Elektrofilne supstitucijske reakcije- zamjenske reakcije u kojima se izvodi napad elektrofil- čestica koja je pozitivno naelektrisana ili ima nedostatak elektrona. Kada se formira nova veza, odlazeća čestica je elektrofuga se odvaja bez svog elektronskog para. Najpopularnija odlazeća grupa je proton H+.
Svi elektrofili su Lewisove kiseline.
Opšti pogled na reakcije elektrofilne supstitucije:
(kationski elektrofil)
(neutralni elektrofil)
Postoje aromatične (rasprostranjene) i alifatske (rjeđe) reakcije elektrofilne supstitucije. Priroda reakcija elektrofilne supstitucije specifično za aromatične sisteme objašnjava se visokom gustinom elektrona aromatičnog prstena, koji može privući pozitivno nabijene čestice.
Za aromatične sisteme zapravo postoji jedan mehanizam elektrofilne supstitucije - S E Ar. Mehanizam S E 1(slično mehanizmu S N 1) - izuzetno je retko, ali S E 2(odgovara po analogiji S N 2) - uopšte se ne pojavljuje.
Reakcije S E Ar
Mehanizam reakcije S E Ar ili aromatične elektrofilne supstitucijske reakcije je najčešća i najvažnija među reakcijama supstitucije aromatičnih spojeva i sastoji se od dvije faze. U prvoj fazi se dodaje elektrofil, a u drugoj fazi se odvaja elektrofuga:
Tokom reakcije nastaje pozitivno nabijeni intermedijer (na slici 2b). To se zove Ueland intermediate, aronijum jona ili σ-kompleks. Ovaj kompleks je općenito vrlo reaktivan i lako se stabilizira, brzo eliminirajući kation.
Limitirajuća faza u velikoj većini reakcija S E Ar je prva faza.
Napadajuće čestice su obično relativno slabi elektrofili, tako da je u većini slučajeva reakcija S E Ar nastaje pod uticajem katalizatora - Lewisove kiseline. Najčešće se koriste AlCl 3, FeCl 3, FeBr 3, ZnCl 2.
DEKARBOKSILACIJA, eliminacija CO 2 iz karboksilne grupe karboksilnih kiselina ili karboksilatne grupe njihovih soli. To se obično provodi zagrijavanjem u prisustvu kiselina ili baza. Aromatične kiseline se po pravilu dekarboksiliraju u teškim uslovima, na primjer, kada se zagrijavaju u kinolinu u prisustvu metalne kiseline. puderi Ovom metodom, u prisustvu Cu, furan se dobija iz piroslitičke kiseline. DEKARBOKSILACIJA aromatičnih kiselina je olakšana u prisustvu elektrofilnih supstituenata, na primjer, trinitrobenzojeva kiselina se dekarboksilira kada se zagrije na 40-45 °C. D. pare karboksilnih kiselina preko zagrijanih katalizatora (Ca i Ba karbonati, Al 2 O 3 itd.) - jedna od metoda za sintezu ketona:
2RCOOH: RCOR + H 2 O + CO 2.
DEKARBOKSILANJE natrijumovih soli karboksilnih kiselina tokom elektrolize njihovih konc. vodeni rastvori je važna metoda za pripremu alkana. Halogendekarboksilacija - zamjena karboksilne grupe u molekuli halogenom, nastaje pod djelovanjem LiCl i Pb tetraacetata na karboksilne kiseline, kao i slobodnih halogena (Cl 2, Br 2, I 2) na soli karboksilnih kiselina, npr. :
RCOOM RHal (M = Ag, K, Hg, T1).
Srebrne soli dikarboksilnih kiselina pod dejstvom I 2 lako se pretvaraju u laktone: 
Važnu ulogu ima i oksidativna DEKARBOKSILACIJA - eliminacija CO 2 iz karboksilnih kiselina, praćena oksidacijom. Ovisno o korištenom oksidirajućem agensu, takva DEKARBOKSILANJE dovodi do alkena, estera i drugih proizvoda. Dakle, tokom DEKARBOKSILACIJE feniloctene kiseline u prisustvu piridin-N-oksida nastaje benzaldehid: 
Slično kao DEKARBOKSILANJE soli karboksilnih kiselina, dešava se i DEKARBOKSILANJE derivata organskih elemenata i estera, npr. 
Reakcije dekarboksilacije karboksilnih kiselina su energetski povoljan proces, jer kao rezultat, formira se stabilan CO 2 molekul. Dekarboksilacija je tipična za kiseline koje imaju supstituent koji povlači elektrone u ά-položaju. Dvobazne kiseline se najlakše dekarboksiliraju.
Oksalna i malonska kiselina se lako dekarboksiliraju pri zagrijavanju, a kada se jantarna i glutarna kiselina zagrijavaju, nastaju ciklički anhidridi, što je posljedica stvaranja peto- ili šestočlanih heterocikla koji imaju stabilne konformacije „polustolice“ i „stolice“. .
U biološkim sistemima se javljaju reakcije dekarboksilacije uz učešće enzima - dekarboksilaza. Dekarboksilacija aminokiselina dovodi do stvaranja biogenih amina.
Dekarboksilacija aminokiselina dovodi do stvaranja biogenih amina.
U zasićenim alifatskim kiselinama, kao rezultat EA utjecaja karboksilne grupe, pojavljuje se CH - kiseli centar na α-ugljičnom atomu. Ovo se jasno pokazuje u reakcijama halogeniranja.
Halidom supstituisane kiseline se široko koriste za sintezu biološki važnih jedinjenja - hidroksi i aminokiselina.
Predavanje br. 12
KARBOKSILNE KISELINE
Plan
1. Načini dobijanja.
2. Hemijska svojstva.
2.1. Kisela svojstva.
2.3. Reakcije a - atom ugljenika.
2.5. Oporavak.
2.6. Dikarboksilne kiseline.
Predavanje br. 12
KARBOKSILNE KISELINE
Plan
1. Načini dobijanja.
2. Hemijska svojstva.
2.1. Kisela svojstva.
2.2. Reakcije nukleofilne supstitucije.
Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina.
2.3. Reakcije a - atom ugljenika.
2.5. Oporavak.
2.6. Dikarboksilne kiseline.
1. Načini dobijanja
2. Hemijski
svojstva
Karboksilne kiseline sadrže karboksilnu grupu u kojoj su direktno povezane
karbonil grupa i hidroksil. Njihov međusobni uticaj određuje novo
kompleks svojstava različitih od svojstava karbonilnih spojeva i
hidroksil derivati. Reakcije koje uključuju karboksilne kiseline se odvijaju prema
sledeći glavni pravci.
- Supstitucija vodonika COOH grupe pod
djelovanje osnova ( kiselinska svojstva). - Interakcija sa nukleofilnim reagensima
na karbonilnom atomu ugljika ( formiranje funkcionalnih derivata i
oporavak) - Reakcije a - atom ugljenika
(halogeniranje) - Dekaboksilacija
2.1. Kisela
svojstva
Karboksilne kiseline spadaju među najjače organske kiseline. Njihova voda
rastvori su kiseli.
RCOOH + H 2 O = RCOO - +
H3O+
Razlozi visoke kiselosti karboksilnih kiselina i
njegova ovisnost o prirodi supstituenata u ugljovodoničnom radikalu bila je
o kojoj smo ranije govorili (vidi predavanje br. 4).
Karboksilne kiseline stvaraju soli kada
interakcija sa aktivnim metalima i većinom baza. 
U interakciji sa jakim neorganskim
kiseline, karboksilne kiseline mogu pokazati osnovna svojstva dodavanjem
proton na atomu karbonilnog kiseonika. 
Koristi se protoniranje karboksilnih kiselina
da aktivira karboksilnu grupu u reakcijama nukleofilne supstitucije.
Zbog prisutnosti u molekulu u isto vrijeme
kiseli i bazni centri, karboksilne kiseline formiraju intermolekularne
vodonične veze i postoje uglavnom u obliku dimera (vidi predavanje br. 2).
2.2. Reakcije nukleofilne supstitucije.
Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina.
Glavna vrsta reakcija karboksilnih kiselina je
interakcija sa nukleofilima za formiranje funkcionalnih derivata.
Interkonverzije povezivanja karboksilnih kiselina i njihova funkcionalnost
derivati su prikazani na dijagramu.
Veze prikazane na dijagramu sadrže
acil grupa Tokom
njihove međusobne transformacije, ona prelazi nepromijenjena iz jednog spoja u
drugi kombinovanjem sa nukleofilom. Takvi procesi se nazivaju acilacija,
i karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati – aciliranje
reagensi. Općenito, proces acilacije se može predstaviti
sledeći dijagram. 
Dakle, acilacija je
proces nukleofilne supstitucije na karbonilnom atomu ugljika.
Razmotrimo mehanizam reakcije u opštem obliku i
uporedi sa Ad N -reakcije
aldehida i ketona. Kao i kod karbonilnih spojeva, reakcija počinje
od napada nukleofila na karbonil atom ugljika koji nosi efekt
pozitivan naboj. Istovremeno se lomi str - formira se veza ugljik-kiseonik tetraedarski
srednji. Putevi za dalju transformaciju intermedijera u karbonil i
acilna jedinjenja su različita. Ako karbonilna jedinjenja daju proizvod pristupanje, zatim acilna jedinjenja eliminišu grupu X i daju proizvod zamjene.
Razlog za različito ponašanje acil i
karbonilni spojevi - u različitoj stabilnosti potencijalne odlazeće grupe X.
U slučaju aldehida i ketona, to je hidridni anion H — ili karbonanjon R — , koji su zbog svoje visoke bazičnosti
izuzetno loše grupe koje napuštaju. U slučaju acilnih jedinjenja X
mnogo stabilnija odlazeća grupa (Kl — ,
RCOO - , RO - , NH 2 - ), što ga čini mogućim eliminirati u obliku anjona
X — ili konjugirane kiseline
NH.
Reaktivnost prema
karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati imaju manje nukleofila od
aldehidi i ketoni, budući da je efektivno pozitivno naelektrisanje karbonila
njihov atom ugljika je niži zbog + M- efekta X grupe.
Aktivnost acilne grupe se povećava pod uslovima
kisela kataliza, jer protonacija povećava efektivnost
pozitivan naboj na atomu ugljika i olakšava napad
nukleofil. 
Prema sposobnosti aciliranja derivata
karboksilne kiseline su raspoređene u sljedećem redu u skladu sa smanjenjem
+M-efekat grupe X.
U ovoj seriji se mogu dobiti prethodni pojmovi
naknadna acilacija odgovarajućeg nukleofila. Proces dobijanja više
praktički nema aktivnih acilirajućih reagensa od manje aktivnih zbog
nepovoljan položaj ravnoteže zbog veće bazičnosti
napuštajuću grupu u poređenju sa napadačkim nukleofilom. Sve funkcionalno
derivati se mogu dobiti direktno iz kiselina i u njih se pretvaraju
tokom hidrolize.
Kloridi i anhidridi kiselina
Metode prijema
Kiseli hloridi se dobijaju reakcijom
karboksilne kiseline sa fosfornim i sumpornim halogenidima.
RCOOH + SOCl 2 ® RCOOCl + SO 2 +
HCl
RCOOH + PCl 5 ® RCOOH + POCl 3 +
HCl
Anhidridi nastaju iz karboksilnih kiselina pod
djelovanje fosfornog oksida (V).
Mogu se pripremiti miješani anhidridi
acilacija soli karboksilne kiseline kiselinskim hloridima.
kiseli hloridi i anhidridi.
X kiselinski hloridi i anhidridi su najreaktivniji derivati
karboksilne kiseline. Njihove reakcije sa nukleofilima odvijaju se u blagim uslovima, bez
katalizator i praktično je nepovratan.
Kada se koriste miješani anhidridi sa
nukleofil povezuje ostatak slabije kiseline, a anjon jače
kiselina igra ulogu odlazeće grupe. 
IN
miješani anhidridi igraju važnu ulogu u biohemijskim reakcijama acilacije
karboksilne kiseline i fosforne kiseline - acil fosfati i supstituirani acil fosfati. WITH
nukleofil se spaja s ostatkom organske kiseline i acilfosfat anionom
djeluje kao dobra grupa koja odlazi. 
Esteri
Metode prijema
RCOO— Na+ + R Cl ® RCOOR + NaCl Najvažnija metoda za pripremu estera je reakcija esterifikacije. Reakcija se odvija kao nukleofilna supstitucija u
karboksilnu grupu.
Karboksilne kiseline slabo aciliraju
reagensa zbog značajnog +M efekta OH grupe. Korišćenje prednosti
nukleofili, koji su takođe jake baze (npr.
glavna kataliza), u ovom slučaju je nemoguće, jer pretvaraju ugljik
kiseline u još manje reaktivne soli karboksilnih kiselina. Reakcija se izvodi
pod uslovima kisele katalize. Uloga kiselinskog katalizatora je, kao i već
kaže se da povećava efektivni pozitivni naboj na atomu ugljika
karboksilnu grupu, i, pored toga, protonaciju OH grupe u fazi
eliminacija ga pretvara u dobru grupu koja odlazi - H 2 O. 
Sve faze reakcije esterifikacije
reverzibilan. Da biste pomaknuli ravnotežu prema procesu esterifikacije, koristite
višak jednog od reaktanata ili uklanjanje produkata iz područja reakcije.
Reakcije nukleofilne supstitucije u
alkoksikarbonil grupa.
Esteri su slabija acilirajuća sredstva.
reagensi od anhidrida i kiselih klorida. S N -reakcije u alkoksikarbonilnoj grupi se odvijaju u više
teški uslovi i zahtijevaju kiselu ili baznu katalizu. Najvažniji
reakcije ovog tipa su hidroliza, aminoliza i
transesterifikacija
.
Hidroliza.
Esteri pod uticajem hidrolize formiraju karboksilne kiseline
kiseline ili alkalije.
Kisela hidroliza estera je obrnuta reakcija esterifikacije. 
Mehanizam kisele hidrolize uključuje iste faze kao
i proces esterifikacije, ali obrnutim redoslijedom.
Alkalna hidroliza estera zahtijeva
ekvimolarne količine alkalija i nastavlja se nepovratno.
RCOOR + NaOH ® RCOO - Na + + R OH
Suština alkalne katalize je upotreba
umjesto slabog nukleofila - vode, jačeg nukleofila -
hidroksid ion. 
Nepovratnost procesa
osigurava niska reaktivnost prema nukleofilima
proizvod hidrolize – karboksilat anjon.
Transesterifikacija.
Uloga nukleofila u reakciji transesterifikacije
koju vrši molekul alkohola. Proces kataliziraju kiseline ili
razlozi. 
Mehanizam reakcije je sličan hidrolizi kompleksa
eteri. Transesterifikacija je reverzibilan proces. Za prebacivanje ravnoteže udesno
potrebno je koristiti veliki višak početnog alkohola. Reakcija
transesterifikacija se koristi za proizvodnju estera masnih kiselina
od triacilglicerida (videti lekciju 18)
Aminoliza.
Esteri aciliraju amonijak i amine sa
formiranje amida karboksilnih kiselina. 
Amidi karboksilnih kiselina
Struktura amidne grupe
A srednja grupa se nalazi u mnogim biološki važnim jedinjenjima,
prvenstveno u peptidima i proteinima (peptidna veza). Njen elektronski i
prostorna struktura u velikoj mjeri određuje njihovu biološku
funkcioniranje.
Amid grupa je p-p - konjugirani sistem u kojem se javlja
dodatno preklapanje p-orbitale atoma dušika sa str -komunikacijska orbitala
ugljenik-kiseonik.
Ova distribucija elektronske gustine
dovodi do povećanja energetske barijere za rotaciju oko C-N veze na 60 –
90 kJ/mol. Kao rezultat toga, amidna veza ima ravnu strukturu i dužine veze
C-N i C=O imaju vrijednosti manje, odnosno više od svojih uobičajenih vrijednosti.
količine
Nema slobodne rotacije oko C-N veze
dovodi do postojanja amida cis- I trans-izomeri. Za
većina amida, preferira se trans-konfiguracija.
Peptidna veza takođe ima trans-konfiguracija u kojoj su bočni radikali aminokiselinskih ostataka
najdalje jedno od drugog
Metode prijema
Reakcije nukleofilne supstitucije u
karboksamidnu grupu.
Amidi su najmanje reaktivni derivati karboksilnih kiselina. Za njih
poznate su reakcije hidrolize koje se javljaju u teškim uslovima pod uticajem
vodene otopine kiselina ili alkalija. 
Mehanizmi reakcije su slični hidrolizi kompleksa
eteri. Međutim, za razliku od hidrolize estera, kisela i alkalna hidroliza
amidi nastavljaju nepovratno.
2.3. Reakcije a -ugljik
atom
Sadrže karboksilne kiseline a - atomi vodonika,
reaguju sa bromom u prisustvu fosfora i nastaju isključivo a -bromo derivati
(Reakcija Gell–Forhald–Zelinski
)
Halogen u a -halogenirane kiseline se lako zamjenjuju
djelovanje nukleofilnih reagensa. Zbog toga a -halogenirane kiseline
su polazni materijali u sintezi širokog spektra supstituiranih spojeva a -pozicija
kiseline, uključujući a -amino- i a -hidroksi kiseline.
2.4.
Dekarboksilacija
Dekarboksilacija je eliminacija CO2 iz karboksilnih kiselina ili njihovih soli. Dekarboksilacija
koje se provodi zagrijavanjem u prisustvu kiselina ili baza. Istovremeno, kako
U pravilu, karboksilna grupa je zamijenjena atomom vodika.
Nesupstituisane monokarboksilne kiseline
dekarboksilat u teškim uslovima.
Dekarboksilacija je olakšana prisustvom
supstituenti koji povlače elektrone u a-pozicija.
Enzimski je važan
dekarboksilacija keto-, amino- i hidroksi kiselina u organizmu (videti predavanje br. 14 i
16).
Dekarboksilacija zagrijavanjem (suvo
destilacija) kalcijevih i barijevih soli karboksilnih kiselina - način dobijanja
ketoni.
2.5.
Oporavak.
Karboksilne kiseline, kiseli hloridi, anhidridi i estri
redukovane su za LiAlH 4 na primarni
alkoholi 
Kiselinski kloridi se mogu reducirati na
aldehidi (vidi predavanje br. 11).
Prilikom redukcije amida karboksilnih kiselina
nastaju amini.
3. Dikarboksilne kiseline
Dikarboksilne kiseline sadrže dvije karboksilne grupe. Najpristupačniji
su kiseline linearne strukture koje sadrže od 2 do 6 atoma ugljika. Njihova
struktura i načini pripreme prikazani su u tabeli 9. bakterije
Hemijska svojstva dikarboksilnih kiselina u
u osnovi sličan svojstvima monokarboksilnih kiselina. Oni daju sve reakcije
karakteristika karboksilne grupe. U ovom slučaju se može dobiti
funkcionalni derivati (hloridi kiselina, anhidridi, estri, amidi) kao
jedno ili oboje karboksil
grupe. Dikarboksilne kiseline su kiselije od monokarboksilnih kiselina.
zbog –I efekta karboksilne grupe. Kao udaljenost između
karboksilnih grupa, kiselost dikarboksilnih kiselina se smanjuje (vidi tabelu.
9).
Osim toga, dikarboksilne kiseline imaju niz
specifična svojstva koja su određena prisustvom dvaju molekula
karboksilne grupe.
Omjer dikarboksilnih kiselina prema
grijanje.
Transformacije dikarboksilnih kiselina pri zagrijavanju
zavise od dužine lanca koji razdvaja karboksilne grupe i određuju se
mogućnost formiranja termodinamički stabilnih peto- i šestočlanih
ciklusa.
Prilikom zagrijavanja oksalne i malonske kiseline
dolazi do dekarboksilacije.
Jantarna, glutarna i maleinska kiselina na
kada se zagreje, voda se lako odvaja i formira peto- i šestočlani ciklični
anhidridi.
Adipinska kiselina kada se zagreje
dekarboksilati da formiraju ciklički keton, ciklopentanon.
Reakcije polikondenzacije
D ikarboksilne kiseline reaguju sa diaminima i diolima sa
formiranje poliamida, odnosno poliestera koji se koriste u
proizvodnja sintetičkih vlakana.
Biološki važni dikarbonati
kiseline.
Oksalna kiselina
formira slabo rastvorljive soli, npr.
kalcijum oksalat, koji se talože u obliku kamenaca u bubrezima i bešici.
jantarna kiselina
učestvuje u metaboličkim procesima koji se odvijaju u
tijelo. To je intermedijerno jedinjenje u ciklusu trikarboksilne kiseline.
fumarna kiselina,
za razliku od maleic ,
rasprostranjena u prirodi, učestvuje u procesu
metabolizam, posebno u ciklusu trikarboksilne kiseline.
Predavanje br. 12
KARBOKSILNE KISELINE
Plan
1. Načini dobijanja.
2. Hemijska svojstva.
2.1. Kisela svojstva.
2.3. Reakcije a - atom ugljenika.
2.5. Oporavak.
2.6. Dikarboksilne kiseline.
Predavanje br. 12
KARBOKSILNE KISELINE
Plan
1. Načini dobijanja.
2. Hemijska svojstva.
2.1. Kisela svojstva.
2.2. Reakcije nukleofilne supstitucije.
Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina.
2.3. Reakcije a - atom ugljenika.
2.5. Oporavak.
2.6. Dikarboksilne kiseline.
1. Načini dobijanja
2. Hemijski
svojstva
Karboksilne kiseline sadrže karboksilnu grupu u kojoj su direktno povezane
karbonil grupa i hidroksil. Njihov međusobni uticaj određuje novo
kompleks svojstava različitih od svojstava karbonilnih spojeva i
hidroksil derivati. Reakcije koje uključuju karboksilne kiseline se odvijaju prema
sledeći glavni pravci.
- Supstitucija vodonika COOH grupe pod
djelovanje osnova ( kiselinska svojstva). - Interakcija sa nukleofilnim reagensima
na karbonilnom atomu ugljika ( formiranje funkcionalnih derivata i
oporavak) - Reakcije a - atom ugljenika
(halogeniranje) - Dekaboksilacija
2.1. Kisela
svojstva
Karboksilne kiseline spadaju među najjače organske kiseline. Njihova voda
rastvori su kiseli.
RCOOH + H 2 O = RCOO - +
H3O+
Razlozi visoke kiselosti karboksilnih kiselina i
njegova ovisnost o prirodi supstituenata u ugljovodoničnom radikalu bila je
o kojoj smo ranije govorili (vidi predavanje br. 4).
Karboksilne kiseline stvaraju soli kada
interakcija sa aktivnim metalima i većinom baza.
U interakciji sa jakim neorganskim
kiseline, karboksilne kiseline mogu pokazati osnovna svojstva dodavanjem
proton na atomu karbonilnog kiseonika.
Koristi se protoniranje karboksilnih kiselina
da aktivira karboksilnu grupu u reakcijama nukleofilne supstitucije.
Zbog prisutnosti u molekulu u isto vrijeme
kiseli i bazni centri, karboksilne kiseline formiraju intermolekularne
vodonične veze i postoje uglavnom u obliku dimera (vidi predavanje br. 2).
2.2. Reakcije nukleofilne supstitucije.
Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina.
Glavna vrsta reakcija karboksilnih kiselina je
interakcija sa nukleofilima za formiranje funkcionalnih derivata.
Interkonverzije povezivanja karboksilnih kiselina i njihova funkcionalnost
derivati su prikazani na dijagramu.
Veze prikazane na dijagramu sadrže
acil grupa Tokom
njihove međusobne transformacije, ona prelazi nepromijenjena iz jednog spoja u
drugi kombinovanjem sa nukleofilom. Takvi procesi se nazivaju acilacija,
i karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati – aciliranje
reagensi. Općenito, proces acilacije se može predstaviti
sledeći dijagram.
Dakle, acilacija je
proces nukleofilne supstitucije na karbonilnom atomu ugljika.
Razmotrimo mehanizam reakcije u opštem obliku i
uporedi sa Ad N -reakcije
aldehida i ketona. Kao i kod karbonilnih spojeva, reakcija počinje
od napada nukleofila na karbonil atom ugljika koji nosi efekt
pozitivan naboj. Istovremeno se lomi str - formira se veza ugljik-kiseonik tetraedarski
srednji. Putevi za dalju transformaciju intermedijera u karbonil i
acilna jedinjenja su različita. Ako karbonilna jedinjenja daju proizvod pristupanje, zatim acilna jedinjenja eliminišu grupu X i daju proizvod zamjene.
Razlog za različito ponašanje acil i
karbonilni spojevi - u različitoj stabilnosti potencijalne odlazeće grupe X.
U slučaju aldehida i ketona, to je hidridni anion H — ili karbonanjon R — , koji su zbog svoje visoke bazičnosti
izuzetno loše grupe koje napuštaju. U slučaju acilnih jedinjenja X
mnogo stabilnija odlazeća grupa (Kl — ,
RCOO - , RO - , NH 2 - ), što ga čini mogućim eliminirati u obliku anjona
X — ili konjugirane kiseline
NH.
Reaktivnost prema
karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati imaju manje nukleofila od
aldehidi i ketoni, budući da je efektivno pozitivno naelektrisanje karbonila
njihov atom ugljika je niži zbog + M- efekta X grupe.
Aktivnost acilne grupe se povećava pod uslovima
kisela kataliza, jer protonacija povećava efektivnost
pozitivan naboj na atomu ugljika i olakšava napad
nukleofil.
Prema sposobnosti aciliranja derivata
karboksilne kiseline su raspoređene u sljedećem redu u skladu sa smanjenjem
+M-efekat grupe X.
U ovoj seriji se mogu dobiti prethodni pojmovi
naknadna acilacija odgovarajućeg nukleofila. Proces dobijanja više
praktički nema aktivnih acilirajućih reagensa od manje aktivnih zbog
nepovoljan položaj ravnoteže zbog veće bazičnosti
napuštajuću grupu u poređenju sa napadačkim nukleofilom. Sve funkcionalno
derivati se mogu dobiti direktno iz kiselina i u njih se pretvaraju
tokom hidrolize.
Kloridi i anhidridi kiselina
Metode prijema
Kiseli hloridi se dobijaju reakcijom
karboksilne kiseline sa fosfornim i sumpornim halogenidima.
RCOOH + SOCl 2 ® RCOOCl + SO 2 +
HCl
RCOOH + PCl 5 ® RCOOH + POCl 3 +
HCl
Anhidridi nastaju iz karboksilnih kiselina pod
djelovanje fosfornog oksida (V).
Mogu se pripremiti miješani anhidridi
acilacija soli karboksilne kiseline kiselinskim hloridima.
kiseli hloridi i anhidridi.
X kiselinski hloridi i anhidridi su najreaktivniji derivati
karboksilne kiseline. Njihove reakcije sa nukleofilima odvijaju se u blagim uslovima, bez
katalizator i praktično je nepovratan.
Kada se koriste miješani anhidridi sa
nukleofil povezuje ostatak slabije kiseline, a anjon jače
kiselina igra ulogu odlazeće grupe.
IN
miješani anhidridi igraju važnu ulogu u biohemijskim reakcijama acilacije
karboksilne kiseline i fosforne kiseline - acil fosfati i supstituirani acil fosfati. WITH
nukleofil se spaja s ostatkom organske kiseline i acilfosfat anionom
djeluje kao dobra grupa koja odlazi.
Esteri
Metode prijema
RCOO— Na+ + R Cl ® RCOOR + NaCl Najvažnija metoda za pripremu estera je reakcija esterifikacije. Reakcija se odvija kao nukleofilna supstitucija u
karboksilnu grupu.
Karboksilne kiseline slabo aciliraju
reagensa zbog značajnog +M efekta OH grupe. Korišćenje prednosti
nukleofili, koji su takođe jake baze (npr.
glavna kataliza), u ovom slučaju je nemoguće, jer pretvaraju ugljik
kiseline u još manje reaktivne soli karboksilnih kiselina. Reakcija se izvodi
pod uslovima kisele katalize. Uloga kiselinskog katalizatora je, kao i već
kaže se da povećava efektivni pozitivni naboj na atomu ugljika
karboksilnu grupu, i, pored toga, protonaciju OH grupe u fazi
eliminacija ga pretvara u dobru grupu koja odlazi - H 2 O.
Sve faze reakcije esterifikacije
reverzibilan. Da biste pomaknuli ravnotežu prema procesu esterifikacije, koristite
višak jednog od reaktanata ili uklanjanje produkata iz područja reakcije.
Reakcije nukleofilne supstitucije u
alkoksikarbonil grupa.
Esteri su slabija acilirajuća sredstva.
reagensi od anhidrida i kiselih klorida. S N -reakcije u alkoksikarbonilnoj grupi se odvijaju u više
teški uslovi i zahtijevaju kiselu ili baznu katalizu. Najvažniji
reakcije ovog tipa su hidroliza, aminoliza i
transesterifikacija
.
Hidroliza.
Esteri pod uticajem hidrolize formiraju karboksilne kiseline
kiseline ili alkalije.
Kisela hidroliza estera je obrnuta reakcija esterifikacije.
Mehanizam kisele hidrolize uključuje iste faze kao
i proces esterifikacije, ali obrnutim redoslijedom.
Alkalna hidroliza estera zahtijeva
ekvimolarne količine alkalija i nastavlja se nepovratno.
RCOOR + NaOH ® RCOO - Na + + R OH
Suština alkalne katalize je upotreba
umjesto slabog nukleofila - vode, jačeg nukleofila -
hidroksid ion.
Nepovratnost procesa
osigurava niska reaktivnost prema nukleofilima
proizvod hidrolize – karboksilat anjon.
Transesterifikacija.
Uloga nukleofila u reakciji transesterifikacije
koju vrši molekul alkohola. Proces kataliziraju kiseline ili
razlozi.
Mehanizam reakcije je sličan hidrolizi kompleksa
eteri. Transesterifikacija je reverzibilan proces. Za prebacivanje ravnoteže udesno
potrebno je koristiti veliki višak početnog alkohola. Reakcija
transesterifikacija se koristi za proizvodnju estera masnih kiselina
od triacilglicerida (videti lekciju 18)
Aminoliza.
Esteri aciliraju amonijak i amine sa
formiranje amida karboksilnih kiselina.
Amidi karboksilnih kiselina
Struktura amidne grupe
A srednja grupa se nalazi u mnogim biološki važnim jedinjenjima,
prvenstveno u peptidima i proteinima (peptidna veza). Njen elektronski i
prostorna struktura u velikoj mjeri određuje njihovu biološku
funkcioniranje.
Amid grupa je p-p - konjugirani sistem u kojem se javlja
dodatno preklapanje p-orbitale atoma dušika sa str -komunikacijska orbitala
ugljenik-kiseonik.
Ova distribucija elektronske gustine
dovodi do povećanja energetske barijere za rotaciju oko C-N veze na 60 –
90 kJ/mol. Kao rezultat toga, amidna veza ima ravnu strukturu i dužine veze
C-N i C=O imaju vrijednosti manje, odnosno više od svojih uobičajenih vrijednosti.
količine
Nema slobodne rotacije oko C-N veze
dovodi do postojanja amida cis- I trans-izomeri. Za
većina amida, preferira se trans-konfiguracija.
Peptidna veza takođe ima trans-konfiguracija u kojoj su bočni radikali aminokiselinskih ostataka
najdalje jedno od drugog
Metode prijema
Reakcije nukleofilne supstitucije u
karboksamidnu grupu.
Amidi su najmanje reaktivni derivati karboksilnih kiselina. Za njih
poznate su reakcije hidrolize koje se javljaju u teškim uslovima pod uticajem
vodene otopine kiselina ili alkalija.
Mehanizmi reakcije su slični hidrolizi kompleksa
eteri. Međutim, za razliku od hidrolize estera, kisela i alkalna hidroliza
amidi nastavljaju nepovratno.
2.3. Reakcije a -ugljik
atom
Sadrže karboksilne kiseline a - atomi vodonika,
reaguju sa bromom u prisustvu fosfora i nastaju isključivo a -bromo derivati
(Reakcija Gell–Forhald–Zelinski
)
Halogen u a -halogenirane kiseline se lako zamjenjuju
djelovanje nukleofilnih reagensa. Zbog toga a -halogenirane kiseline
su polazni materijali u sintezi širokog spektra supstituiranih spojeva a -pozicija
kiseline, uključujući a -amino- i a -hidroksi kiseline.
2.4.
Dekarboksilacija
Dekarboksilacija je eliminacija CO2 iz karboksilnih kiselina ili njihovih soli. Dekarboksilacija
koje se provodi zagrijavanjem u prisustvu kiselina ili baza. Istovremeno, kako
U pravilu, karboksilna grupa je zamijenjena atomom vodika.
Nesupstituisane monokarboksilne kiseline
dekarboksilat u teškim uslovima.
Dekarboksilacija je olakšana prisustvom
supstituenti koji povlače elektrone u a-pozicija.
Enzimski je važan
dekarboksilacija keto-, amino- i hidroksi kiselina u organizmu (videti predavanje br. 14 i
16).
Dekarboksilacija zagrijavanjem (suvo
destilacija) kalcijevih i barijevih soli karboksilnih kiselina - način dobijanja
ketoni.
2.5.
Oporavak.
Karboksilne kiseline, kiseli hloridi, anhidridi i estri
redukovane su za LiAlH 4 na primarni
alkoholi
Kiselinski kloridi se mogu reducirati na
aldehidi (vidi predavanje br. 11).
Prilikom redukcije amida karboksilnih kiselina
nastaju amini.
3. Dikarboksilne kiseline
Dikarboksilne kiseline sadrže dvije karboksilne grupe. Najpristupačniji
su kiseline linearne strukture koje sadrže od 2 do 6 atoma ugljika. Njihova
struktura i načini pripreme prikazani su u tabeli 9. bakterije
Hemijska svojstva dikarboksilnih kiselina u
u osnovi sličan svojstvima monokarboksilnih kiselina. Oni daju sve reakcije
karakteristika karboksilne grupe. U ovom slučaju se može dobiti
funkcionalni derivati (hloridi kiselina, anhidridi, estri, amidi) kao
jedno ili oboje karboksil
grupe. Dikarboksilne kiseline su kiselije od monokarboksilnih kiselina.
zbog –I efekta karboksilne grupe. Kao udaljenost između
karboksilnih grupa, kiselost dikarboksilnih kiselina se smanjuje (vidi tabelu.
9).
Osim toga, dikarboksilne kiseline imaju niz
specifična svojstva koja su određena prisustvom dvaju molekula
karboksilne grupe.
Omjer dikarboksilnih kiselina prema
grijanje.
Transformacije dikarboksilnih kiselina pri zagrijavanju
zavise od dužine lanca koji razdvaja karboksilne grupe i određuju se
mogućnost formiranja termodinamički stabilnih peto- i šestočlanih
ciklusa.
Prilikom zagrijavanja oksalne i malonske kiseline
dolazi do dekarboksilacije.
Jantarna, glutarna i maleinska kiselina na
kada se zagreje, voda se lako odvaja i formira peto- i šestočlani ciklični
anhidridi.
Adipinska kiselina kada se zagreje
dekarboksilati da formiraju ciklički keton, ciklopentanon.
Reakcije polikondenzacije
D ikarboksilne kiseline reaguju sa diaminima i diolima sa
formiranje poliamida, odnosno poliestera koji se koriste u
proizvodnja sintetičkih vlakana.
Biološki važni dikarbonati
kiseline.
Oksalna kiselina
formira slabo rastvorljive soli, npr.
kalcijum oksalat, koji se talože u obliku kamenaca u bubrezima i bešici.
jantarna kiselina
učestvuje u metaboličkim procesima koji se odvijaju u
tijelo. To je intermedijerno jedinjenje u ciklusu trikarboksilne kiseline.
fumarna kiselina,
za razliku od maleic ,
rasprostranjena u prirodi, učestvuje u procesu
metabolizam, posebno u ciklusu trikarboksilne kiseline.
DEKARBOKSILACIJA, eliminacija CO 2 iz karboksilne grupe karboksilnih kiselina ili karboksilatne grupe njihovih soli. To se obično provodi zagrijavanjem u prisustvu kiselina ili baza. DEKARBOKSILANJE zasićenih monokarboksilnih kiselina obično se dešava u teškim uslovima. Dakle, kalcinacija Na-acetata sa viškom natrijum vapna dovodi do eliminacije CO 2 i stvaranja metana: CH 3 COONa + NaOH CH 4 + Na 2 CO 3 . Dekarboksilacija je olakšana za kiseline koje sadrže a -položaj elektronegativnih grupa. Laka DEKARBOKSILACIJA acetooctene (formule I) i nitrooctene kiseline (II) je zbog pojave cikličkog prelaznog stanja:
Hemijska enciklopedija. Svezak 2 >>
D. homolozi nitrosirćetne kiseline - preparativna metoda za dobijanje nitroalkana.
Naib. Dekarboksilacija kiselina se lako izvodi, čija je karboksilna grupa direktno vezana za drugi elektrof. u grupama. Na primjer, zagrijavanje pirogrožđane kiseline sa konc. H 2 SO 4 lako dovodi do acetaldehida:
Prilikom DEKARBOKSILACIJE oksalne kiseline pod istim uslovima, osim CO 2, nastaju H 2 O i CO.
D. je takođe olakšano ako je karboksilna grupa povezana sa nezasićenim C atomom; Dakle, DEKARBOKSILANJE monokalijeve soli acetilendikarboksilne kiseline je pogodna metoda za sintezu propiolne kiseline:
D. acetilen karboksilna kiselina se izvodi na sobnoj temperaturi u prisustvu. Cu soli: HCCCOOH HC=CH + CO 2 . Aromatično kiseline se dekarboksiliraju, po pravilu, u teškim uslovima, na primjer, kada se zagrijavaju u kinolinu u prisustvu metalne kiseline. puderi Ovom metodom, u prisustvu Cu, furan se dobija iz piroslitičke kiseline. DEKARBOKSILANJE aromatičnih kiselina je olakšano prisustvom elektrofa. supstituenti, na primjer, trinitrobenzojeva kiselina se dekarboksilira kada se zagrije na 40-45 °C.
D. pare karboksilnih kiselina preko zagrijanih katalizatora (Ca i Ba karbonati, Al 2 O 3 itd.) - jedna od metoda za sintezu ketona: 2RCOOH:
RCOR + H 2 O + CO 2. Prilikom DEKARBOKSILACIJE mješavine dvije kiseline nastaje mješavina nesimetričnih i simetričnih ketona. DEKARBOKSILANJE natrijumovih soli karboksilnih kiselina tokom elektrolize njihovih konc. vodeni rastvori (vidi Kolbeove reakcije) su važna metoda za pripremu alkana.
Reakcije DEKARBOKSILACIJE koje imaju preparativni značaj uključuju halogendekarboksilaciju – zamjenu karboksilne grupe u molekulu halogenom. Reakcija se odvija pod uticajem LiCl (ili N-bromosukcinimida) i Pb tetraacetata na karboksilne kiseline, kao i slobodnih halogena (Cl 2, Br 2, I 2) na
soli karboksilnih kiselina, na primjer: RCOOM RHal (M = Ag, K,
Hg, T1). Srebrne soli dikarboksilnih kiselina pod dejstvom I 2 lako se pretvaraju u laktone:
Oksidacija takođe igra važnu ulogu. DEKARBOKSILACIJA - eliminacija CO 2 iz karboksilnih kiselina, praćena oksidacijom. Ovisno o korištenom oksidirajućem agensu, takva DEKARBOKSILANJE dovodi do alkena, estera i drugih proizvoda. Dakle, tokom DEKARBOKSILACIJE feniloctene kiseline u prisustvu piridin-N-oksida nastaje benzaldehid:
Slično kao DEKARBOKSILANJE soli karboksilnih kiselina, dešava se i DEKARBOKSILANJE derivata organskih elemenata i estera, npr.
Degeneracija estera se vrši i pod dejstvom baza (alkoholata, amina itd.) u alkoholnom (vodenom) rastvoru ili Li i Na hlorida u DMSO.
Enzimska DEKARBOKSILACIJA je od velikog značaja u raznim metaboličkim procesima.Postoje dve vrste ovakvih reakcija: jednostavna DEKARBOKSILACIJA (reverzibilna reakcija) i oksidativna DEKARBOKSILACIJA, pri kojoj prvo dolazi do DEKARBOKSILANJA, a zatim dehidrogenacije supstrata. Prema potonjem tipu, enzimska DEKARBOKSILACIJA pirugrožđane i a -ketoglutarne kiseline su intermedijarni proizvodi razgradnje ugljikohidrata, masti i proteina (vidi ciklus trikarboksilne kiseline). Enzimska dekarboksilacija aminokiselina u bakterijama i životinjama također je široko rasprostranjena.
Reakcije karboksilnih kiselina mogu se podijeliti u nekoliko velikih grupa:
1) Redukcija karboksilnih kiselina
2) Reakcije dekarboksilacije
3) Reakcije supstitucije na -ugljikovom atomu karboksilnih kiselina
4) Reakcije nukleofilne supstitucije na atomu acilnog ugljenika.
Razmotrit ćemo redom svaku od ovih grupa reakcija.
18.3.1. Redukcija karboksilnih kiselina
Karboksilne kiseline se redukuju u primarne alkohole pomoću litijum-aluminijum-hidrida. Redukcija se dešava u težim uslovima nego što je potrebno za redukciju aldehida i ketona. Redukcija se obično vrši kuhanjem u otopini tetrahidrofurana.
Diboran B 2 H 6 takođe redukuje karboksilne kiseline u primarne alkohole. Redukcija karboksilne grupe u CH 2 OH djelovanjem diborana u THF se odvija pod vrlo blagim uslovima i ne utiče na neke funkcionalne grupe (NO 2 ; CN; 
), pa je ova metoda u nekim slučajevima poželjnija.
18.3.2. Dekarboksilacija
Ovaj termin kombinuje čitavu grupu različitih reakcija u kojima se CO 2 eliminiše, a rezultirajući spojevi sadrže jedan atom ugljika manje od originalne kiseline.
Najvažnija od reakcija dekarboksilacije u organskoj sintezi je Borodin-Hunsdickerova reakcija, u kojoj se srebrna sol karboksilne kiseline, kada se zagrije s otopinom broma u CCl 4, pretvara u alkil halid.
Za uspješno izvođenje ove reakcije potrebno je koristiti pažljivo osušene srebrne soli karboksilnih kiselina, a prinos alkil halida uvelike varira ovisno o stupnju prečišćavanja i dehidracije soli. Modifikacija, gdje se umjesto srebra koriste soli žive, nema ovaj nedostatak. Živina sol karboksilne kiseline nije izolirana u pojedinačnom obliku, već se mješavina karboksilne kiseline, žutog živinog oksida i halogena zagrijava u indiferentnom rastvaraču. Ova metoda općenito rezultira većim i ponovljivijim prinosom.
Za Borodin-Hunsdickerovu reakciju uspostavljen je lančani radikalni mehanizam. Acilhipobromit nastao u prvom stupnju podliježe homolitičkom cijepanju s formiranjem karboksilnog radikala i atoma broma. Karboksilni radikal gubi CO 2 i postaje alkil radikal, koji zatim regeneriše lanac eliminacijom atoma broma iz acil hipobromita.
Pokretanje lanca:
Razvoj lanca:
Originalnu metodu oksidativne dekarboksilacije karboksilnih kiselina predložio je J. Kochi 1965. godine. Karboksilne kiseline se oksidiraju tetraacetatom olova, pri čemu dolazi do dekarboksilacije i kao produkti reakcije dobijaju se alkani, alkeni ili estri sirćetne kiseline, zavisno od uslova. Mehanizam ove reakcije nije detaljno utvrđen, pretpostavlja se sljedeći slijed transformacija:
Čini se da su alken i ester nastali iz karbokationa, respektivno, apstrakcijom protona ili hvatanjem acetatnog jona. Uvođenje halogenidnog jona u reakcijsku smjesu gotovo potpuno potiskuje oba ova procesa i dovodi do stvaranja alkil halida.
Ove dvije metode dekarboksilacije se dobro nadopunjuju. Dekarboksilacija soli Ag ili Hg daje najbolje rezultate za karboksilne kiseline sa primarnim radikalom, dok se prilikom oksidacije olovnim tetraacetatom u prisustvu litijum hlorida najveći prinosi alkil halogenida zapažaju za karboksilne kiseline sa sekundarnim radikalom.
Druga reakcija dekarboksilacije karboksilnih kiselina koja ima važan preparativni značaj je elektrolitička kondenzacija soli karboksilnih kiselina, koju je 1849. otkrio G. Kolbe. Izvršio je elektrolizu vodenog rastvora kalijum acetata u nadi da će dobiti slobodni radikal CH 3, ali je umesto toga na anodi dobijen etan. Slično, elektrolizom vodenog rastvora natrijumove soli valerinske kiseline, umesto butilnog radikala dobijen je n.oktan. Pokazalo se da je elektrohemijska oksidacija karboksilatnih jona istorijski prva opšta metoda za sintezu zasićenih ugljovodonika. Prilikom elektrolize natrijumovih ili kalijumovih soli zasićenih alifatičnih kiselina u metanolu ili vodenom metanolu u elektrolizeru sa platinskim elektrodama na 0-20°C i sa dovoljno velikom gustinom struje, nastaju alkani sa prinosom od 50-90%.
Međutim, u prisustvu alkil grupe u -položaju, prinosi se naglo smanjuju i rijetko prelaze 10%.
Ova reakcija se pokazala posebno korisnom za sintezu diestera dikarboksilnih kiselina ROOC(CH 2) n COOR with n od 2 do 34 tokom elektrolize alkalnih soli poluestara dikarboksilnih kiselina.
U modernoj organskoj elektrosintezi široko se koristi unakrsna elektrolitička kondenzacija, koja se sastoji od elektrolize mješavine soli karboksilne kiseline i monoestera dikarboksilne kiseline.
Elektroliza otopine ove dvije soli rezultira stvaranjem mješavine tri vrlo različita produkta reakcije, koji se mogu lako razdvojiti destilacijom na njihove pojedinačne komponente. Ova metoda vam omogućava da produžite ugljikov skelet karboksilne kiseline za bilo koji broj atoma ugljika u gotovo jednoj operaciji.
Elektrolitička kondenzacija je ograničena na soli karboksilnih kiselina sa ravnim radikalom i soli poluestera dikarboksilnih kiselina. Soli ,- i ,-nezasićenih kiselina ne podliježu elektrohemijskoj kondenzaciji.
Za Kolbeovu reakciju predložen je radikalni mehanizam koji uključuje tri uzastopna stupnja: 1) oksidaciju karboksilatnih iona na anodi do karboksilatnih radikala 
; 2) dekarboksilacija ovih radikala u alkil radikale i ugljen dioksid; 3) rekombinacija alkil radikala.
Pri visokim gustoćama struje, visoka koncentracija alkil radikala na anodi pospješuje njihovu dimerizaciju; pri niskim gustoćama struje, alkil radikali su ili nesrazmjerni da tvore alken ili alkan ili apstrahuju atom vodika iz rastvarača.
Soli karboksilnih kiselina takođe prolaze kroz dekarboksilaciju tokom pirolize. Piroliza kalcijevih ili barijevih soli karboksilnih kiselina nekada je bila glavna metoda za proizvodnju ketona. U 19. veku, "suva destilacija" kalcijum acetata bila je glavna metoda za proizvodnju acetona.
Naknadno je metoda poboljšana na način da eliminiše fazu dobijanja soli. Pare karboksilne kiseline prolaze preko katalizatora - oksida mangana, torija ili cirkonija na 380-400 0. Najefikasniji i najskuplji katalizator je torijum dioksid.
U najjednostavnijim slučajevima, kiseline s brojem atoma ugljika od dva do deset pretvaraju se u simetrične ketone s prinosom od oko 80% kada se kuhaju sa željezom u prahu na 250-300 . Ova metoda se koristi u industriji. Trenutno se najuspješnija pirolitička metoda koristi za sintezu peto- i šestočlanih cikličkih ketona iz dvobazičnih kiselina. Na primjer, iz mješavine adipinske kiseline i barijum hidroksida (5%) na 285-295°C dobija se ciklopentanon sa prinosom od 75-85%. Ciklooktanon se formira iz azelainske kiseline kada se zagrije sa ThO 2 s prinosom ne većim od 20%; ova metoda je malo korisna za pripremu cikloalkanona s velikim brojem atoma ugljika.
