Appunti di Chimica organica - Parte E

Reazioni degli acidi carbossilici

Reazioni con le basi

Tutti gli acidi carbossilici, sia quelli solubili che quelli insolubili in acqua, reagiscono con NaOH, KOH ed altre basi forti per formare sali solubili in acqua. Gli acidi carbossilici formano sali solubili in acqua con l'ammoniaca e le ammine.

Preparazione degli acidi carbossilici

Per trattamento di un reattivo di Grignard con anidride carbonica si ottiene il sale di magnesio di un acido carbossilico che, per protonazione con acido acquoso, dà un acido carbossilico. Quindi, la carbonatazione di un reattivo di Grignard è una via per convertire un alogenuro, alchilico o arilico, in un acido carbossilico.

Riduzione

Litio alluminio idruro

Il litio alluminio idruro riduce un acido carbossilico ad alcol primario. Esso è sciolto in etere dietilico o in THF. Quando un acido carbossilico reagisce con il litio alluminio idruro, il prodotto iniziale è uno ione tetralcossialluminato, che viene trattato con acqua per dare l’alcol primario ed idrossidi di litio ed alluminio.

Riduzione selettiva di altri gruppi funzionali

Poiché i gruppi carbossilici sono stabili, è possibile selettivamente ridurre questi gruppi funzionali ad alcoli o alcani in presenza di gruppi carbossilici. Le aldeidi ed i chetoni sono ridotti ad alcoli sia dal LiAlH che dal NaBH. Tuttavia, soltanto il LiAlH è capace di ridurre i gruppi carbossilici. Pertanto, è possibile ridurre il gruppo carbonilico di un’aldeide o di un chetone in maniera selettiva in presenza di un gruppo carbossilico, facendo uso del NaBH come agente riducente.

Esterificazione

Esterificazione di Fischer

Gli esteri possono essere preparati per reazione di un acido carbossilico con un alcol in presenza di un catalizzatore acido, di solito H₂SO₄, ArSO₃H o HCl gassoso. La trasformazione di un acido carbossilico ed un alcol in un estere viene chiamata esterificazione di Fischer. L’esterificazione acido-catalizzata è reversibile.

Conversione in cloruri acilici

Il gruppo funzionale di un alogenuro acilico è un gruppo carbonilico legato ad un atomo di alogeno. I cloruri acilici sono per lo più preparati per reazione di un acido carbossilico con il cloruro di tionile, lo stesso reagente usato per trasformare un alcol in un cloroalcano.

Reazioni dei derivati funzionali degli acidi carbossilici

Addizione nucleofila acilica

Questa reazione può essere condotta in condizioni basiche, in cui un nucleofilo carico negativamente si addiziona direttamente al carbonio carbonilico. L’intermedio tetraedrico di addizione al carbonile così formatosi cattura quindi un protone da un donatore di protoni, HA. Il risultato di questa reazione è un’addizione nucleofila. Questa reazione può anche essere catalizzata da un acido, nel qual caso la protonazione (addizione di un protone) dell’ossigeno carbonilico precede l’attacco del nucleofilo.

Sostituzione nucleofila acilica

L’intermedio tetraedrico di addizione al carbonile dei derivati degli acidi carbossilici collassa, espellendo il gruppo uscente, Gu, e rigenerando il gruppo carbonilico. Il risultato di questa sequenza di addizione-eliminazione è una sostituzione nucleofila acilica. Quando la reazione è acido-catalizzata, lo stadio di protonazione precede l’attacco nucleofilo e, analogamente, la protonazione precede la fuoriuscita del gruppo uscente.

Reazioni con l'acqua: idrolisi

Cloruri acilici

I cloruri degli acidi di basso peso molecolare reagiscono rapidamente con l’acqua per dare acidi carbossilici e HCl. I cloruri degli acidi di maggiore peso molecolare sono meno solubili in acqua e perciò reagiscono con essa meno rapidamente.

Anidridi degli acidi

Le anidridi degli acidi sono in genere meno reattive dei cloruri acilici. Tuttavia, anche le anidridi di minore peso molecolare reagiscono rapidamente con l’acqua per formare due molecole di acido carbossilico.

Esteri

Gli esteri vengono idrolizzati con catalisi acida per dare un acido carbossilico.

Saponificazione

L’idrolisi degli esteri può anche essere condotta usando una base acquosa a caldo come NaOH acquoso. L’idrolisi degli esteri in presenza di una base acquosa è spesso chiamata saponificazione. Vi sono due principali differenze fra l’idrolisi di esteri in presenza di un acido acquoso e di una base acquosa. Per l’idrolisi di un estere in acido acquoso sono richieste soltanto quantità catalitiche di acido. Per l’idrolisi in base acquosa la base è necessaria in quantità stechiometriche, poiché essa è un reagente, non un catalizzatore. L’idrolisi di un estere in presenza di un acido acquoso è reversibile, mentre l’idrolisi in presenza di una base acquosa è irreversibile, poiché un anione carbossilato non è attaccato da ROH.

Ammidi

L’idrolisi delle ammidi avviene sia in ambiente acido che in ambiente basico rispetto all’idrolisi degli esteri. In presenza di una base acquosa, i prodotti di idrolisi di un’ammide sono il sale carbossilato e l’ammoniaca o un’ammina. Il meccanismo dell’idrolisi delle ammidi in presenza di una base acquosa è più complesso rispetto al corrispondente meccanismo di idrolisi degli esteri, perché l’anione ammidico è un pessimo gruppo uscente.

Nitrili

Il gruppo ciano di un nitrile viene idrolizzato in ambiente acido acquoso per dare il corrispondente acido carbossilico ed uno ione ammonio. Nell’idrolisi acido-catalizzata di un gruppo ciano, la protonazione dell’atomo di azoto genera un catione che reagisce con l’acqua per dare un acido immidico. La tautomeria cheto-enolica dell’acido immidico genera un’ammide. L’ammide è quindi idrolizzata ad acido carbossilico e ione ammonio. L’idrolisi di un gruppo ciano in presenza di una base acquosa genera un anione carbossilato ed ammoniaca. La reazione è portata a completamento dalla reazione acido-base fra l’acido carbossilico e la base per formare un anione carbossilato. L’acidificazione della miscela di reazione converte l’anione carbossilato nell’acido carbossilico corrispondente. La reazione acido-catalizzata procede in maniera analoga; la sola differenza è nell’ordine dei trasferimenti protonici. L’idrolisi dei nitrili è un metodo sintetico per la preparazione di acidi carbossilici da alogenuri alchilici primari o secondari. Questo metodo sfrutta l’introduzione su una catena carboniosa di un atomo di carbonio sotto forma di gruppo ciano, che viene poi trasformato nel gruppo carbossilico. L’idrolisi delle cianidrine, che si ottengono dall’addizione di HCN ad aldeidi o chetoni, fornisce una valida via sintetica per ottenere gli acidi α-idrossicarbossilici.

Reazioni con gli alcoli

Alogenuri acilici...