Capitolo 13 Acidi Carbossilici e Derivati

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1 himica rganica Informazione Scientifica sul Farmaco apitolo 13 Acidi arbossilici e Derivati rganic hemistry, 5 th Edition L. G. Wade, Jr. Prentice Hall rganic hemistry, 3 rd Edition Paula Y. Bruice, Prentice Hall

2 Introduzione Il gruppo funzionale degli acidi carbossilici è costituito da un = con legato un H. R H Il gruppo carbossilico normalmente si scrive -H. Gli acidi carbossilici alifatici hanno un gruppo alchilico legato al - H. Gli acidi carbossilici aromatici hanno un gruppo arilico legato al - H. Gli acidi grassi sono acidi alifatici a lunga catena. 2

3 Importanza Acido acetico, presente nell aceto, usato nell industria come solvente, catalizzatore e reagente nelle sintesi. Acidi grassi presenti in grassi e oli. Acidi benzoici nei farmaci e nei conservanti. Acido adipico usato per fare il nylon 66. Acido ftalico usato per fare i poliesteri. H Acido stearico Un acido grasso H H 3 H 3 HH 2 HH H 3 H 3 Acido acetilsalicilico aspirina Ibuprofene moment, antalgyl, nurofen 3

4 Nomi comuni Molti acidi alifatici hanno nomi comuni. Le posizioni dei sostituenti lungo la catena sono indicati con le lettere greche. l H 3 H 2 H H Ph H 3 H 2 H 2 HH 2 H Acido α-clorobutirrico Acido β-fenilcaproico 4

5 Nomi IUPA La o degli alcani è sostituita con -oico e si premette acido. Il carbonio carbossilico è il #1. Il gruppo carbossilico ha la priorità rispetto a doppi e tripli legami, gruppi ossidrilici e carbonilici l H 3 H 2 H Acido 2-clorobutanoico H H Ph H H H Acido trans-3-fenil-2-propenoico (acido cinnamico) 1 H Acido 5-etil-6-idrossi-7-metil-3-oxo-7-nonenoico 5

6 Acidi carbossilici ciclici Quando un cicloalcano è legato direttamente ad un -H il nome è acido cicloalcancarbossilico. Se il H è legato al benzene l acido si chiama benzoico. H H H(H 3 ) 2 Acido 2-isopropilciclopentancarbossilico H Acido o-idrossibenzoico (acido salicilico) 6

7 Acidi bicarbossilici Gli acidi bicarbossilici hanno spesso nomi comuni (vanno memorizzati). Nomi IUPA: il gruppo 1 è quello più vicino al primo sostituente. Due gruppi carbossilici su un benzene: acidi ftalici. Br HH 2 HH 2 H 2 H Acido 3-bromoesandioico (acido β-bromoadipico) 7

8 Struttura del carbossile arbonio sp 2. Angoli di legame circa H eclissato con =, per avere la sovrapposizione degli orbitali π con il doppietto libero dell ossigeno. 8

9 Proprietà fisiche Punti di ebollizione più alti di quelli degli alcoli di pari peso molecolare a causa della formazione di dimeri. La solubilità in acqua diminuisce all aumentare del numero di carboni. Fino a 4 carboni gli acidi sono miscibili con l acqua. Più solubili degli alcoli. Solubili anche in solventi moderatamente polari come il cloroformio, si scioglie in forma di dimero. 9

10 Acidità Gli acidi carbossilici (Ka~10-5 ) sono più acidi dei fenoli (Ka~10-10 ) e degli alcoli (Ka~10-16 ) La maggiore acidità è dovuta alla stabilizzazione per risonanza della base coniugata 10

11 Effetto dei sostituenti sull acidità H H H H H N 2 N 2 H 3 N 2 p-methoxy benzoic acid m-nitro p-nitro o-nitro pk a = 4.46 pk a = 4.19 pk a = 3.47 pk a = 3.41 pk a =

12 Sali degli acidi carbossilici L idrossido di sodio rimuove un protone dagli acidi formando sali Se si aggiunge un acido più forte, come Hl, si riforma l acido (l acido forte sposta l acido debole). Aq. NaH RH R - Na + Aq. Hl Nome dell anione: sotituire -oico con -oato. Nome del catione l H 3 H 2 HH 2 - K + 3-cloropentanoato di potassio β-clorovalerato di potassio

13 Proprietà dei sali Di solito solidi ed inodori. I carbossilati di Na +, K +, Li +, e NH 4+ sono solubili in acqua. I saponi sono i sali degli acidi grassi (acidi a lunga catena, ). I Sali si possono preparare per reazione di un acido con NaH 3, si sviluppa 2. 13

14 Sintesi Review ssidazione degli alcoli primari e delle aldeidi con r VI (Na 2 r 2 7 /H 2 S 4 ). H 3 H 2 H 2 H H 3 H 2 H Na 2 r 2 7 H 2 S 4 Na 2 r 2 7 H 2 S 4 H 3 H 2 H H 3 H 2 H 14

15 Derivati degli acidi carbossilici Il gruppo legato al carbonio acilico determina la classe del composto: -H, acidi carbossilici arbonio acilico -l, cloruri acilici -R, esteri -NH 2, ammidi R H Possono essere interconvertiti con una certa facilità 15

16 Nomenclatura esteri Sono identificati come alchil carbossilati. Il gruppo alchilico deriva da un alcol, il carbossilato da un acido. H 3 H 3 HH 2 H 3 2-metilpropil etanoato HH 2 benzil metanoato Esteri ciclici Reazione tra un -H e un -H nella stessa molecola, lattone. Si premette la parola lattone al nome IUPA dell acido. H 3 lattone 4-idrossi-2-metilpentanoico H 3 16

17 Ammidi Formalmente deriva da un acido carbossilico e da ammoniaca o ammina. Non sono basiche perché il doppietto dell azoto _ è delocalizzato. H + H H N H N H H Ammide primaria: un solo legame -N (due N-H). Ammide secondaria: (N-sostituita) due legami -N (un N-H). Ammide terziaria: (N,N-disostituita) tre legami -N (nessun N-H) H 3 H 3 NH 2 Ammide 1 H 3 NH Ammide 2 H 3 Ammide 3 H 3 N H2H3 17

18 Nomenclatura ammidi Per le ammidi 1 sostituire -oico nel nome dell acido con -ammide. Per le 2 e 3, il gruppo alchilico legato all azoto è preceduto da N-. H 3 H 3 H N H 2 H 3 H 3 N-etil-N-metil-2-metilpropanammide Ammidi cicliche (lattami) Legame ammidico intramolecolare, lattami. α β γ N H 3 H γ-valerolattame 18

19 Alogenuri acilici Si preparano dall acido per reazione con Sl 2. H 3 H 2 H Sl 2 H 3 H 2 l Sono più reattivi degli acidi carbossilici. Nome: sostituire -oico dell acido con -oile e premettere il nome dell alogenuro l Br H 3 HH 2 Br cloruro di benzoile Benzoil cloruro bromuro di 3-bromobutanoile 3-bromobutanoil bromuro 19

20 Anidridi Formalmente si ottengono da due molecole di acido per perdita di una molecola di acqua. Più reattive degli acidi, meno degli alogenuri. R H H R R R Nomenclatura La parola acido sostituita con anidride. Gli acidi bicarbossilici formano anidridi cicliche di 5- o 6-termini. H 3 H 3 Anidride etanoica Anidride acetica Anidride 1,2-benzenedicarbossilica Anidride ftalica 20

21 Reattività: cloruri acilici Il carbonio carbossilico è elettrofilo, per cui reagisce con i nucleofili (vedi anche composti carbonilici) Il cloruro è un buon gruppo uscente, la reazione prosegue La reazione prende il nome di sostituzione nucleofila acilica È facilitata da buoni gruppi uscenti. Nu Nu δ - R δ - R δ+ H δ+ l R R Nu H l Nu R Nu δ - R δ+ l 21

22 Altri derivati cloruri acilici I cloruri acilici reagiscono con gli alcoli per formare esteri. Si tratta di una sostituzione nucleofila acilica. l H 3 + H 3 H + Hl I cloruri acilici reagiscono con ammoniaca e ammine per dare ammidi. l NHH 3 NaH + H 3 NH 2 + Nal + H 2 22

23 Esterificazione di Fischer Acido + alcol estere + acqua. atalizzata dagli acidi. Tutti i passaggi sono reversibili. E un equilibrio, per cui vanno scelte opportunamente le condizioni. H + H 3 H 2 H H + H 2 H 3 + HH 23

24 Interconversione I derivati più reattivi si convertono facilmente in quelli meno reattivi. 24

25 Idrolisi Tutti i derivati reagiscono con H 2 (con catalizzatore) per formare acidi carbossilici H 3 H 3 l + HH H 3 H + Hl H + H 3 + HH H 3 H + H 3 H H 3 H 2 NHH 3 + Hl H 3 H + H 3 NH 3 + l - 25

26 Saponificazione Idrolisi degli esteri Base-catalizzata. Saponificatione perché è il metodo di preparazione tradizionale dei saponi I saponi si preparano facendo bollire NaH con i grassi (trigliceridi) si formano i Sali sodici degli acidi grassi. Un esempio di sapone è il sodio stearato, Na +- (H 2 ) 16 H 3. R-H A triacylglycerol (a triglyceride) H 2 -R H 2 -R + 3NaH saponification H 2 H HH H 2 H 1,2,3-Propanetriol (Glycerol; Glycerin) + 3R - Na + Sodium soaps 26

27 ome funziona un sapone NaH 27

28 Riduzione ad alcoli 1 Si usano riducenti forti, LiAlH 4. Il Borano, BH 3 in THF, riduce gli acidi carbossilici ma non i chetoni. 28

29 Riduzione delle Ammidi LiAlH 4 riduce le ammidi 1 ad ammine 1. Le ammidi 2 sono ridotte ad ammine 2. Le ammide 3 sono ridotte ad ammine 3. H 3 NHH 3 H 3 H 2 NHH 3 1) LiAlH 4 2) H 2 29

30 ondensazione di laisen Gli idrogeni in α al gruppo estereo hanno pka circa 23 (i chetoni circa 19) Possono essere strappati con una base forte e formare uno ione enolato α H R base R R 30

31 ondensazione di laisen Lo ione enolato può attaccare una seconda molecola di estere dando un β-cheto estere H H - R - H R R R R R H 3 α H 2 H 3 + H 2 H H 2 H 3 1. H 3 H 2 Na 2. Hl H 3 H 2 + H 2 H 3 H 3 H 2 H 31

32 Polichetidi Una serie di condensazioni di laisen porta alla formazione di polichetidi, precursori ad esempio degli antibiotici macrolidici H 3 α H 2 H 3 + H 2 H H 2 H 3 1. H 3 H 2 Na 2. Hl H 3 H 2 H 2 H 3 H 3 H 2 H 3 H 3 H 2 H 2 H 2 H 3 n H 3 H 2 H 2 H 2 H 3 32

33 Fine del apitolo 13 33