Acidi Carbossilici e Derivati

Acidi Carbossilici e Derivati
1
Acidi Carbossilici
2
Nomenclatura
IUPAC: acido alcanoico
Il carbonio carbossilico prende sempre il numero 1
Nomi comuni: Molti acidi alifatici hanno nomi storici.
La posizione dei sostituenti è indicata con lettere greche.
comune: ε δ γ β α O
C C C C C C OH
IUPAC: 6 5 4 3 2 1
N. di C
Struttura
nome
base
1
HCOOH
form-
acido formico
2
CH3COOH
acet-
acido acetico
3
CH3CH2COOH
propion-
acido propionico
4
CH3CH2CH2COOH
butirr-
acido butirrico
5
CH3CH2CH2CH2COOH
valeri-
acido valerico
6
CH3CH2CH2CH2CH2COOH
capro-
acido caproico
nome
comune
3
Nomenclatura
Esempi
O
acido α-clorobutirrico
OH
Cl
O
H2N
OH
acido γ-amminobutirrico
GABA
O
OH
acido γ-fenilvalerico
Br
O
acido δ-bromocaproico
OH
4
Nomenclatura di acidi ciclici
• Alifatici: Acidi cicloalcancarbossilici.
• Aromatici: derivati dell’acido benzoico
COOH
acido cicloesancarbossilico
COOH
acido benzoico
COOH
OH
acido o-idrossibenzoico
acido salicilico
5
Acidi grassi saturi
COOH
C12
acido laurico
COOH
C14
acido miristico
COOH
C16
acido palmitico
COOH
C18
acido stearico
COOH
C20
acido arachico
6
Acidi Grassi Insaturi
C16 acido palmitoleico p.f. 0 ºC
COOH
COOH
C18 acido oleico p.f. 13 ºC
COOH
C18 acido linoleico
COOH
COOH
p.f. –5 ºC
C18 acido linolenico
p.f. –11 ºC
C20 acido arachidonico
p.f. –49 ºC
7
Nomenclatura di Acidi Bicarbossilici
• IUPAC: acido alcandioico
• Comune: da ricordare
N. di C
Struttura
1 HOOC–COOH
2 HOOCCH2COOH
3 HOOC(CH2)2COOH
4 HOOC(CH2)3COOH
5 HOOC(CH2)4COOH
6 HOOC(CH2)5COOH
HOOC
nome IUPAC
nome comune
acido etandioico
acido ossalico
acido propandioico
acido malonico
acido butandioico
acido succinico
acido pentandioico
acido glutarico
acido esandioico
acido adipico
acido eptandioico
acido pimelico
COOH
acido fumarico
COOH
COOH
HOOC
COOH
HOOC
COOH
acido maleico
COOH
COOH
acido ftalico
acido isoftalico
acido tereftalico
8
Proprietà fisiche
• Gli acidi carbossilici hanno p.eb. e p.f. maggiori di molecole con lo
stesso PM.
CH3CH2CH2CH3
PM 58
peb 0°C
VDW
CH3CH2CHO
PM 58
peb 48°C
VDW, DD
CH3CH2CH2OH
PM 60
peb 97°C
VDW, DD, HB
CH3COOH
PM 60
peb 118°C
VDW, DD, 2HB
forza intermolecolare crescente
• Gli acidi carbossilici esistono in forma dimera:
• Solubilità
R–CO2H
O
H O
R C
R = C1–C3 miscibili con acqua
C R
O H
O
C4–C10 via via meno solubili
> C10 insolubili
VDW = van der Waals; DD = dipolo-dipolo; HB = legame idrogeno
9
Sintesi di acidi carbossilici
1. Ossidazione di alcoli 1° con H2CrO4 o KMnO4 in H2SO4.
2. Ossidazione di aldeidi con CrO3 o KMnO4 in H2SO4 o
Ag(I) ammoniacale Ag(NH3)2 (Reattivo di Tollens).
3. Ossidazione di alchilbenzeni con KMnO4/NaOH/∆ o
CrO3 H2SO4/H2O/∆.
4. a) Ossidazione di alcheni con KMnO4 in NaOH a caldo
b) Ossidazione di alcheni e alchini con O3.
5. Carbonatazione di reattivi di Grignard.
6. Idrolisi di derivati degli acidi e nitrili.
7. Ossidazione di metilchetoni (Reazione aloformica).
10
Acidi carbossilici via ossidazione
1. Da alcoli primari
2. Da aldeidi
3. Da aromatici sostituiti
1.
2.
3.
H
R C OH
H
R
C H
O
CH3
K2CrO7
H2SO4, H2O
KMnO 4
o
K 2 Cr 2 O 7
o
R
O
C
OH
entrambi i legami C-H sono
sostituiti da legami C-O
RCOOH
CH2R
o
Ci deve essere almeno 1 legame C-H
CHR2
KMnO4
O
C
OH
11
Reazioni di rottura ossidativa
1. Rottura di alcheni
Potassio permanganato a caldo
2. Rottura di Alchini
Potassio permanganato a caldo
Ozonolisi
1.
2.
R–CH=CH–R′
KMnO 4
R–C≡C–R′
1) O3
2) H2O
R–C≡C–H
1) O3
2) H2O
RCOOH + R'COOH
R
C O
HO
R'
+
O C
OH
R
C O + CO2
HO
12
Carbonatazione di Reattivi di Grignard
δ
O
R
C δ+
Mg
O
X
O
Et 2O
R
C OMgX
H 3O
O
+
R
C OH
13
Idrolisi di derivati degli acidi e nitrili
+
R
H
C G
H2O
O
R
C OH + HG
O
–
R
dove G =
OH
C G
H2O
O
R
C O– + G–
O
–X, –OR, –NH2, –NHR, –NR2, –O C R
O
+
RC N
H o OH
H2 O
-
R
C NH 2
O
R
-
C OH ( R
C O )
O
O
vedi infra
14
Derivati degli acidi carbossilici
15
Derivati degli acidi carbossilici
O
R
C
O
OH
acido
R
C
O
R
X
alogenuro
acido
X = Cl, Br
C
R
O
O
C
R
R
anidride
N
H
R
C
ammide 1°
N
R'
R'
O
C
R
C
N
R'
R C N
R"
ammide 2°
R
O
O
H
H
C
estere
O
O
C
O
G
ammide 3°
nitrile
strutturalmente
diverso,
chimicamente
affine
16
Nomenclatura
A. Alogenuri acidi
O
O
Cl
Cl
etanoil cloruro
(acetil cloruro)
cicloesancarbonil
cloruro
O
O
Br
butanoil bromuro
(butirril bromuro)
Br
benzoil bromuro
17
Nomenclatura
B. Anidridi
O
O
+
R
HO
OH
O
800°C
R'
O
+ H2O
R
O
R'
R = R′: anidride alcanoica
R ≠ R′: anidride alcanoica alcanoica′
O
O
O
O
H
O
O
anidride etanoica
(anidride acetica)
anidride metanoica propanoica
(anidride formica propionica)
18
Nomenclatura
B. Anidridi cicliche
O
O
O
anidride butandioica
(anidride succinica)
O
O
O
anidride cis-butendioica
(anidride maleica)
O
O
O
anidride 4-cicloesene-1,2-dicarbossilica
O
O
O
anidride 1,2-benzenedicarbossilica
(anidride ftalica)
19
Nomenclatura
C. Esteri
alchil alcanoato
O
ottil etanoato
(ottil acetato)
O
O
O
O
O
OH
etil butanoato
(etil butirrato)
arancia
ananas
3-metilbutil etanoato
(isopentil acetato, isoamil acetato)
banana
metil 2-idrossibenzoato
(metil salicilato)
menta
O
OCH3
20
Nomenclatura
C. Esteri ciclici o lattoni
Dare il nome all’acido carbossilico, tagliare il suffisso -ico, e
aggiungere –olattone.
α
β
O
O
α
O
β
O
γ
γ-lattone
4-butanolattone
γ-butirolattone
β-lattone
3-propionolattone
β-propionolattone
O
α
β
δ-lattone
5-pentanolattone
δ-valerolattone
O
O
2
3
H3 C
1
O
3-butanolattone
β-butirolattone
γ
O
δ
2
3
1
4
O
5
CH 3
5-esanolattone
δ-caprolattone
21
Esempi di composti con un gruppo lattonico
Vitamina C o acido ascorbico.
È una vitamina idrosolubile sintetizzata
dalle piante ma non dall’uomo per cui è
necessario assumerla con la dieta.
Ginkgolide B è uno dei componenti
attivi dell’estratto del ginkgo biloba.
22
Nomenclatura
D. Ammidi
IUPAC: N-alchilalcanammide
comune: acido –ico + ammide
O
O
NH2
propanammide
(propionammide)
NH2
ciclopentancarbossammide
O
O
NEt2
NH CH3
N-metiletanammide
(N-metilacetammide)
O
H
N(CH3)2
N,N-dimetilmetanammide
(N,N-dimetilformammide, DMF)
CH3
N,N-dietil-m-metilbenzammide
(N,N-dietil-m-toluammide, DEET)
23
Nomenclatura
D. Ammidi cicliche o lattami
Dare il nome all’acido carbossilico, tagliare il suffisso -ico, e
aggiungere -olattame.
α
β
O
O
O
α
α
NH
β
O
2
3
β
γ
γ-lattame
γ-butirolattame
β-lattame
β-propionolattame
α
NH
1
β
NH
H3 C
3-butanolattame
β-butirolattame
β
γ
γ
NH
δ
δ-lattame
δ-pentanolattame
α
O
3
4
2
5
1
6
NH
δ
ε
6-esanolattame
ε-caprolattame
24
Lattami
penicillina G
penicilline
cefalosporine
cefalexina
H
S
H2 N
C
N
CH3 O
N
H H
N
O
N
Cefetamet
S
CH3
CO2 H
25
Nomenclatura
E. Nitrili
IUPAC: alcanonitrile
comune: nome dell’acido –ico + onitrile
CH3C N
C N
CN
etanonitrile
(acetonitrile)
2-metilpropanonitrile
(isobutirronitrile)
benzenecarbonitrile
(benzonitrile)
26
Ordine di precedenza dei GF
O
O
O
R
O > R
>
R
OH
> R
OR'
R
O
O
> R
X
O
anidride
acido
carbossilico
> RCN
nitrile
> R
estere
O
H
aldeide
>
R
O
R'
chetone
alcanoil
alogenuro
> ROH
alcool
NH2
ammide
> RNH 2
ammina
27
Reattività
28
Interconversione dei gruppi funzionali
Idrolisi
Formazione di alogenuri
Formazione di esteri
Formazione di ammidi
Formazione di anidridi
R
R
C
C
O
C
SOCl2
(PCl3)
O
∆
O
OH
H2O
H2O
R
R
HCl
O
RCOONa
H2O
NH3
NH3
∆
H2O
R′OH
NH3
R C≡ N
P2O5
1 H2O
R
C
O
NH 2
NH3
O
R′OH
HA
R′OH
R
C
Cl
C
OR'
O
29
Commento
1.
2.
3.
4.
Tutti i derivati si idrolizzano ad acido.
Vi sono delle conversioni di sola andata.
I nitrili sono connessi al resto attraverso l’ammide.
RCOCl e RCOOCOR, che sono localizzati
simmetricamente, svolgono il ruolo centrale nelle
trasformazioni.
5. Le vie preferite per arrivare dall’acido all’estere o
all’ammide non sono quelle dirette, ma quelle che passano
per il cloruro o l’anidride perché non richiedono catalisi.
30
Reattività di acidi e derivati
acido
=
R−C−OH
O
..
..
C elettrofilo
δ+
..
..
=
R−C−G
O δ−
SN acile
..
..
..
..
R−C−Nu
O
=
− −
=
R−C−G
O
Nu
R−C−G
O
..
..
..
..
Nu
R–C–G + A–
+OH
3. Idrolisi
R–COG + H2O
R–COOH
4. Formazione di acil cloruri
R–COOH + SOCl2
R–COCl
5. Formazione di Esteri - Esterificazione
R–COG + R1OH
R–COOR1
6. Formazione di ammidi - Ammonolisi
R–COG + NH3
R–CONH2
7. Formazione di anidridi
R–COCl + R1COO–
R–CO–O–COR1
8. Riduzione
LiAlH
H O+
4
3
R–COG
R–CH2OH o R-CH2NR2
9. Reazione con organometallici
R1MgX
=
R−C−NH2
O
R–COO-NH4+
=
=
R−C−G
O
basico
1. Deprotonazione
R–COOH + NH3
2. Protonazione
R–COG + HA
H O+
3
R–COG
RR1R1COH
10. Disidratazione di ammidi
R–CONH2 + P2O5
R–C≡N
11. Trasposizione di Hofmann di ammidi
R–CONH2 + Br2 + NaOH
R–NH2
31
Deprotonazione - Acidità
L’aspetto più importante è il legame O–H polare, che viene
rotto da una base. Gli acidi carbossilici sono donatori di protoni
(acidi di Bronsted-Lowry): pKa 3−5, acidi deboli.
O
R C
O
:B
O H
+ HB+
R C
O
stabilizzato
per
risonanza
RCO2 H
H 2O
ROH
NH3
RH
pKa
5
15.74
16
36
~50
(Rivedere gli effetti induttivi e di risonanza sulla acidità)
32
Acidità
Effetti induttivi
FCH2CO2H > ClCH2CO2H > BrCH2CO2H > CH3CO2H
pKa
2.87
4.76
2.90
2.59
Cl3CCO2H > Cl2CHCO2H > ClCH2CO2H > CH3CO2H
2.87
pKa
0.64
1.26
4.76
Cl
CO2H >
pKa
Cl
2.86
CO2H >
Cl
4.05
CO2 H
CO2 H
4.52
CO2 H
OCH3
NO2
pKa 3.44
CO2H
4.20
4.48
33
Conversione a sali carbossilati
1.
2.
3.
Reazione con metalli attivi (Na, K)
Reazione con basi forti
Reazione con basi deboli
1.
RCOOH
2.
RCOOH
3.
RCOOH
Na 0
Na OH
Na HCO 3
RCOO− Na + + ½H
2
RCOO− Na + + H 2 O
RCOO− Na + + H 2O + CO 2
I sali sono cristallini, non-volatili, si decompongono per riscaldamento a
300 – 400°C.
34
basicità crescente
Basi per deprotonare gli acidi
Base
acido coniugato
pKa
Na+ HCO3–
H2CO3
6.4
NH3
NH4+
9.4
Na2CO3
HCO3–
10.2
Na+ –OCH3
CH3OH
15.5
Na+ –OH
H2O
15.7
Na+ –OCH2CH3
CH3CH2OH
16
Na+ H–
H2
35
35
Basicità
•
Il gruppo carbossilico (e derivati) può essere protonato da acidi
forti (H-A) all’ossigeno carbonilico (3 forme di risonanza).
R
O
C
OH
H–A
OH
C
R
OH
OH
C
R
OH
OH
C
OH
R
+ :A–
pKa –5.2
L’equilibrio è spostato a sinistra tranne nel caso dell’H2SO4 in cui la
forma protonata è abbondante (50%).
36
Sostituzione Nucleofila Acile
(addizione-eliminazione)
1. Aldeidi e chetoni che non hanno legato al carbonio carbonilico
un gruppo uscente subiscono addizione nucleofila (v. capitolo
aldeidi e chetoni).
O
R
:Nu–
H (R')
O–
R
H (R')
Nu
intermedio tetraedrico
H2O
O H
H (R')
R
Nu
Nu– e H+
si addizionano
37
Sostituzione nucleofila acilica
(addizione-eliminazione)
2. I derivati degli acidi, che hanno legato al carbonio carbonilico
un gruppo uscente o un gruppo che può diventare buon LG,
subiscono sostituzione nucleofila:
1° stadio:
addizione
O
R
:Nu–
G
lento
2° stadio:
eliminazione
–
O
R
O
G
Nu
–G–
R
intermedio
tetraedrico
Nu
Nu– sostituisce G–
Questa reazione è
chiamata sostituzione
nucleofila acilica.
G = Cl, OH, OR, OCOR, NH2, NHR, NR2
Nel caso dei cloruri acidi e delle anidridi Cl– e –OCOR sono
buoni LG e non vi è necessità di catalisi.
38
Sostituzione nucleofila acilica
Reattività osservata:
RCOCl > RCOOCOR′ > RCOOR′ ≥ RCOOH > RCONR2 > RCOO–
S.T.1
S.T.2
Ea
Hammett: S.T.1 simile a I, intermedio
ƒ ~ stessa Energia per tutti i G
ƒ energia di partenza diversa
S.T.1
–
O
R
G
Nu
RCOG + Nu-
intermedio
tetraedrico
RCONu + G-
RCOCl
RCOOCOR′
RCOOR′
RCOOH
RCONR2
RCOO-
39
Struttura e Reattività
G = Cl, cloruri acidi
stabilità
R
G = O, anidridi,
esteri, acidi
O
O
C
C
Cl
R
O
R
C
O
O
R'
R
C
C
R
O
G = N, ammidi
Cl
R
R'
O
O
N
R'
C
R
R''
O
O
C
C
O
R'
N
R''
G = O, sali
Cloro
appartiene al 3°
periodo:
sovrapposizione
scarsa
R
O
N meno
elettronegativo
di O, porta
meglio carica
positiva
strutture di
risonanza
uguali
40
La reatività è legata alla struttura
Stabilizzazione
Velocità
relative
di idrolisi
molto piccola
1011
piccola
107
moderata
1.0
O
R
R
C
Cl
O
O
C
C
O
R′
O
R
C
O
R'
Più stabilizzato è
il carbonile,
meno reattivo è.
O
R
C
N
R''
R'
grande
< 10-2
41
SN acile con catalizzatore acido
• Nel caso degli acidi, esteri, ammidi, i rispettivi gruppi –OH, –OR, –
NR2 diventano buoni LG solo protonandosi, quindi è necessaria
catalisi acida.
O
R
:Nu–
OH
lento
–
O
R
OH
Nu
–
O
HA
+
OH2
R
Nu
intermedio
tetraedrico
–H2O
+
OH
R
Nu
O
–H+
R
Nu
42
SN acile con catalizzatore acido
• Anche il 1° stadio può richiedere catalisi, quando il Nu è debole, come
ad es. H2O nelle idrolisi:
O
R
+
OH
HA
OR′
R
estere
prototropia: spostamento
di un protone da un sito
basico ad un altro
all’interno di una
molecola
OR′
:OH2
lento
OH
R
OH
OR′
R
+ OH2
OH
prototropia
O
R
+
OHR′
–R′OH
+
OH
–H+
Nu
R
OH
43
Formazione di Acidi - Idrolisi
Tutti i derivati degli acidi reagiscono con acqua a dare l’acido
carbossilico.
1. I cloruri e le anidridi reagiscono violentemente a t.a.:
CH3COCl + H2O → CH3COOH + HCl
CH3COOCOCH3 + H2O → 2 CH3COOH
2.
Gli esteri devono avere un catalizzatore acido o basico:
CH3COOCH2CH3 + H2O
3.
CH3COOH + HOCH2CH3
Le ammidi devono avere un catalizzatore acido o basico &
riscaldamento:
CH3CONH2 + H2O
4.
H2SO4 ∆
H2SO4 ∆
CH3COOH + NH4+
I nitrili devono avere un catalizzatore acido o basico e
riscaldamento progressivo:
HCl
CH3CN + H2O → CH3CONH2 →
40°C
100°C
CH3COOH + NH4+
44
Meccanismo delle Idrolisi
a. Cloruri acidi
R
H OH 2
O
O
O
C
R C Cl
R C Cl
O
OH
Cl
H
H2O
H
O
R
C
OH
+ H3O+ + Cl-
b. Esteri (ambiente basico)
O
O
R
C
O
HO
HO
R'
R
O
C OR'
ÌOH
R
C
O
Ì
H + R'O
non buon LG,
ma consente
formazione
legame C=O
(179
Kcal/mole)
irreversibile
O
= HO18
R
C Ì
O
+ R'OH
45
Saponificazione
O
O
R1
O
R2
O
O
R3
O
triacilgliceroli
o grassi
3 NaOH
∆
R1COO- Na+
OH
HO
OH
glicerina
+
R2 COO- Na+
R3 COO- Na+
sapone
• Ogni triacilglicerolo è un triestere che contiene tre lunghe catene
idrocarburiche da C12 a C20, che possono essere sature (acidi
grassi saturi) o contenere doppi legami Z (acidi grassi insaturi).
• Nelle cellule, questa reazione è catalizzata da lipasi.
46
Meccanismo Idrolisi Acida degli Esteri
c. Esteri (ambiente acido), reversibile
O
R
C
O
OH
OH
H+
R'
C
R
O
R C OR'
R'
O
R
H2O =
H2O18
O
H
OH
-H+
R
C
H+
-R'OH
O
H
R C OR'
intermedio
tetraedrico
intermedio
tetraedrico
protonato
senza cat
la reazione
è lenta
OH
OH
OH2
H2O
C
−H+
OH
H
R C O
OH
R'
intermedio
tetraedrico
protonato
47
Meccanismo Idrolisi
equilibrio ammido-immidol
d. Nitrili & Ammidi (ambiente acido)
R−C≡N−H
OH2
H2O
OH2
R−C=N−H
OH
R−C−NH2
O
OH
R−C−NH3
OH
– –
OH
R−C−NH2
OH
– –
O
OH2
R–C–NH2
OH
– –
R–C–NH2
OH
=
=
R–C–NH2
H+
R−C=N−H
=
R–C≡N:
H+
OH
R–C–OH + NH3
=
=
O
R–C–OH + NH4
e. Nitrili & Ammidi (ambiente basico)
=
=
OH–
H2O
R–C=N–H
R–C–NH2
O
OH
OH
OH
O
O
H–OH
R–C–NH2
R–C–O–
R–C–OH + NH3
O–
– –
=
R–C–NH2
O
R–C=N–
=
R–C≡N:
OH–
+ NH4
48
Formazione di acil alogenuri
Si usano alogenuri di acidi inorganici SOCl2 (cloruro di tionile),
PCl3, PCl5, PBr3, PBr5.
RCOOH + SOCl2
RCOCl + SO2 + HCl
N
N Cl
H
Meccanismo per SOCl2 e PCl3:
Cl
Cl
O H Cl
R–C–O–S=O
Cl
=
O
R–C–Cl + SO2 + HCl
O H Cl
R–C–O–S=O
–
–
– –
S O
O H Cl
R–C–O–S–O
Cl
–
–
=
Cl
– –
–
=
=
1.
O
R–C–OH
Cl
O
R–C–Cl + P(OH)Cl2
=
Cl
–
P Cl
O H
R–C–O–P–Cl
Cl
Cl
–
=
=
O
2. R–C–OH
49
Formazione di esteri
1. Da acidi carbossilici
ƒ con ROH e catalisi di un acido minerale (Fischer)
ƒ attraverso l’uso di diazometano (esteri metilici)
2. Da cloruri acidi
3. Da anidridi acide
1.
R–C–OH
O
R–C–OH
O
R'OH
H
+
CH2N2
R–C–OR′ + H2O
O
R–C–OCH3 + N 2
O
50
Formazione di Esteri - Esterificazione
a. Esterificazione di Fischer (dagli acidi e alcoli): reversibile
H+
RCOOH + R′OH
O
R
C
O
H+
OH
R
R'
O
R
C
H
OR′
O
C
H
OH
R
OH
R'
H
-H+
O
H+
C
R
RCOOR′ + H2O
O
C OH
O
H
OH
R
C O
OR'
H -H2O
H +H2O
R'
51
Formazione di Esteri - Esterificazione
b. Da acil cloruri e anidridi (metodo di elezione)
RCOCl + R′OH
RCOOR′ + HCl
RCOOCOR + R′OH
O
R–C–OR′
=
OH
R–C–OR′
=
R–C–OR′
=
– –
=
– –
OCOR
OCOR
-H+
R′OH
R–C–OCOR
R–C–OHR′
R–C–OR′
O–
OH
O
Cl
R–C–OR′
OH
– –
Cl
R–C–OR′
OH
– –
=
– –
Cl
-H+
R′OH
R–C–Cl
R–C–OHR′
O–
O
RCOOR′ + RCOOH
O
c. Da un estere per transesterificazione.
R–C–OR′′
=
OHR′
R–C–OR′′
OH
– –
OH
OR′
R–C–OHR′′
OH
– –
O
R–C–OR′ R′′OH
=
=
R–C–OR′
H+
O
52
Formazione di ammidi – Ammonolisi
1.
2.
3.
4.
Diretta conversione di acidi ad ammidi (industriale)
Da cloruri acidi
Da anidridi
O
O
Da esteri
NH3
1.
C
C
R
OH
R
NH2
∆
O
2.
R
3.
4.
R
C
O
Cl
O
O
C
C
R
O
O
C
+ NH3
R
C
NH2
ammide 1°
O
R
+ R"NH2
R
C
NHR"
ammide 2°
O
OR'
+ R"2 NH
R
C
NR"2
ammide 3°
Vista dalla parte delle ammine è un’acilazione all’azoto
53
Meccanismo di Ammonolisi
1.
RCOOH
NH3
−
O
2.
R
C
Cl
NH3
O
3.
R
C
OCOR
R
NH3
RCONH2
O
OH
R C Cl
R C Cl
NH3
NH2
R C OCOR
O
–Cl−
R
OH
R C OCOR
C
NH2
O
–RCOO−
R
NH2
NH3
C
+
NH2
RCOO−NH4+
O
C
∆
O−
NH3
4.
RCOO−NH4+
-H2O
−
OH
R C OR'
R C OR'
NH3
NH2
O
OR'
O
–R'OH
R
C
NH2
54
Formazione di immidi
•
Le immidi sono ammidi doppie in cui un guppo amminico è legato a
due gruppi acilici.
– La immide più comune è la succinimmide.
O
pKa 8.5
NH
O
–
Le immidi cicliche si preparano per riscaldamento del sale di
diammonio dei diacidi.
O
O
NH4+
-
O
OCCH2 CH2 CO-
NH4+
calore
NH
O
55
Formazione di Anidridi
1.
Disidratazione di acidi (industriale)
O
RCOOH
2.
800°C
R
C
O
O
C
R
Dal cloruro dell’acido e dal sale dell’acido stesso o di un altro acido
(anidridi miste)
RCOCl + R′COO-Na+
RCOOCOR′
56
Formazione di Anidridi Cicliche
• Si formano da acidi bicarbossilici per forte riscaldamento:
O
COOH
COOH
forte
riscaldamento
O
+ H 2O
O
anidride succinica
acido succinico
O
COOH
COOH
acido glutarico
forte
riscaldamento
O
+ H 2O
O
anidride glutarica
57
Riduzione
• Gli acidi carbossilici sono difficili da ridurre:
riduce solo aldeidi e chetoni
NaBH4
riduce legami C=C, aldeidi e chetoni
H2/cat
riduce aldeidi e chetoni ed è il solo reagente
LiAlH4
sufficientemente forte per ridurre gli acidi carbossilici ad alcoli 1°.
O
O
OH
NaBH4
CH3OH
H2
Pt
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
1) LAH
2) H3O+
B2H6
diglima
OH
O
OH 58
Riduzione
1. Anche gli esteri sono ridotti da LAH ad alcoli primari
2. Le ammidi si riducono ad ammine.
3. I nitrili si riducono ad ammine.
1. LiAlH4
RCOOR′
2. H2O
RCONR′R′′
RCN
RCH2OH
1. LiAlH4
2. H2O
1. LiAlH4
2. H2O
RNR′R′′
RNH2
59
Meccanismo della Riduzione
−
O
1.
C
R
R C OR'
H AlH3
OR'
H−AlH3 Li+
−
intermedio
tetraedrico
R
C
−
R C NR′R′′
NR′R′′
H
Li+
R C H
H
H3O+
RCH2OH
H
+ AlH2OR′
Li+
−
LiOAlH3
O AlH3 Li+
+
RCH=NR′R′′
R C NR′R′′
H
RCH2−NR′R′′
H−AlH3 Li+
H−AlH3 Li+
:
−
R−CH=N: AlH3
−
HO−H
−
HO2
R−CH2−N−AlR3
−AlR
3
−
R−CH=N−AlH3
AlH3
−
R−CH2−N−AlH3
−AlH
3
−
R−C≡N:
C
−
O Li+
R′OAlH2−H
Li+ O AlH3
H−AlH3
3.
R
−
O
2.
O
O Li+
R−CH2−NH2 + R3AlOH Li+
60
Riduzione con DIBAH
1. Acidi, esteri e nitrili vengono ridotti ad aldeidi usando 1
equivalente di idruro di isobutilalluminio a –70°C.
2. Se si usano 2 equivalenti si ottiene l’alcool.
O
R
C
OAl [CH2CH(CH3)2]2
OR'
esano, –70°C
H−Al[CH2CH(CH3)2]2
R C OR'
R
H H–OH
benzene, –70°C
C
H
+ R′OH+ Al(OH)3 + isobutano
H−Al[CH2CH (CH3)2]2
R−C≡N:
O
R−CH=N–H−Al[CH2CH(CH3)2]2
O
O+
H3
R
C
H
61
Addizione dei reattivi di Grignard
1.
2.
Esteri RCOOR′ danno alcoli 3°
(HCOOR danno alcoli 2°)
Nitrili danno chetoni.
R
C N
1) R'MgBr
2) H3 O+
R'MgX
O
R
C
R'
H3O+
N- MgBr+
R
C
R'
NH
H3 O+
R
C
R'
62
Addizione degli organolitio e dialchilcuprati
1.
2.
3.
Gli organolitio sono più forti dei reattivi di Grignard
Con tutti i derivati si ottengono chetoni
Reagiscono anche con gli anioni carbossilato:
RCOOH
O
R'Li
C
R
O−Li+
O−Li+
R C R′
H+
R C R′
OH
O−Li+
R'Li
4.
OH
O
-H2O
R
I chetoni si possono preprare anche dagli alchilcuprati e i cloruri degli
acidi
O
R
C
–
1. 2 R'2Cu Li
Cl
2 . H3O +
O
+
R
C
R'
63
C
R'
Disidratazione di Ammidi primarie a Nitrili
• Un’ammide primaria viene disidratata in un nitrile per azione di un
agente che lega fortemente l’acqua o la distrugge, H2SO4, P2O5, PCl3,
SOCl2.
H
C
N
O
R C NH
O
O
O
H
P
P
O O O
O
HO
R−C=NH
H
HO
O
R
O
O
P
O
O
P
O
O
P
P
O HO OH
HO
P
O
OO
P
HO
HO
+
R−C≡NH
R−C≡N
+ H4P2O7
idratata
64
Trasposizione di Hofmann
• Un’ammide primaria viene trasformata in un’ammina primaria
con 1 atomo di C in meno.
O
Br2
NaOH
C
R
NH2
ammide 1°
O
R
C
70-75°C
N
H
R–N=C=O
isocianato
R
OH
C
H
N
Br Br
OH
OH
R−N=C−O−
HO–H
ammina 1°
O
O
O
H
R−NH2
R
C
N
H
OH
R−NH−C=O
acido
carbammico
OH
Br
OH
R
C
N
Br
migrazione di R
O–
R−NH−C=O
R−NH2 + CO2
HO–H
65
Acido Carbonico e Derivati
HO
OH
H
O
Cl
O
OR
RO
OR
Cl
OH
O
acido formico
acido carbonico
HO
OH
OR
acido cloroformico
Cl
Cl
O
O
O
O
alchil
idrogenocarbonato
dialchil
idrogenocarbonato
alchil
cloroformiato
fosgene
HO
NH2
RO
NH2
H2N
NH2
O
O
O
acido carbammico
alchil carbammati
o uretani
urea
66