analogií aldolizací a lze je znázornit zcela podobným schématem: Kde R1, R2, R3 = H, alkyl, aryl v různých kombinacích V aW jsou atomy schopné vytvářet polarizovanou p vazbu, což konkrétně může být: a Q-H jsou C-H kyseliny Jako báze se používá KOH, R´-ONa

Kyanoethylace Např.: a) Příprava kys. jantarové b) Kyanoethylace ketonů c) Syntéza kys. glutamové

Michaelova adice na nitroalkeny Michaelova adice na acetylenické komponenty