ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI

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1 AIDI ABSSILI e DEIVATI aratteristica strutturale di acidi carbossilici e derivati aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Acidi carbossilici Lo ione molecolare di solito è spesso debole. La rottura α (αcleavage), lascia il carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):.. Può essere perso il gruppo.. m/z 45 Anche con gli altri gruppi funzionali è favorita la scissione dello ione molecolare che porta al carbocatione acilio Le ammidi non sostituite sull hanno un picco caratteristico a m/z 44.. m/z 44 acido butanoico, PM 88 acetato di etile, PM 88 M M 1

2 propanammide, PM 7 m/z 44 cloruro di butanoile, PM 106 M M l anidride benzencarbossilica, PM 6 UVvisibile Analogo a quello di aldeidi e chetoni I AIDI ABSSILII stretching stretching = stretching banda molto larga a 400 cm 1, spesso sovrapposta alle bande a circa cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione tra 10 e 110 cm 1 acido butanoico

3 I ESTEI stretching = stretching a circa 175 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. La coniugazione con sposta l assorbimento verso valori più alti. due o più bande tra 100 e 1000 cm 1 acetato di etile I AMMIDI stretching = a circa cm 1. stretching cm 1 ( hanno due bande) propanammide

4 I stretching = LUI AILII a circa 1800 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione. cloruro di butanoile cloruro di benzoile I AIDIDI stretching = sempre due bande tra 180 a 1800 cm 1 e tra 1775 e 1740, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. stretching tra 100 e 900 cm 1 anidride propanoica 4

5 I stretching ITILI a circa 50 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. propanonitrile benzenecarbonitrile 1 M L effetto I dell ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : molto deschermato δ X ppm acetato di etile acido butanoico anidride propanoica propanammide 5

6 1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 sul adiacente: deschermato da,0,5 ( ) fino a (, ) δ (negli acidi arbossilici) fortemente deschermato: 1015 δ; protone mobile, scambia con D (nelli ammidi) deschermato e molto allargato: 67 δ; protone mobile, scambia con D acido butanoico acido benzencarbossilico acetato di etile propanammide metiletanammide anidride benzoica 6

7 AIDI ABSSILI e DEIVATI sp δ δ acido aratteristiche: acido u: Acidità del legame Il del carbossile subisce attacco da parte dei nucleofili I protoni in α al carbossile sono relativamente acidi e possono essere sostituiti sp gruppo uscente Y δ δ aratteristiche: sull' del carbonile (o sull' del nitrile) si ha protonazione I protoni in α al carbonile sono relativamente acidi e possono essere strappati con basi forti Qualche reazione caratteristica delle ammidi avviene sull' acido u: eazione caratteristica SSTITUZIE ULEFILA sp δ δ (la sostituzione nucleofila può avvenire con meccanismo base o acidocatalizzato) acido u: 7

8 Meccanismo: u: u lento Y Y sp sp (trigonale planare) (tetraedrico) u sp (trigonale planare) SSTITUZIE ULEFILA AL ABI AILI Principali nucleofili: :u =,,,,, S, u: =,, < < < < ' S' l reattività crescente Questo ordine di reattività è il risultto di più fattori Basicità del gruppo uscente meno basico: miglior gruppo uscente Basicità: < < () < l capacità come gruppo uscente isonanza l S' l S' ' ' 8

9 il contributo della struttura di risonanza a separazione di carica diminuisce la bontà del gruppo uscente ed è tanto maggiore quanto migliore è la sovrapposizione degli orbitali (cioè con gli elementi della stessa riga). Effetto induttivo Maggiore è l effetto ad attrazione elettronica, più positivo è il carbonilico EATTIVITA ESETE l ' più facile è l attacco del nucleofilo oppure EATTIVITA ESETE l " " ' EATTIVITA ESETE l ' 9

10 1. EAZIE u = a) Alogenuri acilici l : lento l l Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo b) Esteri Gli esteri sono meno reattivi degli alogenuri acilici: l acqua da sola non reagisce), oppure, In ambiente basico u = lento : ' ' ' reazione acidobase ' L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo In ambiente acido u = ' ' ' lento ' : ' ' ' Processo EVESIBILE Questo significa che in ambiente acido si può idrolizzare un estere ad acido carbossilico L'idrolisi acida degli esteri è praticamente insensibile agli effetti elettronici dei sostituenti; è invece sensibile agli effetti sterici ATTEZIE Questa insensibilità agli effetti elettronici (induttivo e coniugativo) dei sostituenti è una caratteristica SL dell IDLISI AIDA degli ESTEI è il risultato di effetti opposti, praticamente uguali 10

11 Lo stadio lento è l attacco del nucleofilo sull estere protonato: dipende quindi dalla sua concentrazione, che, a sua volta, dipende dalla basicità dell estere K = [()' ] [ '][ ] [()'] = K [ '][ ] v = k[()' ] = kk [ '][ ] La reattività dipende dalla costante di velocità dello stadio lento (k) E dalla costante di equilibrio acidobase preliminare (K) k K l'attacco del nucleofilo è favorito dai sostituenti ad attrazione elettronica la protonazione di una base è sfavorita dai sostituenti ad attrazione elettronica Solo nel caso dell'idrolisi acida degli esteri gli effetti hanno valori molto simili, cioè la sensibilità della protonazione e dell'attacco nucleofilo all'effetto dei sostituenti è praticamente la stessa. Essendo di segno opposto, gli effetti si annullano. c) Ammidi Le ammidi sono ancora meno reattive: l acqua da sola non reagisce), oppure, In ambiente basico u = : lento i sono solo ATTIVI gruppi uscenti, e, ma è più AID di : reazione acidobase L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo 11

12 In ambiente acido u = lento : 4 L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo d) Anidridi u = Le anidridi sono più reattive di esteri ed ammidi: basta l acqua da sola : e) itrili L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo I nitrili sono poco reattivi (meno delle ammidi): l acqua da sola non reagisce), oppure, 1

13 In ambiente acido u = : lento : tautomeria PSEGUE con l'idrolisi acida delle ammidi : 4 L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo. EAZIE ALLI a) Acidi carbossilici In ambiente acido u = lento : ' ' ' ' ' ' La reazione intramolecolare è facile, se si formano anelli stabili (5 e 6 termini) : γ γlattone 1

14 : δ δlattone se l' è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso β βeliminazione α lattide se l' è più lontano dal carbossile, il prodotto dipende dalle condizioni di reazione in soluzione molto diluita: in soluzione concentrata: n ( ) n n b) Alogenuri acilici l.. ' lento l ' l E opportuno effettuare la reazione in presenza di una base (per l) 14

15 es.: l l c) Anidridi.. ' ' ' ' ' d) Esteri TASESTEIFIAZIE In ambiente basico u = ' :" lento " ' " ' In ambiente acido u = ' " ' ' lento : " ' " ' " " " ' " 15

16 e) Ammidi Essendo meno reattive, richiedono condizioni di reazione troppo energiche per essere utili. EAZIE AMMIAA ED AMMIE a) Acidi carbossilici con : 4 reazione acidobase Scaldando il carbossilato di ammonio solido: 4 (solido) Meccanismo: 4 : con ammine primarie (solido) Meccanismo: 16

17 con ammine secondarie : (solido) Meccanismo: : Se si ha un amminoacido con il gruppo amminico in γ o δ al carbossile, la reazione è intramolecolare (si formano anelli a 5 o a 6 termini) γ γlattame δ δlattame se l è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso β βeliminazione 17

18 b) Alogenuri acilici Meccanismo: l : lento l l l l : 4 l ' ' l ' l '" '" l ' " c) Anidridi : 4 18

19 ' ' 4 " ' '" Le anidridi cicliche danno immidi.. 4 anidride ftalica ftalimmide base debole, acido 4.. :B B d) Esteri lento : ' ' ' ' Gli esteri sono meno reattivi di alogenuri acilici e anidridi e perciòbisogna scaldare ' " " ' ' " ''' ' " ''' 19

20 4. EAZIE AIDI ABSSILII E ABSSILATI on questi nucleofili possono reagire solo I derivati acilici più reattivi a) Alogenuri acilici l l l l es: l l l neutralizzato con una base man mano che si forma l b) Acidi carbossilici (SL con acidi bicarbossilici in grado di formare anelli stabili). EAZIE TILI a) Alogenuri acilici ' S l l ' S l es: S l S l S' 0

21 6. EAZIE MPSTI GAMETALLII a) Esteri ' " con reattivi di Grignard e litioorganici MgX δ δ MgX ' " ' "MgX da qui prosegue la reazione dei chetoni MgX δ δ, ' MgX ' ' i chetoni sono più reattivi degli esteri e perciò si arriva all'alcool terziario es.: MgBr, MgBr ' " δ Li δ Li ' " ' "Li da qui prosegue la reazione dei chetoni δ Li δ, ' Li ' b) loruri acilici MgX δ δ ' l MgX ' l ' ' MgXl con accorgimenti sperimentali, è possibile fermare la reazione alla formazione del chetone, altrimenti, si arriva ad alcool terziario δ MgX δ, ' MgX ' ' 1

22 ' l Li δ Li δ ' l ' Lil ' Li δ δ, Li ' ' con cadmioorganici e cuprati organici Per fermare la reazione a chetone si devono usare: composti organometallici meno reattivi solo con i cloruri acilici MgX dl d Mgl MgX ( =, alchile primario, fenile) esempio: MgBr dl d d l l ' l δ δ uli ' l ' es.: l ( ) uli l ( ) uli 78 (feromone delle formiche) 9%

23 IDUZII a) on idruro LiAl 4 LiAl 4 l ' LiAl 4 LiAl 4 LiAl 4 Meccanismo: Al (Li ) (Li ) Al Y = l, ', Al : Y Y : Y Y = Y :

24 : : : Diminuendo la reattività dell'idruro è possibile fermare ad aldeide la riduzione dei LUI AILII [( Li ) ] Al l es.: l [( Li ) ] Al b) on idrogeno e catalizzatore, Pt on catalizzatore disattivato è possibile fermare ad aldeide la riduzione degli ALGEUI AILII Pd, BaS 4 l Pd, chinolina es.: l Pd 4

25 EAZII SPEIFIE DELLE SIGLE LASSI DI GUPPI FUZIALI 1. Acidi carbossilici (a) trasformazione del gruppo in buon gruppo uscente cattivo gruppo uscente Per trasformarlo in buon gruppo uscente si possono utilizzare i reagenti che trasformano in l on agenti alogenanti l Sl l S l Pl 5 l Pl l Pl P() esempi: l S l l l S Pl 5 l l Pl Pl l P() Meccanismo con Sl : l S l S l l S l l S S l on diazometano:.. : : : reazione acidobase u sp ottimo gruppo uscente 5

26 on diazometano si formano esteri metilici on dicicloesilcarbodiimmide, D u.. ' ' Addizione nucleofila buon gruppo uscente ' ' reazione acidobase dicicloesilurea La D permette di ottenere ammidi dagli acidi carbossilici in condizioni molto blande b) reazione in posizione α PBr, Br oppure P Br Br αalogenazione eazione VZ (ellvolhardzelinski) Meccanismo:.. PBr Br Br gli alogenuri acilici enolizzano più facilmente degli acidi carbossilici Il = addiziona Br 6

27 Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Quando si lavora la reazione (aggiunta di acqua), il bromuro acilico è più reattivo di quello alchilico. ppure si possono aggiungere nucleofili Br Br Br, Br Br. Esteri on alcossido (condensazione di laisen) a L alcossido DEVE essere identico al gruppo dell estere Meccanismo: (a ) a E reazione acidobase : (equilibrio spostato a sinistra) u (equilibrio spostato a sinistra) 7

28 più acidi di quelli dell estere di partenza (equilibrio spostato a destra) (a ) E' possibile la condensazione incrociata, quando un solo estere ha in α: 1. a. qualsiasi carbanione è in grado di dare condensazione a ( ) (a ) ( ) ( ). Ammidi on anidride fosforica, P 5 on con Br a (Trasposizione di ofmann) Br 4 a abr a (oppure abr, ) meccanismo Br Br Br Br bromoammide 8

29 Br Br Br.. nitrene.... isocianato Br DEABSSILAZIE a) da carbossilati di metalli pesanti (reazione di unsdiecker) Ag Ag g g ) Pb( ) 4 Pb 4 ) 4 Ag Br (o I ) Br ( I) 9

30 meccanismo: Br Br Br acil ipobromito inizio Br.. : : :... : Br radicale carbossilato : :.. propagazione..... Br Br..... b) da βchetoacidi # in ambiente basico: 0

31 b) da acidi βdicarbossilici # la decarbossilazione è favorita da sostituenti ad attrazione elettronica SITESI "AETAETIA" Sfrutta l'acidità degli in mezzo a due e la facile decarbossilazione dei βchetoacidi : ecc. a " (a " " ) c'è ancora un acido (meno di prima ) ( ) K : (K ) " sostituzione nucleofila 1 X al saturo, 1 " idrolisi " basica 1 X sostituzione nucleofila al saturo, " idrolisi " basica neutralizzazione (acidobase) " decarbossilazione 1.. " 1 " 1

32 Scegliendo opportunamente il reagente X, si possono ottenere chetoni con un altro gruppo funzionale X = αalogenoesteri : Br β β 1. a,. α γ γchetoacido X = αalogenochetoni : 1. a, Br. α β γdichetone X = alogenuri acilici on si può usare come base a in, perché l'alogenuro acilico è molto reattivo (e reagisce con l etossido ed anche con l'etanolo)

33 a : l 1. a,. βdichetone on una base molto forte (ammide di sodio o di potassio) si possono strappare due protoni. Il dianione può essere fatto reagire con un equivalente di alogenuro alchilico K : K : 4 l X.. per la neutralizzazione conviene usare l'acido coniugato del solvente il βchetoestere con catena allungata può essere utilizzato in tutte le reazioni viste in precedenza SITESI "MALIA" Sfrutta l'acidità del metilene tra due funzioni esteree e la facile decarbossilazione degli acidi βdicarbossilici : propandioato dietilico (malonato dietilico) "estere malonico" : X 1., X. acido acetico αsostituito

34 ( ) K : ' X 1., '.., ' acido acetico α,αdisostituito La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il ossobutanoato di etile (estere acetoacetico) alogenuri alchilici, alogenuri acilici, αalogenochetoni, αalogenoesteri altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica: X = α,ωdialogenoalcani a a : ( ) K : ' X 1., '.., ' acido acetico α,αdisostituito La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il ossobutanoato di etile (estere acetoacetico) alogenuri alchilici, alogenuri acilici, αalogenochetoni, αalogenoesteri altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica: X = α,ωdialogenoalcani a a : 4

35 a) in eccesso di estere : Br ( ) : n Br ( ) n 1), ( ) ( ) n n ) acido bicarbossilico b) in quantità equimolari : Br ( ) n Br ( ) n Br : ( ) n Br ( ) 1) n, ( ) ( n ) n ) n =,,4,5 acidi cicloalcancarbossilici 5