11-org acidi carboss e derivati

Gli Acidi Carbossilici ed i loro Derivati
O
O
C
R
OH
C
R
O
O
C
C
R
X
Acido carbossilico
Anidride
Alogenuro acilico
O
O
C
C
R
OR'
Estere
R
R
NH2
Ammide
R'
O
C
N
Nitrile
Se l’R è una
lunga catena
carboniosa
si chiama
acido grasso
Nomenclatura degli Acidi Carbossilici
CH3
O
O
CH3CH2COH
CH3CHCH2CH2COH
3
5
2
1
Acido propanoico
4
3
2
1
Acido-4-metilpentanoico
COOH
COOH
1
1
2
6
5
2
3
5
Br
4
Acido 3-bromocicloesancarbossilico
4
3
Acido 1-ciclopentencarbossilico
Nomi Comuni e Sistematici di alcuni Acidi Carbossilici
Formula
Nome Comune
Origine
Nome IUPAC
Punto di
Eboll.
HCO2H
Acido Formico
Formiche (L.
formica)
Acido Metanoico
101° C
CH3CO2H
Acido Acetico
Aceto (L. acetum)
Acido Etanoico
118° C
CH3CH2CO2H
Acido
Propionico
Latte (Gk. protus
prion)
Acido Propanoico
141° C
CH3(CH2)2CO2H
Acido Butirrico
Burro (L. butyrum)
Acido Butanoico
164° C
CH3(CH2)3CO2H
Acido
Valerianico
Radice della
valeriana
Acido Pentanoico
186° C
CH3(CH2)4CO2H
Acido Capronico
Capra (L. caper)
Acido Esanoico
205° C
CH3(CH2)5CO2H
Acido Enantico
Vite (Gk. oenanthe)
Acido Eptanoico
223° C
Acidi Carbossilici usi in medicina
Acido formico o acido metanoico HCOOH Si trova nel pungiglione
delle api e nelle formiche è responsabile del rigonfiamento dei tessuti
dopo una puntura d’insetto E’ un acido forte (si tampona con una base
come l’ammoniaca)
Acido acetico o acido etanoico CH3COOH
Si trova nell’aceto di vino per il 4% Importante per numerose reazioni
metaboliche
Acido Citrico è un acido tricarbossilico con un gruppo ossidrilico
(idrossiacido
COOH
Si trova negli agrumi
Il suo sale con il Mg è un purgane
mentre il suo sale con il sodio è un anticoagulante
(il citrato di sodio) perché rimuove gli ioni Ca
necessari per la coagulazione
Importante nel metabolismo
I
CH2
I
OH --C--COOH
I
CH2
I
COOH
Acido lattico è un idrossiacido monocarbossilico e viene
prodotto nell’organismo ogni volta che si ha una produzione
anaerobica di energia
Esistono tre forme di acido
lattico: D-lattico (forma
destrogira), L-lattico (forma
levogira) e D-L-lattico (il
racemo)
Noi abbiamo l’L lattico.
l'acido lattico è il prodotto finale della cosiddetta glicolisi anaerobica, così chiamata perché
avviene senza la partecipazione dell'ossigeno. La glicolisi anaerobica consente la
produzione di ATP nei tessuti che sono privi di mitocondri (per esempio gli eritrociti) e
nelle cellule in cui l'apporto di ossigeno non è sufficiente.
Derivati degli acidi carbossilici
Nomenclatura degli Alogenuri Acilici
O
O
C
CH3CCl
Br
Cloruro di acetile
(da acido acetico)
O
Bromuro di benzoile
(da acido benzoico)
C
F
Fluoruro di cicloesancarbonile
(da acido cicloesancarbossilico)
Nomenclatura delle Anidridi
CH3C
O
CCH3
O
CH3(CH2)5C
O
C(CH2)5CH3
Anidride eptanoica
Anidride acetica
O
O
O
O
O
O
CH3(CH2)2C
Anidride succinica
O
O
O
CCH3
Anidride aceticobutirrica
Nomenclatura delle Ammidi
O
O
C NH 2
O
CH3C NH 2
CH3(CH2)4C NH 2
Acetammide
(da acido acetico)
Esanammide
(da acido esanoico)
Ciclopentancarbossiammide
(da acido ciclopentancarbossilico)
O
O
C N(CH2CH3)2
CH3CH2C NHCH3
N-metilpropanammide
N,N-Dietilciclobutanammide
Nomenclatura degli Esteri
O
O
CH3COCH2CH3
C
OCH3
C
OCH3
H2C
Acetato di etile
(estere etilco dell'acido acetico)
O
O
Malonato di dimetile
(estere dimetilico dell'acido malonico)
C OC(CH3)3
Cicloesancarbossilato di terz-butile
(estere terz-butilico dell'acido cicloesancarbossilico)
Nomenclatura dei Nitrili
CH3
CH3CN
CH3CHCH2CH2CN
5
4
3
2
1
Etanonitrile
(Acetonitile: dall'acido acetico)
4-Metilpentanonitrile
6
CN
1
5
CN
CH3
4
2
3
Benzonitrile
(dall'acido benzoico)
CH3
2,2-Dimetilcicloesancarbonitrile
(dall'acido 2,2-Dimetilcicloesancarbossilico
Struttura degli Acidi Carbossilici
O
H
H
+
H
C
C
O
-
O
H3C
H
O
C
C
O
H
CH3
O
H
Acido acetico
legami ad idrogeno fra molecole di acido acetico
Acidità degli Acidi Carbossilici
Acidità degli Acidi Carbossilici
Composto
HCl
HCO2H
pKa
Composto
pKa
-7
3.75
CH3CH2CH2CO2
H
4.82
4.74
ClCH2CH2CH2C
O2H
4.53
Confronta e analizza
H2O
CH3CO2H
pK
FCH2CO2H
2.65
CH3CHClCH2C
O2H
4.05
ClCH2CO2H
2.85
CH3CH2CHClC
O2H
2.89
BrCH2CO2H
2.90
C6H5CO2H
4.20
ICH2CO2H
3.10
pO2NC6H4CO2H
3.45
0.77
pCH3OC6H4CO2H
CH3CH2OH
4.45
16
Cl3CCO2H
etanolo
15,74 15.5
fenolo
Ac
acetico
10
4.74
Stabilizzazione dell'Anione Carbossilato per Risonanza
Stabilizzazione dello Ione Carbossilato
Effetto dei Sostituenti sull'Acidità di vari Composti
Reazioni di Sostituzione Nucleofila Acilica
Aldeidi e Chetoni: addizione nucleofila
O
C
R +
_
O
_
H3O
C
C
Nu
R
R
OH
+
R
Nu
R
Nu
R
Acidi carbossilici e loro derivati: sostituzione nucleofila acilica
O
C
R +
_
_
X
Nu
R
O
O
C
C
X
Nu
R
Nu
Reattività Relativa dei Derivati degli Acidi
nelle Sostituzioni Nucleofile Aciliche
R
O
O
O
O
O
C
C
C
C
C
NH2
Ammide
R
OR'
R
O
Anidride
Estere
REATTIVITÀ
R
R
Cl
Cloruri acilici
Reattività dei derivati nei confronti della SN acilica
I derivati degli acidi carbossilici reagiranno attraverso il meccanismo di SN acilica
quando il gruppo legato all’unità acilica o gruppo uscente (LG) avrà attitudine ad
accettare il doppietto di e- del legame covalente con il C :
Reattività in ordine decrescente:
Ne consegue che un certo tipo di composto acilico non può essere trasformato in un
altro a reattività maggiore: ad es. le anidridi possono essere usate per ottenere esteri,
acidi o ammidi ma non cloruri.
Tutti i derivati per idrolisi, sia acida che basica, danno i corrispondenti acidi carbossilici.
Le Reazioni degli Acidi Carbossilici
Reazione di decarbossilazione
O
H3C
-CO2
alcano
CO H
Conversione a Cloruri acilici:
O
R
COH
O
SOCl2
R
CCl
+ HCl + SO2
CHCl3
Conversione ad Anidridi:
O
2 H3C
O
O
C
C
Calore
CO H
H3C
O
O disidratazione
C H3
+ H2O
Le Reazioni degli Acidi Carbossilici
Formazione di Sali
(acido + base = sale)
O
R
O
C O O H+NaOH
R
-
Na+
C OO
+H2O
Esterificazione di Fischer:
O
R
COH
Acido carbossilico
O
+
R'
OH
Alcol
H2SO4
R
COR'
Estere
+ H2O
Meccanismo dell'Esterificazione di Fischer
+
O
O
+ H+
C
R
H2O +
R
+
C
R +
OH
+ H+
O
OH
C
C
OR'
H
R
H
O+
H
H O
R'
OH
OH
R'
O
R
C
HO
+ R'
O
H
Le Reazioni degli Alogenuri Acilici
O
H2 O
C
R
R'CO2H
Cl
Cloruro acilico
O
C
R
R'OH
OH
NH3
R
Acido
C
C
OR'
R
Estere
Si forma sempre HCl
R
O
C
C
O
Anidride
O
O
O
NH2
Ammide
R'
Derivati acidi
carbossilici
O
R
Nucleofilo Uscente
pK
pKa= 3.4
Cl-
C
pKb=10.6
Cl
O
O
R
pKb=9
O-
O
R
pKa= 5
R C
C
C
O
S
R
R'
pKa= 8
R-S-
pKb=6
C
O
pKa=14
O
R
pKb=0
OH
C
OH
pKa=16
O
R
R'
R'
pKb=-2
O-
C
O
O
R
C
NH2
NH2
Forza del
nucleofilo
pKa= 18
pKb=-4
Le Reazioni delle Anidridi
R
O
O
C
C
O
Anidride
R
NH3
H2O
R'OH
O
O
C
R
O
OH
C
R
C
Acido
R
OR
Estere
NH2
Ammide
Le Reazioni degli Esteri
O
H2O
C
+
-
Estere
O
C
R
OR
R
(H o OH )
OH
base
Se l’idrolisi è basica
abbiamo il sale
dell’acido R-Coo-
+ estere
NH3
Acido
+ R-OH
alcol
O
C
R
NH2
Ammide
IMP!!!
Nel
legame
peptidico
Beta chetoestere
(condensazione di
Claisen) imp nel
metabolismo dei
lipidi) è un
allungamento della
catena carboniosa
Meccanismo dell'Idrolisi Alcalina (Saponificazione) degli Esteri
_
O
O
1
C
R
OR'
C
R
+ OH-
OH
R'O
2
3
O
C
R
O
+ R'OH
O-
Sale dell’acido carbossilico chiamato
sapone se è un acido grasso cioè un
acido carbossilico a lunga catena
carboniosa
+ R'O-
C
R
OH
Reazione di saponificazione
Nucleofilo
entrante
2
O
H3C C
O
3
1
O CH3
OH
K+ o Na+
H3C C O H
4
(ambiente basico)
O
CH3
estere
Nucleofilo
uscente
O
CH3OH
O K+ o Na+ alcol
carbossilato
(sapone)
H3C C
O CH3
Il nucleofilo
uscito
funge ora
da base
strappando
il protone
IL LATTONE è un estere interno cioè si ha la reazione tra il
gruppo carbossilico e l’ossidrile all’interno di una stessa molecola
I composti ciclici che si formano per esterificazione
interna dei g- e dei -ossiacidi si chiamano lattoni
g

OH
a
b
H2O
O
C
-idrossiacido
O
OH
O
-lattone
H
O
g
C
b
O
OH
a
g-idrossiacido
O
O
g-lattone
H2O
O
O
R C
OH
HS
R C
CH3
Per reazione di un acido
carbossilico con un tiolo
si forma un tioestere.
La reazione decorre con lo
stesso meccanismo della
reazione di esterificazione
di un acido carbossilico con
un alcole.
H2O
S
H N CH2
CH2
S
CH3
C
O
CH3
O C
CH2 CH2
H N C O
H C OH
H3C
C CH3
Un tioestere di
grande importanza
in biochimica è
l’acetilcoenzima A
NH2
CH2
O
O
P
O
N
O
O
P
N
O
O
O
CH2
H
OPO3H2
N
HH
OH
N
Condensazione di Claisen
Reazioni al carbonio in alfa al carbonile negli esteri
Carattere relativamente acido dell’idrogeno in alfa
Esteri enolati
Enolato + estere = beta chetoestere (Sn non addizione
nucleofila come nella condensazione aldolica) +
alcolato
condensation
CONDENSAZIONE DI CLAISEN
In soluzione in presenza di una base,due molecole di acetato
di etile reagiscono formando una molecola di acetoacetato di etile
Base
C2H5O-
H
+ H aC C
H
O
C2H5OH
C C
C C
H
OC2H5
O
H
O
H
OC2H5
OC2H5
H
La base strappa un protone in posizione a rispetto al gruppo
funzionale estereo. L’anione che si forma è stabilizzato per risonanza.
Acetoacetato di etile !
(condensazione di Claisen)
H
O
OC2H5
H
H O H
O
H C C C C
C C
H C C
H
O
H
C2H5O
OC2H5
H
H
OC2H5
acetoacetato di etile
L’anione (nucleofilo entrante) attacca il carbonio del gruppo
funzionale di una seconda molecola di acetato di etile. In questa
fase viene eliminato uno ione etossido (nucleofilo uscente).
Sintesi acetoacetica - chetogenesi
O
2HC
C
2HC
S
H
C
CoA
S
O
Acetil CoA
B:
O
-
3HC
B-H+
C
S
-S
CoA
CoA
CoA
Condensazione di Claisen
O
3HC
C
O
2HC
Aceto-Acetil CoA
HS
CoA
C
O
S
CoA
3HC
Idrolisi del bchetotioestere
C
2HC
Aceto-Acetico
O
C
OH
ammidi
O
R
ammide primaria
C
NH2
O
O
R
C
N
R
H
ammide primaria
mono alchil sostituita
R
C
N
R
R
ammide primaria
di alchil sostituita
basicità delle ammidi
H
R
C
R’
N
..
O
le ammidi sono
meno basiche
delle ammine
H
R
C
-
O
N
+
R’
il lone pair
è meno disponibile
planarietà delle ammidi
O
C
C
+ C
N
H
sp2
6 atomi giacciono
sullo stesso piano
tautomeria delle ammidi
H
R
C
R’
N
..
O
H
H
R
C
-
O
N
+
R’
R
C
-
O
.. +
N
R’
L’acido carbammico e l’urea sono la monoammide
e la diammide dell’acido carbonico
OH
OH
O C
O C
OH
NH2
acido carbonico
acido carbammico
NH2
O C
OPO3H2
O C
NH2
urea
NH2
HN C
NH2
carbammil fosfato
NH2
guanidina
Le Reazioni delle Ammidi
O
C
NH2
R
Ammide +
H2O
-
H3O
OH
+
O
+ NH3
C
R
O
OH
C
R
+
O-
Acido carbossilico
sale
+ NH4
Le Reazioni dei Nitrili
R
C
N
Nitrile
H2O
H3O+ o OH-
O
C
R
OH
+ NH3
Acido carbossilico
Vedi allungamento catena
carboniosa Sintesi di Kilhiani
Fischer
Meccanismo della Idrolisi Acida dei Nitrili
Meccanismo de la Idrolisi Basica dei Nitrili
R
C
N
+ H+
R
C
O
+ OH-
R
C
+
H
R
C
+
C
+ H2O
N H
H
O
N
H
R
C
N H
H
+
+H
H
O
R
N
N H + H+
R
+
O
H
C
N H
H
H2O, H+
O
R
C
OH
+ NH3
Vedi allungamento catena
carboniosa Sintesi di Kilhiani
Fischer