Addizione ed eliminazione nelle reazioni di sintesi

Le reazioni di addizione ed eliminazione nelle reazioni di sintesi rivestono una grande importanza nella pratica sintetica

Le addizioni sono usate nelle sintesi per convertire un alcheni in un’altra funzione. Le eliminazioni sono il processo inverso delle addizioni e servono a formare gli alcheni nelle sintesi. Per la loro somiglianza le due reazioni possono essere riviste entrambe fissando l’attenzione sui procedimenti impiegati nella pratica sintetica.

Formazione dei doppi legami

I metodi principali utilizzati per produrre un doppio legame carbonio-carbonio sono i seguenti:

condizioni fortemente basiche (eliminazioni E₂) :

perdita di:

• – HX o –HOH dagli alogenuri e dagli alcoli
• –  NR₃ dalle ammine via sale quaternario (eliminazione di Hoffmann)

Condizioni fortemente acide (eliminazioni E₁) :

perdita di:

• –  H₂O da alcoli in corrispondenza di carbocationi abbastanza stabili
• – COS, -CH₃SH da alcoli via xantati
• – R₂NOH da ammine via ossidi di ammine terziarie

Condizioni e selettività

Sebbene la prima categoria dia luogo ad una eliminazione di tipo trans e la terza di tipo cis, nessuno di questi metodi, ad eccezione dell’eliminazione di Hoffmann, offre una spiccata selettività alla direzione dell’eliminazione. Anche nei sistemi ciclici rigidi, quando i gruppi che prendono parte all’eliminazione sono in trans (diassiali) o cis, rispettivamente, vi possono essere ancora due direzioni nell’eliminazione.

Nella prima categoria di reazioni la base deve essere forte ma deve essere anche un nucleofilo debole al fine di evitare una eventuale reazione competitiva di sostituzione. Per lo stesso motivo nelle reazioni catalizzate da acidi è opportuno impiegare un acido la cui base coniugata è un nucleofilo debole.

Gli alcoli danno più facilmente la reazione di eliminazione se sono terziari, allilici o benzilici e vi è sempre la possibilità di riorganizzare la catena degli atomi di carbonio.

L’eliminazione di sostituenti in β dai carbonili o da altri gruppi analoghi enolizzabili è sempre molto facile e avviene con la maggior parte dei sostituenti eteroatomici in condizioni debolmente acide o basiche.

Vi sono processi tramite i quali è possibile creare in modo selettivo un doppio legame in una posizione specifica tra cui l’eliminazione di sostituenti vicinali e l’altro è la reazione di Witting in cui il doppio legame è ottenuto per addizione di unità di atomi di carbonio ad un gruppo funzionale chetonico o aldeidico.

Reazioni di doppi legami

I reattivi maggiormente usati nell’addizione ai doppi legami senza che si abbia scissione dello scheletro di atomi di carbonio come avviene nell’ozonolisi sono i seguenti:

HX → monoalogenuri (trans)

H₂O/H⁺ → monoalcoli

BH₃ → monoalcoli, alogenuri ed ammine

X₂ → dialogenuri (trans)

N-bromosuccinimmide → aloidrine e loro esteri o eteri (trans)

OsO₄ → dioli (cis)

Carbeni → ciclopropani (cis)

L’elettrofilo attacca il doppio legame sul lato meno impedito; nelle reazioni regioselettive in trans il successivo attacco del nucleofilo avviene, in una reazione a due tempi, sul lato corrispondente al migliore ione carbonio o, nei cicloeseni, in modo da ottenere un prodotto trans-diassiale.

Legami carbonio-carbonio raramente si formano per reazioni con gli alcheni eccetto nel caso delle reazioni di carbeni. Gli epossidi possono essere attaccati dai carbanioni formando un doppio legame carbonio-carbonio e allo stesso scopo si utilizzano alcune reazioni di borani organici.

Meccanismo di addizione ed eliminazione

Il meccanismo di addizione ed eliminazione avviene in reazioni in cui la sostituzione del gruppo uscente viene ottenuta in due fasi consecutive: addizione ed eliminazione. L’esempio più comune è la sostituzione acilica in cui un gruppo collegato al carbonile viene sostituito con un altro.

Un tipico esempio è la sostituzione nucleofila acilica in cui un nucleofilo forma un nuovo legame con il carbonio carbonilico di un gruppo acilico, con conseguente rottura del legame tra il carbonio carbonilico e un gruppo uscente .