Composti Carbossilici. Reattività

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1 omposti arbossilici eattività

2 omposti carbossilici N ' ' Ammide N' 2 Estere ' ' Anidride () 2 X Alogenuro acilico X I composti carbossilici hanno la caratteristica comune di possedere un gruppo carbonilico al quale è legato un atomo molto elettronegativo. Tale struttura comporta la presenza di tre forme di risonanza che influiscono sulla reattività di tali composti. Y I + Y II Y + III

3 eattività Gli acidi carbossili ed i loro derivati presentano tre forme di risonanza che influiscono sulla loro reattività: L atomo di carbonio carbonilico porta una parziale carica positiva e può essere attaccato dai nucleofili. Y I + Y II :Nu Y + III

4 eattività Gli acidi carbossili ed i loro derivati presentano tre forme di risonanza che influiscono sulla loro reattività: L ossigeno carbonilico può essere protonato aumentando la carica positiva sull atomo di carbonio carbonilico e quindi la reattività nei confronti dei nucleofili. Y I + Y II + Y + III

5 eattività Gli acidi carbossili ed i loro derivati presentano tre forme di risonanza che influiscono sulla loro reattività: La presenza di due atomi elettronegativi legati all atomo di carbonio carbonilico rende acido il protone legato in α. Y I + Y :B II Y + III

6 eattività La reattività iniziale di tali composti è quindi del tutto analoga a quella dei composti carbonilici semplici. La presenza dell atomo elettronegativo legato al carbonio carbonilico però fa si che l attacco iniziale su tali substrati sia seguito da una uscita dell atomo elettronegativo, con i suoi elettroni di legame, cosa che non è possibile nei composti carbonilici semplici che hanno attaccato al gruppo carbonilico atomi (, ) di paragonabile elettronegatività. Y '

7 Sostituzione nucleofila acilica I nucleofili si addizionano quindi al gruppo carbossilico dei derivati acilici per dare una reazione di sostituzione (addizione + eliminazione) in quanto Y è un buon gruppo uscente. Questo differenzia la loro reattività da quella delle aldeidi e dei chetoni Y N' 2 ' X omposto acilico Acido carbossilico Ammide Estere Anidride Alogenuro acilico

8 Meccanismo La reazione non è una sostituzione diretta in quanto consiste di due stadi: Il primo è una addizione del nucleofilo all atomo atomo di carbonio carbonilico per formare un intermedio tetraedrico (come nelle aldeidi). Il secondo è l eliminazione del gruppo uscente con il ripristino del sistema π del gruppo carbonilico. Il nucleofilo può reagire come anione o come reagente neutro La reazione è catalizzata dagli acidi che aumentano la parziale carica positiva sull atomo di carbonio

9 Meccanismo con nucleofili neutri : Nu + X X Nu +X Nu Nu +X + Nu X

10 Proton Transfer Durante la reazione si hanno dei trasferimenti di protone che possono avvenire tra atomi diversi, prima, dopo o durante i diversi stadi. Nu Y Nu +Y : Nu + Y Y Nu +Y Nu Tutti questi stadi sono in equilibrio e sono presenti contemporaneamente in misura diversa Nu Y Nu +Y

11 Meccanismo con nucleofili anionici (catalisi basica) B + Nu Nu + B Nu + Y Y Nu + Y Nu Y + B B + Y

12 Meccanismo con catalisi acida Y + Y + Nu Y Nu Y Nu Nu Y - Y Nu - Nu

13 eattività Ammonolisi Alcolisi iduzione Idrolisi eazioni di Grignard

14 eattività degli acidi carbossilici

15 eattività Le reazioni di SNAcilica procedono su tutti i derivati degli acidi tranne che sugli acidi stessi in quanto in questo caso il nucleofilo anziché addizionarsi agisce da base strappando il protone acido

16 eattività L anione carbossilato che si forma è ricco di elettroni e tende a respingere i nucleofili; Inoltre su di esso non esiste più un vero e proprio gruppo carbonilico che può subire l attacco del nucleofilo, essendo la carica negativa delocalizzata.

17 atalisi acida La reazione di SN sugli acidi carbossilici si ha solamente in presenza di catalisi acida in quanto in questo modo il centro più elettrofilo si sposta dal protone carbossilico al carbonio carbossilico. 2 S 4 Acido Acido protonato + entro elettrofilo entro elettrofilo

18 Esterificazione di Fischer La reazione di un acido con un alcol (in ambiente acido) porta alla formazione di un estere + acqua. La reazione avviene solo con catalisi acida. Tutti gli stadi sono reversibili. La reazione procede fino al raggiungimento dell'equilibrio

19 Esterificazione di Fisher + 2 S 4 - S S 4-2 S La rimozione di acqua sposta l'equilibrio verso destra

20 Formazione di Ammidi La reazione degli acidi carbossilici con le ammine porta alla formazione di ammidi con un meccanismo che non è una sostituzione nucleofila acilica. L'ammina (basica) rimuove infatti un protone dall'acido carbossilico attraverso una reazione acido-base formando un sale. Il riscaldamento del sale a temperature > 100 favorisce l'eliminazione di acqua e porta alla formazione dell'ammide. + N 3 N4-2 stabile N 3

21 Il legame peptidico delle Le proteine sono catene di aminoacidi (AA) uniti tra loro. Il gruppo carbossilico di un AA ed il gruppo amminico N 2 di un altro AA reagiscono formando l ammide, con un legame denominato peptidico. proteine

22 I peptidi 3 2 N N N N 2 3 Alanina (ala) Serina (ser) serina (ser) alanina (ala) 3 2 N N Alanilserina (ala-ser) N N serilalanina (ser-ala) 3

23 Le proteine

24 iduzione Gli acidi sono ridotti ad alcoli con agenti riducenti forti come il LiAl 4 Acido carbossilico 2 1) LiAl 4 2) 3 + 1) LiAl 4 La reazione passa attraverso la formazione dell aldeide che viene ulteriormente ridotta ad alcol. E' difficile fermare la riduzione allo stadio di aldeide. Alcol primario 2 2) 3 + Acido fenilacetico 2-Feniletanolo (75%)

25 eattività dei derivati carbossilici

26 eattività La reattività dipende dalla grandezza della parziale carica positiva sull'atomo di carbonio carbonilico che dipende sia da effetti induttivi che da effetti di risonanza N 2 ' l Ammidi Esteri Anidridi Alogenuri

27 Effetti di risonanza La reattività sarà tanto maggiore quanto meno sarà importante la forma III Y Y Y I II III

28 Effetti induttivi L effetto induttivo elettron attrattore aumenta all aumentare dell elettronegatività dell atomo aumentando la reattività del composto elettronegatività δ δ + δ N' δ δ + δ ' δ δ + δ δ δ δ + δ + l δ reattività

29 Effetti di risonanza La forma III è tanto più importante quanto meno l atomo Y è elettronegativo Y + Y + + I Y II III La minor reattività dell estere rispetto all anidride è dovuta al fatto che in quest ultima l atomo di ossigeno centrale può essere delocalizzato su due gruppi carbonilici e la forma III diventa poco importante III + + II + + I II III

30 Derivati degli acidi La reattività decresce quanto più il gruppo uscente è basico.

31 Interconversione dei Derivati I derivati più reattivi possono esser convertiti in quelli meno reattivi.

32 Le reazioni degli alogenuri acilici l 2 alogenuro acilico ' acido carbossilico ' N 3 anidride ' estere ' N 2 ammide Le reazioni vengono condotte in presenza di piridina per bloccare l acido cloridrico che si sviluppa

33 Esteri da Alogenuri I cloruri acilici reagiscono con gli alcoli per dare gli esteri con buone rese. l N N + l - La reazione viene fatta in presenza di una base come la piridina per eliminare l'acido cloridrico che si forma dalla reazione.

34 Ammidi da Alogenuri I cloruri acilici reagiscono con ammoniaca per dare le ammidi. l N + 2 N 2 N La reazione viene fatta in presenza di una base come la piridina per eliminare l'acido cloridrico che si forma dalla reazione. N + l -

35 Le reazioni delle anidridi ' 2 anidride N 3 acido carbossilico ' N 2 ammide estere ' Le reazioni vengono condotte in presenza di piridina per bloccare l acido carbossilico che si sviluppa

36 Le reazioni degli esteri acido carbossilico 2 ( + o - ) ' estere 'MgX ' ' LiAl 4 alcol 3 N 3 estere ' N 2 ammide alcol 1

37 Idrolisi degli esteri SAPNIFIAZINE In ambiente basico ' + - ' + ' - + '

38 I trigliceridi I trigliceridi sono esteri neutri del glicerolo, formati da tre acidi grassi a lunga catena. Essi costituiscono una parte importante dell'olio vegetale e del grasso animale. Il glicerolo è l alcool a tre atomi di carbonio che contiene un gruppo ossidrilico su ogni atomo di carbonio. Gli acidi grassi sono uniti all'alcool tramite legami esterei. Trilinolenina

39 Saponi I saponi vengono prodotti riscaldando un grasso (trigliceride) in presenza di Na per produrre il sale sodico di un acido grasso che funziona come sapone. Esso è infatti costituito da una lunga catena di atomi di carbonio (coda idrofobica) e da un gruppo carbossilato terminale (testa idrofilica)

40 Saponi Un esempio di sapone è lo stearato di sodio, 3 ( 2 ) 16 - Na +.

41 eazione di eattivi di Grignard ' La reazione degli esteri con i reattivi di Grignard porta alla formazione degli alcoli in quanto i chetoni che si formano per sostituzione nucleofila vengono ulteriormente attaccati dai reattivi di Grignard + MgX ' ' δ - δ + MgX MgX MgX '

42 iduzione Gli esteri possono essere ridotti ad alcoli primari dal litio alluminio idruro (LiAl 4 ). Estere LiAl 4 ' etere Alcol primario + '

43 Le reazioni delle ammidi N 2 acido carbossilico 2 ( + o - ) LiAl 4 ammide 'MgX ' chetone N 2 ammina

44 eazione di eattivi di Grignard La reazione delle ammidi con i reattivi di Grignard si ferma allo stadio di chetone in quanto il prodotto dell'addizione del Grignard sull'ammide è stabile e per essere trasformato in chetone necessita di una catalisi acida che distrugge anche il Grignard in eccesso. ' N( 3 ) 2 + MgX 3 + MgX ' N( 3 ) 2 ' stabile

45 iduzione Per riduzione con LiAl 4 le ammidi sono ridotte ad ammine. N Ammide ' ' LiAl 4 N Ammina ' ' 3 N( 3 ) 2 3 N( 3 ) LiAl 4

46 Le reazioni dei nitrili N acido carbossilico 2 ( + o - ) LiAl 4 nitrile 'MgX ' chetone N 2 ammina

47 Idrolisi dei Nitrili In condizioni blande i nitrili idrolizzano ad ammide. 3 N N 3 N 3 N 2 3 N 2 iscaldando in soluzione acquosa acida o basica l idrolisi porta alla formazione dell acido carbossilico. N + - N Δ + N 3

48 Addizione di eattivi di Grignard L addizione porta alla formazione dell immina che poi idrolizza spontaneamente a chetone 3 N MgX 3 3 N MgX N + δ - δ

49 eattività in α

50 eazioni in α Il gruppo carbossilico ancor più di quello carbonilico ha la capacità di rendere leggermente acido l atomo di idrogeno legato all'atomo di carbonio in α. - Et Et Et Et - Et carbanione delocalizzato Per trattamento con una base sufficientemente forte si può avere quindi la formazione dell'anione coniugato che può reagire come nucleofilo.

51 ondensazione di laisen La reazione di un estere con etilato sodico porta alla formazione del prodotto di condensazione tra due molecole di estere. 3 Et Et Et 2 Et 3 Et Et Et Et Et β-chetoestere L'equilibrio è spostato verso destra per la formazione della base coniugata del prodotto finale.

52 Alchilazione in α Per reazione con un alogenuro alchilico l'anione del'estere acetoacetico può essere alchilato in posizione α attraverso una SN in cui il carbanione agisce da nucleofilo Et - - Et - X - X 3 2, + - Et 3 Δ Et Et Et acetoacetato di etile Il prodotto alchilato può essere trasformato in chetone per idrolisi e successiva decarbossilazione.