Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Декарбоксилирование

Декарбоксилирование — это элиминирование карбоксильной группы в виде диоксида углерода (СО2). Способность к отщеплению СО2 обнаружена как у карбоновых кислот, так и у карбоксилат-ионов. Декарбоксилирование солей незамещенных монокарбоновых кислот происходит при их нагревании с натронной известью:

Декарбоксилирование протекает легче при наличии у а-углеродного атома электроноакцепторной группы, способствующей элиминированию СО2. Поэтому декарбоксилирование первых двух представителей гомологического ряда дикарбо- новых кислот протекает легко:

При увеличении длины цепи атомов углерода и удалении электроноакцеп- тора способность к декарбоксилированию уменьшается.

В организме человека большое значение имеют реакции ферментативного декарбоксилирования а- и |3-оксокислот, а также а-аминокислот:

Реакции электрофильного центра

По электрофильному центру карбоновых кислот идут реакции нуклеофильного замещения (5дг), которые характерны не только для карбоновых кислот, но и для их функциональных производных. К реакциям 5дг относятся реакции получения функциональных производных карбоновых кислот и их гидролиза, а также реакции взаимопревращений функциональных производных карбоновых кислот.

Реакции ацилирования

Реакции получения и взаимопревращений функциональных производных карбоновых кислот называют реакциями ацилирования, так как продукты этих

реакций всегда содержат группу R-C^ , т.е. ацил — остаток молекулы карбоновой кислоты без гидроксильной группы. Ацильные остатки различных кислот имеют свои названия:

В зависимости от строения субстрата и силы нуклеофильного реагента реакции Sn могут протекать в присутствии катализаторов или без них. В условиях кислотного катализа при взаимодействии спиртов и карбоновых кислот нуклеофильная атака молекулой спирта карбонильного атома углерода приводит к образованию сложных эфиров. Тиолы в этих условиях образуют тиоэфиры.

При нагревании в присутствии дегидратирующих веществ происходит отщепление молекулы воды от двух молекул кислоты, что приводит к образованию ангидридов кислот. При комнатной температуре карбоновые кислоты взаимодействуют с аммиаком с образованием аммониевых солей, которые при нагревании превращаются в амиды карбоновых кислот. При взаимодействии карбоновых кислот с неорганическими галогенидами (PCI5, PCI3, SOCI2) образуются галоидацилы, или галогенангидриды карбоновых кислот. Наиболее часто используют хлорангидриды, которые получают при взаимодействии карбоновых кислот с тионилхлоридом (SOCI2), поскольку в реакции образуются побочные газообразные продукты, легко удаляемые из реакционной смеси.

Схемы реакций получения функциональных производных кислот:

Характерными для функциональных производных карбоновых кислот являются реакции гидролиза — реакции с участием молекул воды, приводящие к образованию карбоновых кислот.

Галогенангидриды гидролизуются с высокой скоростью без катализаторов, поэтому их следует хранить в герметичной упаковке, исключающей доступ влаги из воздуха. Другие функциональные производные карбоновых кислот подвергаются гидролизу в присутствии кислотных или основных катализаторов:

Реакционная способность карбоновых кислот и их производных в 5дгреак- циях. Определяется рядом факторов:

  • ? нуклеофильностью атакующего реагента;
  • ? величиной эффективного положительного заряда на атоме углерода электрофильного центра;
  • ? стабильностью уходящей группы — нуклеофуга (стабильным является нуклеофуг с делокализованым отрицательным зарядом; слабое основание);
  • ? пространственными затруднениями для атаки нуклеофила.

Чем сильнее нуклеофильность атакующего реагента, больше величина 8+ на атоме углерода субстрата, стабильнее уходящая группа и меньше пространственные затруднения для атаки нуклеофила, тем выше скорость 5дгреакций.

Увеличение реакционной способности карбоновых кислот в 5дгреакциях осуществляется путем повышения электрофильности атома углерода карбоксильной группы, что достигается:

? использованием кислотного катализа:

? введением в карбоксильную группу более сильных, чем гидроксильная группа, электроноакцепторов, например галогенов:

Реакции взаимопревращения функциональных производных карбоновых кислот часто применяют для получения их в лабораторных условиях. При использовании активных ацилирующих агентов можно добиться протекания реакций взаимопревращения функциональных производных карбоновых кислот без катализаторов. Например, незамещенные амиды карбоновых кислот можно получить при ацилировании аммиака хлорангидридами и ангидридами кислот или путем аммонолиза сложных эфиров:

С учетом влияния заместителей на величину эффективного положительного заряда электрофильного центра и стабильности нуклеофуга (н/фуг) карбоновые кислоты и их функциональные производные можно расположить в ряд по убыванию их реакционной способности:

Наиболее реакционноспособные галогенангидриды вступают в реакции без катализа. Карбоновые кислоты, сложные эфиры и амиды имеют слабые электрофильные центры. Реакции с ними протекают в присутствии каталитических количеств кислот либо оснований.

Механизм без катализа двустадийный:

  • 1- я стадия — атака нуклеофила с образованием тетрагонального алкоголят- аниона;
  • 2- я стадия — стабилизация тетрагонального иона за счет отщепления хорошо уходящей группы:

По такому механизму реакция протекает при наличии сильного электрофильного центра или сильного нуклеофила и легко уходящей группы. В случае реакций Sn со слабыми электрофильными субстратами (карбоновые кислоты, сложные эфиры, амиды), в присутствии слабых нуклеофилов и плохо уходящих нуклеофугов обычно необходим кислотный катализ. Протонирование атома кислорода (основного центра) приводит к появлению карбокатиона, т.е. увеличивает силу электрофильного центра. По сравнению с механизмом некатализи- руемой реакции, механизм 5дгреакций в присутствии кислотного катализатора включает дополнительные стадии: предварительную — протонирование и заключительную — депротонирования:

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>