Acidi carbossicili e derivati

Acidi carbossilici RCOOH

Cloruri acilici RCOCl SOCl₂ H₂O

Anidridi RCOOCOR P₂O₅ H₂O

Esteri RCOOR' R'OH, H₃O⁺ 1.KOH, Δ 2.H₃O⁺

Ammidi RCONR'₂, RCONHR', RCONH₂ R'₂NH, R'NH₂, NH₃ Δ H₃O⁺, Δ

Nitrili RCN P₂O₅

Schema generale dei derivati

Acidi Carbossilici RCOOH SOCl₂ → Cloruri acilici RCOCl P₂O₅ → Anidridi RCOOCOR R'OH, H₃O⁺ → Esteri RCOOR' R'₂NH, R'NH₂, NH₃ → Ammidi RCONR'₂, RCONHR', RCONH₂ P₂O₅ → Nitrili RCN H₂O → RCOO^- R'OH → R'OH NH₃ → R'₂NH, R'NH₂ 1.KOH, ∆ 2.H₃O⁺ H₃O⁺, ∆ H₃O⁺, ∆

Acidi carbossilici

Acidi carbossilici -> presenza del gruppo carbossilico

RCOOH -> carbossilico ⇓ carbossilico

Vari modi di rappresentare il gruppo carbossilico

• COOH
• CO₂H

Nomenclatura IUPAC

Nomenclatura IUPAC -> deriva dal nome della catena carboniosa più lunga che contiene il gruppo carbossilico sostituendo al nome dell’alcano di riferimento il suffisso “oico” preceduto dalle parole “acido”.

Il suffisso “oico” si antepone le parole “acido”.

La catena viene numerata partendo dal carbonio del gruppo carbossilico.

HCOOH acido metanoico A. Formico

CH₃COOH acido etanoico A. Acetico

Acido 3-metil butanoico A. Isovalerico

C₆H₅CO₂H acido benzoico

Acido 2-idrossi benzoico

Acidi dicarbossilici

HOOC-COOH ossalico

HOOCCH₂COOH malonico

HOOCCH₂CH₂COOH succinico

HOOCCH₂CH₂CH₂COOH glutarico

HOOCCH₂CH₂CH₂CH₂COOH adipico

Nomenclatura comune

Nomenclatura comune -> quando si usano i nomi comuni si utilizzano le lettere α, β, γ, δ, ε... per indicare la posizione dei sostituenti rispetto.

Acido β-idrossibutirrico CH₃C₂CH₃OH

Acido α-aminoisobutyrrico (alanina)

Struttura gruppo carbossilico

Carbonio carbonilico sp²

Geometria sostituenti ➔ trigemelle planare

Legame polarizzato

C^δ+-O^δ-....H-O^δ+-H-C

Proprietà fisiche

Legame a H

Hanno p.e. ➔ rispetto ad altri composti organici quali alcoli, aldeidi e chetoni (sono a pari peso molecolare)

Interagiscono con l'H₂O formando legame a H, solubili ma col carbonio che i gruppi ossidrilici interagiscono a legame a H con alcoli

Diminuisce all'aumentare delle parti non molecolare

Presenza nella molecola delle parti idrofobe (“più semplice per compensare”)

A causa delle forti interazioni molecolari, sono e solubili

Solubilità acquosa ➔ dipende dalla struttura della molecola delle parti lipofile (“più semplice nel gruppo”)

Acidità acidi carbossilici

p.e. OC sono acidi deboli

CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO^- + H₃O⁺

Fenolo = acilico Leptone? - Perclor + altri

Scissione prototrica ➔ delocalizzazione coppie elettroniche delle varie cariche

Effetto reciproco ➔ lo sostituzione se nel carbonio del gruppo di stini o eteroelettroni il numero dei C aumenta ➔ effetto mimum

Per capire meglio questi acidi confronto l’acido benzoico con l’acido acetico

Effetto induttivo dell’estinzione-distruzione dell'più semplice del gruppo metilico dell’acido acetico

Acido formico rispetto pale a quello del gruppo sp³ dell’estinzione rispetto del gruppo carbonile dell’acido acetico

Acido benzoico benzene orto ➔ più forte dell’acetico

E g 5,17 pH 4,19

Gruppi elettroni attrari -NHCOR -NH₂

Gruppo elettroni attratari -COR -COOR -CN -CONR

Acidità in acqua

Acidità Acidi Carbossilici

In acqua gli acidi carbossilici si dissociano per formare un anione carbossilato RCOO^- e un idrogenione H⁺

RCOOH ⇄ RCOO^- + H⁺

L'acidità degli acidi carbossilici è dovuta a 2 fattori:

• Risonanza
• Effetto induttivo

Risonanza ⇒ Confrontiamo acido acetico ed etanolo =

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + H⁺ K_a = 10^-5

CH₃CH₂OH ⇄ CH₃CH₂O^- + H⁺ K_a = 10^-16

Nello ione etilato la carica negativa è localizzata sull'O, mentre nello ione acetato è delocalizzata su due atomi di O. Essopen per risonanza è quindi:

Induttivo ⇒ A determinare il valore dell'acidità è il tipo di gruppo legato al carbonile =

I gruppi elettronoattrattori determinano un aumento di acidità

I gruppi elettronodonatori la fanno diminuire

Infatti CH₃COOH è 12 volte più debole di HCOOH

Derivati degli acidi carbossilici

• Cloruri acilici
• Esteri
• Anidridi
• Ammidi
• Ammidi fosforiche
• Fenoli

1. Alogenuri acilici

Prendono il nome dagli ac. carbossilici corrispondenti trasformando il suffisso ico in ile e premettendo la parola alogenuro (Cloruro).

CH₃COCl Cloruro di Etanoile o Acetile

Cloruro di Benzoile

5. Anidridi degli acidi carbossilici

Prendono il nome dagli acidi carbossilici da cui derivano.

Anidride acetica

Anidride benzoica

5.A. Anidridi dell'acido fosforico

Anidridi che si ottiene da due molecole di acido fosforico per eliminazione di una molecola di H₂O

Acido pirofosforico

Acido trifosforico (Contiene tre gruppi anidridici)

2. Esteri degli ac. carb.

Il gruppo alchilico è nominato per primo seguito dal nome dell'acido carboxilico di riferimento.

Etil estanoato o etile acetato o acetato di etile

Metile benzoato ossia benzoato di metile

Amidi degli acidi carbossilici

Il nome si ricava da quello degli acidi dai quali derivano, sostituendo il suffisso -oico con -ammide.

R-C-NH₂

CH₃-C-NH₂ etanammide

CH₃CH₂-C-NH₂ propanammide

C-NH₂ benzenammide

H-C-N(CH₃)₂ N,N - dimetilformammide

Nitrili

Composti che contengono il gruppo ciano - C ≡ N.

Non derivano dalla f. generale dei derivati degli acidi carboss., sono considerati dei derivati poiché per idrolisi forniscono le ammidi e poi gli acidi carbossilici.

CH₃C ≡ N etannitrile

C ≡ N bensonitrile

P.S. C ≡ N è il triplo legame, tre coppie quantificate da un legame e due p, con un angolo di 180°.

Reazioni acidi carbossilici

Reazioni con le basi. Tutti gli acidi carbossilici sono solubili che in H₂O reagiscono con NaOH, KOH e altre basi forti per creare sali solubili in acqua e ac. carboss.

Acido carboss. + NaOH/KOH H₂O → sale solubile in H₂O

A. benzoico

A. benzoico poco solubile in acqua

Benzoato di sodio benzoato d'ammonio buona solubilità in acqua

Sostituzione nucleofila

Sostituzione nucleofila acile

Il carbonio carbonile è elettrofilo in grado di reagire con nucleofili.

Meccanismo

St1) Il nucleofilo si addiziona al carbonile.

St2) L'intermedio rigenera il carbonile ed espelle il gruppo uscente.

Quindi:

Addizione + Eliminazione ⇒ Reazione di sostituzione

Ma forse anche S_N dei derivati degli acidi carbossilici

Cl Br OCO_R' OR' INHRR' = OH, OR₁, OCO_R1, NH₂, NHR

Reazione con aldeide e chetone

NB: Qui possiamo notare che non avremo più Addizione + Eliminazione, ma Addizione + Addizione; nucleofili alcoli ed elettrofili non posseggono un buon gruppo uscente; non possiamo eliminare RO⁻; residui esterei non frutto caso; nessun gruppo uscente.

Questi sono relativi i derivati degli acidi carbossilici:

Effetti da considerare

• L'effetto induttivo elettron attiratore di X aumenta l'elettrofilia del carbonio carbonilico.
• Struttura di risonanza di un derivato di acido carboss.
• Più è debole la base, più è facile eliminarlo.
• Base Debole < NH₂ Forte

Possono esistere anche le varie strutture di risonanza di un acido carbossilico o derivato di un acido carbossilico.

NB: C'è il pKa dell'acido coniugato del gruppo uscente (quindi acido + forte), migliore è il gruppo uscente più reattivo è il composto.

Reazioni degli acidi carbossilici

1.2 Riduzione

Il LiAlH₄ riduce un acido carbossilico ad alcol io con rese eccellenti (possono rimanere le resecal).

LiAlH₄ H₂O Potentissimo riducente

1.3 Preparazione dei cloruri acilici

Il cloruro di tionile converte il gruppo carboss in clog serie.

Acilo ciprossi

Cloruro di tioile Boer Cloro solfido

Cloruro deleolo

Prol tule Generato in situ Per formare all Estere o amiible

1.4 Preparazione degli anidridi degli acidi

Es. come prepariamo l'anidride acetica? Riscaldando acido acetico.

Molti anidridi, soprattutto quelle ediche ottenute da acidi dicarbossilici, si possono preparare per disidratazione ad alte temperature degli acidi corrispondenti in modo da eliminare H₂O.

Acido Maleico

Anidride Maleica

1.5 Preparazione di esteri da acidi

Gli esteri possono essere preparati per azione di un acido carbossilico con un alcool in presenza di un disidratante acido, H₂SO₄, P₂O₅, HCl.

Questa trasformazione si chiama Esterificazione di Fischer.

Reazione generale: CH₃-C-OH + CH₃OH → CH₃-C-O-CH₃.

Altri esempi di preparazioni degli esteri:

++ HCl+

1.6 Preparazione di amidi da acidi

+ H₃C₂CH₂NH₂ 220° C

- Preparazione di amidi da esteri 1.0

R - O^-

Amide

Reazioni degli alogenuri acilici

2.1 Reazione con gruppo = idrolisi degli alog acilici

CH₃CCl + H₂O → CH₃COH + HCl

Cloruro di acetile

(idroloisi degli acilici) → acido carbossilico

Acido carbossilico

2.2 Reazione dei cloruri degli acidi con alcoli = sintesi degli esteri (Acilolisi)

CH₃CH₂CH₂CCl + HO-

Cloruro di butanoli → sostituzione → CH₃CH₂CH₂CO+OH⁻

Bromuro di acetile (97%)

2.3 Reazione dei cloruri degli acidi con NH₃ o ammine = sintesi di ammidi

Schema generale

R+CCl + NH₃ → [Prodotto sostituito] → R-CO-NH₂

Prodotto

Cloruro di benzile → Acetammide

Attuando i due metodi si ottiene un'ammina

H₃C—C—Cl + 2NH₃ → CH₃CH(CH₂NH₂ + NH₄Cl

2-metilpropanammide (83%)

2-acid cl. Reazione del cl. cellule con reattivo di Grignard: sn, alcool 3^o

H₃C—C + CH₃CH₂MgBr → O=||

H₃CCH₃—CH₂CH₂CH₂OH + H₂O-C₂CH₃C—H₃C—CH₂CH₂OH +

Acido dilato

3. Reazioni degli anidridi degli acidi

3.1 Reazione con H₂O

Le anidridi sono meno reattive dei cloruri acilici. Esse reagiscono con H₂O perrottentemente per reale attacco elettronico.

CH₃COOCH₃ + H₂O → CH₃COOH + HOCH₃

Anidride acetica

Acido acetico

3.2 Reazione degli anidridi con gli alcoli

Effetti degli alcoli. Gli esteri vengono idrolizzati a pH molto lento. Le reazioni vengono accelerate dalla presenza di un acido o una base.

CH₃COOCH₃ + HOCH₂CH₃ → CH₃COCH₂CH₃ + CH₃COOH

Anidride acetica

Acido acetico

3.3 Reazione degli anidridi con NH₃

CH₃COOCH₃ + 2NH₃ → CH₃CNH₂ + CH₃COO^-NH₄⁺

4. Reazioni degli eteri

4.1 Reazioni con acqua

Ambienti deputativi.

R-COOCH₃ + H₂O → H₃O⁺ [R-COOH]^- + CH₃OH

Ambiente basico

R-COOCH₃ + NaOH → RCOO^-Na⁺ + CH₃OH

Saponificazione, sale acido carbossilico

Meccanismo idrolisi basica di un estere

Saponificazione

R–C_O–O_CH3 + OH⁻ → R–C_O⁻ + CH₃OH

Le sapon. è l'idrolisi di un estere in NaOH e KOH acquoso con formazione di un alcol e del sale di sodio o di potassio di un acido carbossilico.

È il processo di produzione del sapone a partire da grassi e idrossidi di metalli alcalini, o pure l'omonimo e l'idrolisi basica di un trigliceride per produrre il corrispettivo sale (comunemente detto sapone). Assume di solito il prodotto avere glicerolo.

C.2 Reazione diretta con reattivo di Grignard

C.2 Reazione diretta con reattivo di Grignard → classe R–OH

H–C_OCH₃ + 2R–MgX → sale dell’alcol → idrolisi → OH

CH₃C_OCH₃ + 2R–MgX → sale dell’alcol → idrolisi → OH

[Per 4 eq. di estere sono consumati 2 eq. di reattivo di Grignard]

(Meccanismo)

CH₃C_O–O_CH3 + R–MgX → CH₃C_O–R + CH₃O⁻

CH₃C_O–R + R–MgX → CH₃C_O–R → R(C_O)CH₃ → Alcol

A. Esercizi di sintesi di alcoli 3^o

Benzoato di metile (estere)

Acetofenone (chetone)

2-fenilpropan-2-olo (alcol 3^o)

A.3 Riduzione esteri

A.3 Riduzione esteri → alcol 1^o

Arom. chetoni ins, aldeidi specie riduc. (ruolo scarsa effic.)

Con un agente riducente blando si fermano a livello delle aldeidi

Meccanismo

St1

H₃AR → H

St2

+ AR₃

Questo intermediario non ha gruppo uscente

+ H₃AR → H

+ CH₂OH

+ CrO₂

• Attacco nucleofilo da H^-
• Rapture → sostituire Ζ
• Attacco nucleofilo da H
• Formazione dell'alcol sodio

5. Reazioni delle ammidi

Struttura ammidi

(caratteristica -> gruppo acilico legato ad un N). Si toglie “oico” all'acido corrispondente e si mette “ammide”.

CH₃CNH₂

Azetammide (Ammide 1°)

N, N-Dimetilformammide (Ammide 3°)

• Possibile isomeri H delle ammidi: 2^a e 3^a (7 prevalente)
• Conformazione e Numero fenotro regolano reazione con gruppo nello stesso piano

8.1 Reazioni con H₂O -> acidi e ammine

Come esteri ottenuti idrati -> un substrato acido e basico, ma rispetto agli esteri si idrolizzano + difficilmente

E preferire quelle aciliche che negli esteri dalle basi sono stati idrolizzati con base (C_antri di, terze prolungati)

Reoss endraffale

CH₃CH₂CH₂C≡N + H₂O + HCL (con 2 COH) -> CH₃CH₂CH=COH + ^NH₄ Cl^-

O: Fenitoamoina

Idrolysis HCl residuali

OH^- R_Y - HOH -> R_Oppure o: H₃O O ^- R^- idrossi R_OH