Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
identificare il reagente normalmente usato per convertire un acido carbossilico in un bromuro acilico.
scrivere le equazioni per mostrare come un alogenuro acilico può essere convertito in: un acido carbossilico, un estere, un'ammide.
scrivere i meccanismi dettagliati della reazione di un alogenuro acilico con: acqua, un alcol, ammoniaca, un'ammina primaria o secondaria.
identificare il prodotto formato quando un dato alogenuro acilico reagisce con: acqua, un alcol, un'ammina primaria o secondaria.
identificare l'alogenuro acilico, i reagenti, o entrambi, necessari per preparare un dato acido carbossilico, estere o ammide.
identificare il prodotto formato dalla reazione di un dato alogenuro acilico con acqua, un dato alcol, ammoniaca, o una data ammina primaria o secondaria.
identificare il litio alluminio idruro come reagente per ridurre gli alogenuri acilici ad alcoli primari e spiegarne il limitato valore pratico.
identificare la riduzione parziale di un alogenuro acilico usando litio tri-terz-butossialluminio idruro per formare un'aldeide.
scrivere un'equazione per descrivere la formazione di un alcol terziario dalla reazione di un alogenuro acilico con un reattivo di Grignard.
scrivere un meccanismo dettagliato della reazione di un alogenuro acilico con un reattivo di Grignard.
identificare il prodotto formato dalla reazione di un dato alogenuro acilico con un dato reattivo di Grignard.
identificare l'alogenuro acilico, il reattivo di Grignard, o entrambi, necessari per preparare un dato alcol terziario.
scrivere un'equazione per illustrare la reazione di un alogenuro acilico con un reattivo di litio diorganocuprato.
identificare il prodotto formato dalla reazione di un dato alogenuro acilico con un dato reattivo di litio diorganocuprato.
identificare l'alogenuro acilico, il reattivo di litio diorganocuprato, o entrambi, necessari per preparare un dato chetone.
Gli alogenuri acilici sono derivati degli acidi carbossilici altamente reattivi. In quanto tali, possono essere utilizzati per sintetizzare molti altri derivati acilici.
Gli acidi carbossilici reagiscono con il cloruro di tionile (SOCl₂) per formare i cloruri acilici. Una sostituzione acilica nucleofila permette di rimpiazzare il gruppo -OH dell'acido carbossilico con un atomo di cloro.
Carboxylic acids react with thionyl chloride (SOCl2) to form acid chlorides
In modo simile, i bromuri acilici possono essere formati dai corrispondenti acidi carbossilici tramite reazione con il tribromuro di fosforo (PBr₃).
Acid bromides can be formed from the corresponding carboxylic acid by reaction with PBr3
L'alta reattività degli alogenuri acilici permette di convertirli facilmente in altri composti acilici. A seconda del reagente nucleofilo, possono essere usati per creare acidi carbossilici, anidridi, esteri, ammidi o chetoni.
I cloruri acilici vengono convertiti in acidi carbossilici tramite una sostituzione acilica nucleofila con acqua. Il meccanismo prevede un attacco nucleofilo dell'acqua sul carbonio carbonilico, la formazione di un intermedio tetraedrico, l'eliminazione di Cl⁻ e la successiva deprotonazione per dare l'acido carbossilico e HCl.
Conversion of Acid Chlorides to Carboxylic Acids - Hydrolysis
Esempio:
Conversion of Acid Chlorides to Carboxylic Acids - Hydrolysis -example
Meccanismo
Attacco nucleofilo dell'acqua.Conversion of Acid Chlorides to Carboxylic Acids - Hydrolysis - step1
Eliminazione del gruppo uscente (Cl⁻).Conversion of Acid Chlorides to Carboxylic Acids - Hydrolysis - step2
Deprotonazione.Conversion of Acid Chlorides to Carboxylic Acids - Hydrolysis - step3
I cloruri acilici reagiscono con gli acidi carbossilici (o i loro carbossilati) per formare anidridi. Anche in questo caso si tratta di una sostituzione acilica nucleofila.
Conversion of Acid Chlorides to Anhydrides
Esempio:
Conversion of Acid Chlorides to Anhydrides example
Meccanismo
Attacco nucleofilo dell'acido carbossilico.Conversion of Acid Chlorides to Anhydrides step1
Eliminazione del gruppo uscente (Cl⁻).Conversion of Acid Chlorides to Anhydrides step2
Deprotonazione.Conversion of Acid Chlorides to Anhydrides step3
I cloruri acilici reagiscono con gli alcoli per produrre esteri. Questo è il metodo preferito per la preparazione degli esteri. Spesso si aggiunge piridina per neutralizzare l'HCl prodotto. Questa reazione è sensibile all'ingombro sterico: per un dato cloruro acilico, la reattività degli alcoli segue l'ordine primario > secondario > terziario.
Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis
Esempio:
Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis example
Meccanismo
Attacco nucleofilo dell'alcol.Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis step1
Eliminazione del gruppo uscente (Cl⁻).Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis step2
Deprotonazione.Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis step3
Questa reazione è particolarmente influenzata dall'ostacolo sterico, quindi i gruppi alchilici voluminosi presenti sia sul cloruro di acido che sull'alcol riducono significativamente la velocità. Per un dato cloruro di acido, esiste un ordine di reattività tra gli alcoli primari > secondari > terziari. Se un composto contiene più alcoli, quello meno ostacolato verrà esterificato in modo selettivo.
Conversion of Acid Chlorides to Esters - Alcoholysis - steric hindrance
I cloruri acilici possono essere convertiti in aldeidi usando un agente riducente ingombrato come il litio tri-terz-butossialluminio idruro (LiAlH(Ot-Bu)₃) o il diisobutilalluminio idruro (DIBALH).
Conversion of Acid Chlorides to Aldehydes - Reduction
Questi reagenti sono meno potenti del LiAlH₄ e, essendo l'alogenuro acilico molto più reattivo dell'aldeide prodotta, la reazione si ferma allo stadio di aldeide, specialmente a basse temperature (-78 °C).
Conversion of Acid Chlorides to Aldehydes - Reduction 2
Esempio:
Conversion of Acid Chlorides to Aldehydes - Reduction example
Ammoniaca, ammine primarie e secondarie reagiscono rapidamente con i cloruri acilici per formare rispettivamente ammidi primarie, secondarie e terziarie. La reazione viene condotta con un eccesso di ammina o in presenza di una base (es. piridina) per neutralizzare l'HCl che si forma.
Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis
Esempi:
Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis example1Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis example2Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis example3
Meccanismo
Attacco nucleofilo dell'ammina.Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis - step1
Eliminazione del gruppo uscente (Cl⁻).Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis - step2
Deprotonazione da parte di una seconda molecola di ammina.Conversion of Acid chlorides to Amides -Aminolysis - step3
Conversione in Alcoli Terziari: Reattivi di Grignard
L'aggiunta di reattivi di Grignard converte gli alogenuri acilici in alcoli terziari, formando due nuovi legami C-C. La reazione avviene in due fasi:
Sostituzione acilica nucleofila: Il primo equivalente di Grignard attacca, eliminando lo ione alogenuro e formando un intermedio chetonico.
Addizione nucleofila: Il secondo equivalente di Grignard attacca il chetone intermedio (che è molto reattivo), formando, dopo il trattamento acido finale (work-up), l'alcol terziario.Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols -Grignard ReagentsConversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - predicting
Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - example
Meccanismo
Attacco nucleofilo del Grignard.Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - s1
Eliminazione del gruppo uscente (Cl⁻) per formare un chetone.Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - s2
Attacco nucleofilo del secondo Grignard al chetone.Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - s3
Protonazione per formare l'alcol terziario.Conversion of Acid Chlorides to 3o Alcohols - Grignard Reagents - s4
Poiché i reattivi di Grignard sono molto reattivi, è difficile isolare il chetone intermedio. Per fermare la reazione a chetone, si utilizzano i reattivi di Gilman (diorganocuprati, R₂CuLi), che sono significativamente meno reattivi. I diorganocuprati reagiscono selettivamente con i cloruri acilici per dare chetoni con rese eccellenti, ma non reagiscono ulteriormente con il chetone prodotto.
Conversion of Acid Chlorides to Ketones - Gilman Reagents
Esempio:
Conversion of Acid Chlorides to Ketones - Gilman Reagents example
Meccanismo: Il meccanismo è complesso e si ritiene che non segua una semplice sequenza di "addizione-eliminazione", ma che coinvolga la formazione di complessi con il rame e il litio, un intermedio triorganocuprato(III) e una successiva eliminazione riduttiva che forma il legame C-C finale. La selettività per i cloruri acilici è in parte dovuta alla forte interazione elettrostatica tra il cloro e lo ione litio presente nel reagente.
Conversion of Acid Chlorides to Ketones - Gilman Reagents mech
Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
scrivere un'equazione per illustrare la preparazione di un'anidride acida da un alogenuro acilico e il sale sodico di un acido carbossilico.
identificare il prodotto formato dalla reazione di un dato alogenuro acilico con il sale sodico di un dato acido carbossilico.
identificare l'alogenuro acilico, il sale carbossilato, o entrambi, necessari per preparare una data anidride acida.
scrivere un'equazione per descrivere la reazione di un'anidride acida con: acqua, alcol, ammoniaca, un'ammina primaria o secondaria, litio alluminio idruro.
identificare il prodotto formato quando una data anidride acida reagisce con uno qualsiasi dei reagenti elencati sopra.
scrivere un meccanismo dettagliato per la reazione di un'anidride acida con uno qualsiasi dei reagenti elencati sopra.
identificare l'anidride acida, il reagente nucleofilo, o entrambi, necessari per preparare un acido carbossilico, un estere, un'ammide o un alcol primario specificati.
Note di studio
Le reazioni descritte in questa sezione sono, in linea di principio, identiche a quelle discusse nella Sezione 21.4. Una volta compreso il meccanismo della sostituzione acilica nucleofila, queste reazioni non dovrebbero presentare grandi difficoltà e la memorizzazione può essere ridotta al minimo.
Le reazioni di formazione di esteri e ammidi sono le più comuni dal punto di vista sintetico e costituiscono il fulcro di questa sezione.Summary of a few of the reactions - acid anhydrates
Come mostrato nella Sezione 21.4, le anidridi acide sono generalmente preparate tramite una reazione di sostituzione acilica nucleofila di un cloruro acilico con un acido carbossilico o un anione carbossilato.
Le anidridi sono altamente reattive all'attacco nucleofilo e subiscono molte delle stesse reazioni dei cloruri acilici. Sebbene reagiscano più lentamente di questi ultimi, le anidridi reagiscono con acqua per formare acidi carbossilici, con alcoli per formare esteri e con ammine per formare ammidi. Possono anche essere ridotte ad alcoli primari.
Poiché la reazione di un'anidride "spreca" un equivalente di acido carbossilico come gruppo uscente, queste reazioni vengono comunemente eseguite solo con anidridi economiche e facilmente disponibili, come l'anidride acetica. Tuttavia, le anidridi hanno il vantaggio di essere più facili da maneggiare rispetto ai cloruri acilici.
Summary of a few of the reactions - acid anhydrates
Meccanismo Generale della Sostituzione Acilica Nucleofila
Le seguenti reazioni sono tutte simili e possono essere rappresentate da un unico meccanismo generico quando il nucleofilo (acqua, ammoniaca, ammina o alcol) è neutro.
Attacco nucleofilo: Il nucleofilo attacca uno dei carboni carbonilici dell'anidride, formando un intermedio alcossido tetraedrico.Generic Mechanism of Nucleophilic Acyl Substitution using an Anhydride 1
Deprotonazione: Una base deprotona l'intermedio per formare il prodotto neutro.Generic Mechanism of Nucleophilic Acyl Substitution using an Anhydride 2
Eliminazione del gruppo uscente: La riformazione del doppio legame C=O elimina un anione carbossilato come gruppo uscente.Generic Mechanism of Nucleophilic Acyl Substitution using an Anhydride 3
Durante la reazione, avvengono tre cambiamenti: il gruppo uscente (carbossilato) viene rimosso dall'anidride, il nucleofilo neutro perde un idrogeno e si forma un nuovo legame tra il nucleofilo e il carbonio carbonilico. Le anidridi asimmetriche non vengono solitamente utilizzate perché possono formare due prodotti diversi, a differenza di quelle simmetriche.
Le anidridi reagiscono rapidamente con l'acqua per formare due molecole di acido carbossilico. Questa reazione ha scarso valore sintetico, ma serve a ricordare di proteggere le anidridi dall'umidità per evitarne la contaminazione.
Conversion of Acid Anhydrides to Carboxylic Acids - Hydrolyisis
Esempio:
Conversion of Acid Anhydrides to Carboxylic Acids - Hydrolyisis example
Le anidridi reagiscono con gli alcoli per formare un estere come prodotto principale e un acido carbossilico (sotto forma di carbossilato) come sottoprodotto. La reazione viene tipicamente condotta in presenza di una base, come la piridina, per neutralizzare l'acido prodotto.
Conversion of Acid Anhydrides to Esters - Alcoholyisis
Esempio:
Conversion of Acid Anhydrides to Esters - Alcoholyisis example
Le anidridi acide reagiscono con ammoniaca, ammine primarie o secondarie per formare le ammidi corrispondenti. Sono necessari due equivalenti molari di ammina: uno agisce da nucleofilo e l'altro da base per neutralizzare l'acido carbossilico che si forma come sottoprodotto.
Conversion of Acid Anhydrides to Amides - Aminolysis
Esempio:
Conversion of Acid Anhydrides to Amides - Aminolysis example
Gli anidridi acidi reagiscono con gli alcoli per formare esteri.
Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
discutere l'ampia presenza di esteri in natura e i loro importanti usi commerciali, fornendo un esempio di legame estereo in natura e un esempio di un estere commercialmente importante.
scrivere un'equazione per descrivere l'idrolisi di un estere in condizioni acide o basiche.
identificare i prodotti formati dall'idrolisi di un dato estere.
identificare i reagenti che possono essere usati per effettuare l'idrolisi di un estere.
identificare la struttura di un estere sconosciuto, dati i prodotti della sua idrolisi.
scrivere il meccanismo dell'idrolisi basica di un estere.
scrivere il meccanismo dell'idrolisi acida di un estere.
scrivere un'equazione per descrivere la riduzione di un estere con litio alluminio idruro.
identificare il prodotto formato dalla riduzione di un dato estere (o lattone) con litio alluminio idruro.
identificare l'estere, i reagenti, o entrambi, necessari per preparare un dato alcol primario.
scrivere un meccanismo dettagliato per la riduzione di un estere con litio alluminio idruro.
identificare il diisobutilalluminio idruro come reagente per ridurre un estere ad aldeide e scrivere l'equazione per tale reazione.
scrivere un'equazione per descrivere la reazione di un estere con un reattivo di Grignard.
identificare il prodotto formato dalla reazione di un dato estere con un dato reattivo di Grignard.
identificare l'estere, il reattivo di Grignard, o entrambi, necessari per preparare un dato alcol terziario.
scrivere un meccanismo dettagliato per la reazione di un estere con un reattivo di Grignard.
Parole chiave
Assicurati di essere in grado di definire e utilizzare nel contesto i seguenti termini chiave:
lattone
saponificazione
Note di studio
Molti esteri hanno aromi e sapori caratteristici. Alcuni esempi sono elencati di seguito.Basic structure esters
Strutture e odori caratteristici di alcuni esteri
Nome IUPAC
R
R′
Aroma
ottil etanoato
CH₃
CH₃(CH₂)₆CH₂
arancia
propil etanoato
CH₃
CH₃CH₂CH₂
pera
2-metilpropil propanoato
CH₃CH₂
(CH₃)₂CHCH₂
rum
metil butanoato
CH₃CH₂CH₂
CH₃
mela
etil butanoato
CH₃CH₂CH₂
CH₃CH₂
ananas
Un lattone è un estere ciclico.A lactone is a cyclic esterRiconoscendo che gli stadi dell'idrolisi acida di un estere sono esattamente gli stessi di quelli di un'esterificazione di Fischer (ma in ordine inverso!), puoi ridurre la quantità di nozioni da memorizzare.
Gli esteri sono presenti in molte molecole biologicamente importanti (grassi, cere, Vitamina C, cocaina, aspirina)
Esters are present in a many biologically important molecules
sono spesso la fonte degli aromi piacevoli di molti frutti 🍓.
Esters compounds are often the source of the pleasant aromas of many fruits
Hanno anche importanti applicazioni commerciali; il poliestere più importante, il polietilentereftalato (PET), è usato per produrre bottiglie e pellicole (Mylar).
Esters are also present in a number of important commercial and synthetic application
I lattoni (esteri ciclici) hanno una reattività simile agli esteri aciclici.
Lactones, cyclic esters, have similar reactivity as acyclic esters
Il metodo più versatile per preparare gli esteri è la sostituzione acilica nucleofila di un cloruro acilico con un alcol. Altri metodi includono l'esterificazione di Fischer degli acidi carbossilici e la reazione SN2 di un carbossilato con un alogenuro alchilico primario.
Gli esteri sono un gruppo funzionale molto utile. La loro reattività relativamente bassa li rende stabili e facili da maneggiare, tanto da essere usati come solventi (es. acetato di etile). Tuttavia, sono sufficientemente reattivi da subire idrolisi, alcolisi, amminolisi, riduzione e reazioni con i reattivi di Grignard.
Gli esteri possono essere scissi in un acido carbossilico e un alcol tramite reazione con acqua e un catalizzatore acido. Questa reazione è l'inverso dell'esterificazione di Fischer e l'equilibrio può essere spostato verso i prodotti usando un grande eccesso d'acqua.
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis
Esempio:
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis example
Meccanismo
Protonazione del carbonile per attivarlo.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis s1
Attacco nucleofilo dell'acqua.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis s2
Trasferimento di un protone al gruppo -OR per trasformarlo in un buon gruppo uscente (alcol).Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis s3
Eliminazione dell'alcol come gruppo uscente e riformazione del carbonile.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis s4
Deprotonazione per dare l'acido carbossilico e rigenerare il catalizzatore.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Hydrolysis s5
I lattoni subiscono idrolisi in condizioni acide per formare un idrossiacido.
Hydrolysis of Lactones
Conversione in Acidi Carbossilici: Saponificazione
Gli esteri possono anche essere scissi in un anione carbossilato e un alcol tramite reazione con una base (es. NaOH). La reazione è chiamata saponificazione (dal latino sapo, sapone) perché è usata per produrre sapone dai grassi (che sono esteri). Poiché utilizza un nucleofilo forte (OH⁻), la reazione è tipicamente più veloce dell'idrolisi acida ed è irreversibile, perché l'ultimo stadio (deprotonazione dell'acido carbossilico) è energeticamente molto favorevole.
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification
Esempio:
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification example
Meccanismo
Attacco nucleofilo dello ione idrossido al carbonile.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification s1
Eliminazione del gruppo uscente alcossido (-OR).Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification s2
Deprotonazione acido-base: l'alcossido strappa il protone all'acido carbossilico per formare un anione carbossilato e un alcol. Quest'ultimo stadio rende la reazione irreversibile.Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification s3
Questo meccanismo è supportato da esperimenti condotti utilizzando esteri marcati isotopicamente. Quando l'ossigeno di tipo etereo dell'estere è stato marcato con 18O, l'ossigeno marcato è apparso nel prodotto alcolico dopo l'idrolisi.
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification O18
Un meccanismo alternativo sarebbe quello in cui l'idrossido partecipa a una reazione SN2 per creare il prodotto carbossilato. Se ciò dovesse accadere, il prodotto della reazione alcolica non conterrebbe l'ossigeno marcato.
Conversion of Esters to Carboxylic Acids - Saponification O18b
La saponificazione degli esteri nei sistemi biologici, chiamata reazione di sostituzione acilica idrolitica, è comune. In particolare, l'acetilcolinesterasi, un enzima presente nella sinapsi, catalizza l'idrolisi del gruppo estere nell'acetilcolina, un neurotrasmettitore che provoca la contrazione muscolare. Come molti altri enzimi idrolitici, la reazione dell'acetilcolinesterasi procede in due fasi: in primo luogo, si forma un intermedio covalente enzima-substrato quando il gruppo acilico dell'acetilcolina viene trasferito a una serina del sito attivo sull'enzima (una reazione di transesterificazione). Un nucleofilo acquoso attacca quindi questo estere, espellendo l'acetato e completando l'idrolisi.
Acetylcholinesterase catalyzes hydrolysis of the ester group in acetylcholine
Una transesterificazione è una reazione in cui un estere viene convertito in un altro estere tramite reazione con un alcol, in condizioni acide o basiche. Poiché la stabilità dei due esteri è simile, la reazione è all'equilibrio e viene spinta verso i prodotti usando un eccesso dell'alcol reagente.
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification
Esempio:
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification example
La reazione segue il meccanismo di base di una sostituzione acilica nucleofila. Il gruppo uscente alcossido dell'estere viene sostituito da un nucleofilo alcossido in arrivo, creando un estere diverso. In condizioni basiche:
1) Attacco nucleofilo da parte di un alcossido
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s1
2) Rimozione del gruppo uscente
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s2
Meccanismo in condizioni acide
La protonazione consente al reagente alcolico di aggiungersi al carbonile dell'estere. Il trasferimento di protoni al gruppo alcoxilico dell'estere aumenta la sua capacità di agire come gruppo uscente. La riformazione del legame carbonilico C=O rimuove il gruppo uscente e la successiva deprotonazione da parte dell'acqua forma il prodotto estere.
1) Protonazione del carbonile
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s1 acid cond
2) Attacco nucleofilo al carbonile
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s2 acid cond
3) Trasferimento di protoni
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s3 acid cond
4) Rimozione del gruppo uscente
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s4 acid cond
5) Deprotonazione
Conversion of Esters to Different Esters - Transesterification s5 acid cond
È possibile convertire gli esteri in ammidi tramite reazione con ammoniaca o ammine, ma questa reazione non è comune perché la sintesi a partire dai cloruri acilici è molto più efficiente.
Conversion of Ester to Amides - Aminolysis
Conversione in Alcoli Primari: Riduzione con Idruro
Gli esteri vengono ridotti dal litio alluminio idruro (LiAlH₄) per formare due alcoli: un alcol primario (dal gruppo acilico) e un secondo alcol (dal gruppo alcossi). Nota: il sodio boroidruro (NaBH₄) non è abbastanza reattivo per ridurre gli esteri.
Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction
Previsione:
Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction predicting
Esempio:
Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction example
Meccanismo
Sostituzione acilica nucleofila: Un primo idruro attacca il carbonile, sostituendo il gruppo -OR per formare un'aldeide intermedia.Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction s1
Addizione nucleofila: L'aldeide (più reattiva dell'estere) viene immediatamente attaccata da un secondo idruro, formando un intermedio alcossido.Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction s2
Protonazione: Il trattamento acido finale (work-up) protona l'alcossido per dare l'alcol primario.Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction s3Conversion of Esters to 1o Alcohols - Hydride Reduction s4
Come per i cloruri acilici, è possibile fermare la riduzione allo stadio di aldeide usando un reagente meno reattivo e più ingombrato, come il diisobutilalluminio idruro (DIBALH), solitamente a bassa temperatura (-78 °C).
Conversion of Esters to Aldehydes - Hydride ReductionConversion of Esters to Aldehydes - Hydride Reduction example
Conversione in Alcoli Terziari: Reattivi di Grignard
La reazione di un estere con due equivalenti di un reattivo di Grignard produce un alcol terziario (e un alcol dal gruppo alcossi). La reazione avviene in due fasi, in modo analogo alla riduzione con idruro.
Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents
Previsione:
Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents predicting
Esempio:
Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents example
Meccanismo
Sostituzione acilica nucleofila: Il primo equivalente di Grignard attacca il carbonile, sostituendo il gruppo -OR per formare un chetone intermedio.Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents s1
Addizione nucleofila: Il chetone (più reattivo dell'estere) viene immediatamenteConversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents s2attaccato da un secondo equivalente di Grignard, formando un intermedio alcossido.
Protonazione: Il trattamento acido finale protona l'alcossido per dare l'alcol terziario.Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents s3Conversion of Esters to 3o Alcohols - Grignard Reagents s4
Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
scrivere un'equazione per descrivere la preparazione di un'ammide da un cloruro acilico.
identificare il legame ammidico come l'unità di base da cui sono fatte tutte le proteine, e quindi riconoscere l'importanza del legame ammidico per biologi e biochimici.
scrivere i meccanismi dettagliati dell'idrolisi acida e basica delle ammidi.
scrivere un'equazione per descrivere la riduzione di un'ammide ad ammina.
scrivere un meccanismo dettagliato per la riduzione di un'ammide ad ammina.
identificare il prodotto formato quando una data ammide viene ridotta con litio alluminio idruro.
identificare l'ammide, i reagenti, o entrambi, necessari per preparare una data ammina tramite riduzione diretta.
identificare i lattami come ammidi cicliche che subiscono idrolisi e riduzione in modo analogo alle loro controparti acicliche.
Parole chiave
Assicurati di essere in grado di definire e utilizzare nel contesto il seguente termine chiave:
lattame
Note di studio
Quando si parla di amminoacidi, generalmente ci si riferisce agli α-amminoacidi; cioè, composti in cui un gruppo amminico (-NH₂) e un gruppo carbossilico sono legati allo stesso atomo di carbonio.Generic amminoacidLe proteine possono essere considerate come polimeri di residui amminoacidici uniti da legami ammidici (o peptidici).21.7 peptide linksQuesti legami peptidici sono strutturalmente identici a quelli che si trovano nelle ammidi N-sostituite.Peptide links consist of exactly the same structural units that we find in N‑substituted primary amidesUn lattame è un'ammide ciclica, così come un lattone è un estere ciclico.A lactam is a cyclic amide, in the same way that a lactone is a cyclic esterTra le molecole più importanti che contengono anelli lattamici ci sono le penicilline.Contain lactam rings the penicillins
Il gruppo funzionale ammidico è estremamente importante per le molecole biologiche perché le ammidi costituiscono la spina dorsale delle proteine. Le proteine sono polimeri di amminoacidi, legati da gruppi ammidici noti come legami peptidici. I singoli amminoacidi all'interno di un peptide o di una proteina sono chiamati residui amminoacidici.
Protein backbone
Composti contenenti ammidi hanno una vasta gamma di attività biologiche, tra cui la penicillina G (un antibiotico), la piperina (responsabile del sapore pungente del pepe nero) e l'anandamide (che contribuisce alle sensazioni piacevoli derivanti dal consumo di cioccolato).
Compounds containing amides have a wide range of biological activity
Le ammidi sono comunemente preparate tramite la reazione di un cloruro acilico con ammoniaca o un'ammina 1ª o 2ª. Altri metodi includono la reazione di un'anidride con un'ammina o la reazione di un acido carbossilico con un'ammina usando un agente di accoppiamento come il DCC.
Le ammidi sono relativamente poco reattive nelle sostituzioni aciliche nucleofile a causa della scarsa capacità del gruppo azotato di agire come gruppo uscente. Nonostante ciò, le ammidi possono essere idrolizzate ad acidi carbossilici, le ammidi primarie possono essere disidratate a nitrili e tutte le ammidi possono essere ridotte ad ammine.
Reactions of Amides
I lattami (ammidi cicliche) subiscono queste reazioni in modo analogo.
Lactams, cyclic amides, are affected by these reactions in the same fashion as acyclic amides
Le ammidi possono essere idrolizzate in un acido carbossilico e un'ammina (o ammoniaca) riscaldando in soluzione acquosa acida o basica. In entrambi i casi, reazioni acido-base secondarie con i prodotti rendono la reazione complessiva irreversibile.
Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis
Esempio:
Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis example1
Esempio:
Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis example2
Meccanismo in Condizioni acide
Protonazione del carbonile per attivarlo.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s1
Attacco nucleofilo dell'acqua.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s2
Trasferimento di un protone all'azoto dell'ammide per trasformarlo in un buon gruppo uscente (ammina).Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s3
Eliminazione dell'ammina come gruppo uscente e riformazione del carbonile.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s4
Deprotonazione dell'acido carbossilico da parte dell'ammina prodotta. Quest'ultimo stadio sposta l'equilibrio e rende la reazione irreversibile.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s5
Meccanismo in Condizioni basiche
Attacco nucleofilo dello ione idrossido al carbonile.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s1 acid cond
Eliminazione del gruppo uscente anione ammidico (-NHR). (Nota: questo è un pessimo gruppo uscente e lo stadio è lento).Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s2 acid cond
Deprotonazione acido-base: l'anione ammidico, una base molto forte, strappa immediatamente il protone all'acido carbossilico. Quest'ultimo stadio sposta l'equilibrio e rende la reazione irreversibile.Conversion of Amides to Carboxylic Acids - Hydrolysis s3 acid cond
Le ammidi primarie (1ª) possono essere convertite in nitrili tramite reazione con il cloruro di tionile (SOCl₂).
Conversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration
Esempio:
Conversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration example
Meccanismo
L'ammide attacca lo zolfo del cloruro di tionile.Conversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration s1
L'eliminazione di Cl⁻ forma un intermedio.Conversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration s2
Due successive deprotonazioni portano all'eliminazione del gruppo clorosolfito (come SO₂ e Cl⁻) e alla formazione del triplo legame C≡N del nitrile.Conversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration s3aConversion of 1o Amides to Nitriles - Dehydration s3
Le ammidi vengono ridotte ad ammine tramite trattamento con litio alluminio idruro (LiAlH₄). Questo è uno dei metodi più generali per preparare tutti i tipi di ammine (1ª, 2ª e 3ª).
A differenza di quanto accade con gli esteri, durante la riduzione delle ammidi il gruppo uscente non è il gruppo azotato, ma l'ossigeno carbonilico. Questo perché l'anione ammidico è un gruppo uscente peggiore dell'anione alcossido e l'ossigeno forma legami particolarmente forti con l'alluminio.
Conversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction
Previsione del prodotto:
Conversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction predicting
Esempi (i gruppi alchilici legati all'azoto non influenzano la reazione):
Conversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction exampleConversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction example2Conversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction example3Conversion of Amides to 1o, 2o or 3o Amines - Hydride Reduction example 4
Meccanismo
Un primo idruro attacca il carbonile, formando un intermedio alcossido tetraedrico.
L'ossigeno alcossidico (base di Lewis) si complessa con AlH₃ (acido di Lewis), formando un legame O-Al.
La coppia solitaria dell'azoto forma un doppio legame con il carbonio, espellendo una specie di ossido di alluminio ([H₃Al–O]²⁻) come gruppo uscente e formando uno ione imminio intermedio (C=N⁺).
Un secondo idruro attacca il carbonio dello ione imminio per formare l'ammina finale.
Chimica dei tioesteri e degli acil-fosfati - Derivati biologici degli acidi carbossilici
Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
discutere, brevemente, il ruolo svolto in natura dagli agenti acetilanti, come l'acetil coenzima A, e spiegare cosa accade in reazioni come l'acetilazione nei sistemi biologici, senza necessariamente essere in grado di scrivere un'equazione dettagliata.
classificare la reattività dei tioesteri e degli acilfosfati nei confronti dei nucleofili rispetto ad altri derivati degli acidi carbossilici.
Gli acilfosfati non sono l'unica forma attivata dei gruppi carbossilato nelle reazioni biochimiche. Leggermente più in basso nella scala di reattività si trovano i tioesteri. Nel metabolismo dei lipidi (grassi e oli), i tioesteri sono la forma principale di gruppi carbossilato attivati e sono impiegati come trasportatori di acili.
Il gruppo "acil-X" in un tioestere è un tiolo. Il composto tiolico più importante per formare tioesteri è il coenzima A.
Coenzyme A
Il coenzima A è spesso abbreviato come HSCoA, per sottolineare che è lo zolfo del gruppo tiolico a fornire il legame tioestereo critico con i gruppi acilici. Quando il carburante (carboidrati e grassi) viene metabolizzato nel corpo, viene convertito in un'unità a due atomi di carbonio chiamata acetil-CoA, che è essenzialmente un tioestere dell'acido acetico.
Nella forma biologicamente attiva degli acidi grassi, i gruppi carbossilato sono stati convertiti in tioesteri usando il coenzima A. Ad esempio, la forma attivata dell'acido grasso C₁₆, il palmitato, è il palmitoil-CoA.
Palmityl-SCoA
Questo processo di attivazione, catalizzato dall'enzima acil-CoA sintetasi, avviene in due fasi:
Formazione di un intermedio acil-AMP: L'acido carbossilico reagisce con l'ATP per formare un intermedio acil-adenosina monofosfato (acil-AMP) ad alta energia.Palimtate-palmitylAMP
Formazione del tioestere: L'intermedio attivato viene attaccato dallo zolfo tiolico del coenzima A, che spiazza l'AMP per formare l'acil-CoA grasso (il tioestere).Palimtate-palmitylAMP 2
Trasferimento di Gruppi Acilici Grassi al Glicerolo
L'acil-CoA grasso (la forma tioesterea dell'acido grasso) è il substrato per la costruzione del triacilglicerolo, la molecola che il corpo utilizza per immagazzinare energia nelle cellule adipose. Questa reazione rappresenta la conversione di un tioestere in un estere.
Transfer of fatty acyl groups to glycerol
Il processo, tuttavia, inizia con una transtioesterificazione, ovvero la conversione di un tioestere in un altro. In questo caso, il gruppo acilico grasso viene prima trasferito dal coenzima A a un residuo di cisteina nel sito attivo dell'enzima.
Transthioesterification reaction
Successivamente, il gruppo acilico viene trasferito dalla cisteina dell'enzima a uno dei gruppi alcolici del glicerolo.
Fatty acyl group is now ready to be transferred to glycerol
Poiché gli esteri sono più stabili dei tioesteri, questa reazione è energeticamente favorevole.
Un'altra importante reazione di transtioesterificazione coinvolge l'acetil-CoA. Prima di poter essere incorporato in una molecola di acido grasso in crescita, l'acetil-CoA deve prima legarsi a una cosiddetta proteina trasportatrice di acili (ACP). Il gruppo acetile si lega all'ACP tramite un gruppo tiolico su una molecola trasportatrice (fosfopanteteina) che è attaccata alla proteina.
Transthioesterification reactions
Infine, una transtioesterificazione è anche l'ultimo passo nella conversione del piruvato in acetil-CoA, una delle reazioni più importanti del metabolismo animale, catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi.
Conversion of pyruvate to acetyl CoA
In questo passaggio finale, il gruppo acetile viene trasferito da una molecola di ditiolo chiamata lipoammide al coenzima A.
Transthioesterification, involving a dithiol molecule called lipoamide
Il gruppo acilico di un tioestere può essere trasferito a una molecola d'acqua in una reazione di idrolisi, con conseguente formazione di un carbossilato. Un esempio di idrolisi di un tioestere è la conversione del (S)-citril-CoA in citrato nel ciclo dell'acido citrico (noto anche come ciclo di Krebs).
Thioester hydrolysis is the conversion of (S)-citryl CoA to citrate in the citric acid cycle
Come visto in precedenza, i tioesteri e gli acilfosfati sono i più reattivi tra i gruppi acilici biologicamente rilevanti. Tuttavia, nessuno dei due è reattivo quanto un cloruro acilico o un'anidride acida.
Reactivity of thioesters and acyl phosphates
Poliammidi e poliesteri - Polimeri a crescita graduale
Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di:
scrivere un'equazione per rappresentare la formazione del nylon 66 dall'acido adipico e dall'esametilendiammina.
scrivere un'equazione per rappresentare la formazione del nylon 6 dal caprolattame.
prevedere la struttura del polimero a stadi formato dalla reazione di due dati monomeri.
identificare i monomeri necessari per preparare un polimero a stadi di una data struttura.
scrivere un'equazione per descrivere la formazione di un poliestere, come il poli(etilentereftalato), da un dato diolo e diestere.
scrivere un'equazione per descrivere la formazione di un policarbonato da un carbonato e un bisfenolo.
Parole chiave
Assicurati di essere in grado di definire e utilizzare nel contesto i seguenti termini chiave:
polimero a catena (chain-growth)
poliammide
poliestere
polimero a stadi (step-growth)
Note di studio
Potresti voler ripassare la polimerizzazione a catena (Sezioni 8.10 e 14.6). In questa sezione, discutiamo un'altra importante classe di polimerizzazione nota come polimerizzazione a stadi.
Come si può vedere dall'equazione per la formazione dei polimeri di condensazione, il Dacron (un poliestere) si forma da due monomeri, uno con due gruppi carbossilato e l'altro con due gruppi ossidrile.
È anche possibile formare un poliestere usando due monomeri che possiedono ciascuno un gruppo carbossilico e un gruppo ossidrile. Un esempio è il polimero formato da acido lattico e acido glicolico, utilizzato per produrre suture assorbibili.The polymer formed between lactic acid and glycolic acid
Le polimerizzazioni a stadi (step-growth) e a catena (chain-growth) sono due ampie classi di metodi di polimerizzazione. A differenza della polimerizzazione a catena, che tipicamente parte da un monomero alchenico e procede sequenzialmente dopo l'aggiunta di un iniziatore, la polimerizzazione a stadi è fondamentalmente diversa.
Nella polimerizzazione a stadi, i monomeri sono generalmente legati da un legame carbonio-eteroatomo (C-O & C-N) formato in passaggi non sequenziali, spesso tramite reazioni di sostituzione acilica nucleofila. Solitamente si usano due monomeri diversi, entrambi difunzionali (cioè con due gruppi funzionali reattivi identici) e complementari tra loro.
Chain-growth polymerization 2
Il processo inizia con la reazione di due monomeri complementari per formare un dimero. Poiché entrambi i monomeri erano difunzionali, il dimero conserva gruppi funzionali reattivi a entrambe le estremità e può reagire ulteriormente. Tipicamente, un dimero reagirà con un altro dimero per formare un tetramero, un tetramero con un altro tetramero per formare un ottamero, e così via, permettendo al polimero di crescere rapidamente in due direzioni contemporaneamente.
Step-Growth Polymerizations process
Quasi tutte le fibre sono polimeri. Seta e lana, ad esempio, sono polimeri proteici naturali, i cui monomeri (amminoacidi) sono uniti da legami ammidici (legami peptidici). Molti dei primi sforzi della chimica dei polimeri miravano a creare fibre sintetiche che imitassero le proprietà della seta.
La prima fibra polimerica completamente sintetica, il nylon-6,6, fu prodotta nel 1938 da DuPont. Il chimico Wallace H. Carothers intuì che le proprietà della seta potevano essere imitate costruendo una catena polimerica con legami ammidici ripetuti. Il nylon-6,6 fu creato reagendo l'acido 1,6-esandioico (acido adipico) e la 1,6-esandiammina per dare un sale, che riscaldato formò legami ammidici multipli. Il prodotto è una poliammide.
Polyamides
Il nome nylon-6,6 indica il numero di atomi di carbonio in ciascun monomero: il primo "6" si riferisce ai carboni nella diammina, il secondo "6" a quelli nell'acido dicarbossilico. Variando i monomeri, si può produrre un'ampia varietà di nylon. I nylon sono estremamente resistenti e vengono usati per corde, tappeti, abbigliamento e paracadute. La loro forza deriva, in parte, dalla capacità di formare forti legami a idrogeno intermolecolari, in modo simile alle proteine.
Nylons are among the most widely used synthetic fibers
Anche l'esterificazione può essere usata per formare polimeri a stadi. Un poliestere si produce tipicamente quando un acido dicarbossilico e un diolo reagiscono insieme. Il più importante è il polietilentereftalato (PET), ottenuto dalla reazione dell'acido 1,4-benzendicarbossilico (acido tereftalico) e del 1,2-etandiolo (glicole etilenico).
Polyesters
I poliesteri sono eccellenti fibre usate in molti tessuti. Il PET viene utilizzato per produrre bottiglie per bevande e pellicole chiamate Mylar.
Un'altra variante della polimerizzazione a stadi utilizza un monomero contenente un gruppo carbonato, che agisce come un doppio estere.
Polycarbonates
Un carbonato può reagire con un diolo per formare polimeri contenenti gruppi carbonato ripetuti, chiamati policarbonati. Un esempio è il Lexan, creato dalla reazione del difenil carbonato e del bisfenolo A (BPA).
The polymer Lexan, which is created when diphenyl carbonate and bisphenol A (a diol)
I policarbonati sono materiali resistenti, tenaci e spesso trasparenti, usati per produrre CD, DVD e Blu-ray. Il bisfenolo A (BPA), usato per produrre policarbonati, è una delle sostanze chimiche prodotte in maggior volume al mondo. Poiché il policarbonato è utilizzato per bottiglie e rivestimenti di lattine, sono sorte preoccupazioni riguardo alla lisciviazione di tracce di BPA. Uno studio del CDC ha trovato tracce di BPA nel 93% della popolazione statunitense, spingendo molte aziende a passare a polimeri non a base di policarbonato.
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