Elektrofila substitutionsreaktioner- substitutionsreaktioner där attacken utförs elektrofil- en partikel som är positivt laddad eller har ett underskott av elektroner. När en ny bindning bildas kommer den utgående partikeln - elektrofug delas av utan dess elektronpar. Den mest populära lämnande gruppen är protonen H+.
Alla elektrofiler är Lewis-syror.
Allmän syn på elektrofila substitutionsreaktioner:
(katjonisk elektrofil)
(neutral elektrofil)
Det finns reaktioner av aromatisk (utbredd) och alifatisk (inte vanlig) elektrofil substitution. Specificiteten hos elektrofila substitutionsreaktioner specifikt för aromatiska system förklaras av den höga elektrondensiteten hos den aromatiska ringen, som kan attrahera positivt laddade partiklar.
För aromatiska system finns det faktiskt en mekanism för elektrofil substitution - S E Ar. Mekanism S E 1(i analogi med mekanismen S N 1) är extremt sällsynt, och S E 2(motsvarande i analogi S N 2) förekommer inte alls.
S E Ar reaktioner
reaktionsmekanism S E Ar eller aromatiska elektrofila substitutionsreaktionerär den vanligaste och viktigaste bland substitutionsreaktionerna av aromatiska föreningar och består av två steg. I det första steget fästs elektrofilen, i det andra steget delas elektrofugen av:
Under reaktionen bildas en mellanliggande positivt laddad mellanprodukt (i figuren - 2b). Den bär namnet Weland mellanliggande, aroniumjon eller σ-komplex. Detta komplex är vanligtvis mycket reaktivt och stabiliseras lätt genom att snabbt eliminera katjonen.
Det hastighetsbegränsande steget i de allra flesta reaktioner S E Arär det första steget.
Relativt svaga elektrofiler fungerar vanligtvis som en attackerande partikel, så i de flesta fall reaktionen S E Ar fortskrider under verkan av en Lewis-syrakatalysator. Oftare än andra används AlCl 3, FeCl 3, FeBr 3, ZnCl 2.
DEKARBOXYLERING eliminering av CO2 från karboxylgruppen i karboxylsyror eller karboxylatgruppen i deras salter. Det utförs vanligtvis genom upphettning i närvaro av syror eller baser. Aromatiska syror dekarboxyleras som regel under svåra förhållanden, till exempel när de upphettas i kinolin i närvaro av en metall. pulver. Genom denna metod, i närvaro av Cu, erhålls furan från pyromucic syra. DEKARBOXYLERING av aromatiska syror underlättas i närvaro av elektrofila substituenter, till exempel dekarboxyleras trinitrobensoesyra vid upphettning till 40-45 °C. D. ångor av karboxylsyror över upphettade katalysatorer (Ca- och Ba-karbonater, Al 2 O 3, etc.) är en av metoderna för syntes av ketoner:
2RCOOH: RCOR + H2O + CO2.
DEKARBOXYLERING av natriumsalter av karboxylsyror under elektrolysen av deras konc. vattenlösningar är en viktig metod för att erhålla alkaner. Halogendekarboxylering - ersättning av en karboxylgrupp i en molekyl mot en halogen, sker under inverkan av LiCl och tetraacetat Pb på karboxylsyror, såväl som fria halogener (Cl 2, Br 2, I 2) på salter av karboxylsyror, för exempel:
RCOOM RHal (M = Ag, K, Hg, T1).
Silversalter av dikarboxylsyror under verkan av I 2 omvandlas lätt till laktoner: 
En viktig roll spelas också av oxidativ dekarboxylering - eliminering av CO 2 från karboxylsyror, åtföljd av oxidation. Beroende på vilket oxidationsmedel som används resulterar denna DEKARBOXYLERING i alkener, estrar och andra produkter. Så, under dekarboxyleringen av fenylättiksyra i närvaro av pyridin-N-oxid, bildas bensaldehyd: 
Liksom DEKARBOXYLERING av salter av karboxylsyror, sker DEKARBOXYLERING av organiska elementderivat och estrar, till exempel: 
Reaktionerna av dekarboxylering av karboxylsyror är en energiskt gynnsam process, eftersom som ett resultat bildas en stabil CO2-molekyl. Dekarboxylering är karakteristisk för syror som har en elektronbortdragande substituent i ά-position. Tvåbasiska syror är lättast att dekarboxylera.
Oxal- och malonsyror dekarboxyleras lätt vid upphettning, och när bärnstens- och glutarsyra upphettas, bildas cykliska anhydrider, vilket beror på bildningen av fem- eller sexledade heterocykler med stabila "halvstols"- och "stols"-konformationer
I biologiska system fortsätter dekarboxyleringsreaktioner med deltagande av enzymer - dekarboxylaser. Dekarboxylering av aminosyror leder till bildandet av biogena aminer.
Dekarboxylering av aminosyror leder till bildandet av biogena aminer.
I mättade alifatiska syror, som ett resultat av EA-inverkan av karboxylgruppen, uppträder ett CH-syracentrum vid a-kolatomen. Detta manifesteras väl i halogeneringsreaktioner.
Halogenerade syror används i stor utsträckning för syntes av biologiskt viktiga föreningar - hydroxi- och aminosyror.
Föreläsning nr 12
karboxylsyror
Planen
1. Metoder för att erhålla.
2. Kemiska egenskaper.
2.1. sura egenskaper.
2.3. Reaktioner för en -kolatom.
2.5. Återhämtning.
2.6. dikarboxylsyror.
Föreläsning nr 12
karboxylsyror
Planen
1. Metoder för att erhålla.
2. Kemiska egenskaper.
2.1. sura egenskaper.
2.2. Reaktioner av nukleofil substitution.
Funktionella derivat av karboxylsyror.
2.3. Reaktioner för en -kolatom.
2.5. Återhämtning.
2.6. dikarboxylsyror.
1. Metoder för att erhålla
2. Kemisk
egenskaper
Karboxylsyror innehåller en karboxylgrupp som är direkt bunden mellan
är en karbonylgrupp och en hydroxylgrupp. Deras ömsesidiga inflytande orsakar en ny
en uppsättning egenskaper som skiljer sig från de för karbonylföreningar och
hydroxylderivat. Reaktioner som involverar karboxylsyror fortskrider enligt
följa huvudanvisningarna.
- Substitution av väte av COOH-gruppen under
verkan av baser ( sura egenskaper). - Interaktion med nukleofila reagenser
vid karbonylkolatomen ( bildandet av funktionella derivat och
återhämtning) - Reaktioner för en -kolatom
(halogenering) - Dekaboxylering
2.1. Surt
egenskaper
Karboxylsyror är en av de starkaste organiska syrorna. Deras vatten
lösningarna är sura.
RCOOH + H 2 O \u003d RCOO - +
H3O+
Orsaker till hög surhet av karboxylsyror och
dess beroende av naturen hos substituenterna i kolväteradikalen var
diskuterats tidigare (se Lec. No. 4).
Karboxylsyror bildar salter när
interaktion med aktiva metaller och de flesta baser. 
När man interagerar med stark oorganisk
karboxylsyror kan uppvisa grundläggande egenskaper genom att tillsätta
proton vid karbonylsyreatomen. 
Protonering av karboxylsyror används
för att aktivera karboxylgruppen i nukleofila substitutionsreaktioner.
På grund av närvaron i molekylen samtidigt
sura och basiska centra, karboxylsyror bildar intermolekylära
vätebindningar och existerar huvudsakligen i form av dimerer (se Lec. No. 2).
2.2. Reaktioner av nukleofil substitution.
Funktionella derivat av karboxylsyror.
Den huvudsakliga typen av reaktioner av karboxylsyror -
interaktion med nukleofiler med bildning av funktionella derivat.
Interkonverteringar som länkar samman karboxylsyror och deras funktionaliteter
derivat visas i diagrammet.
Anslutningarna som visas i diagrammet innehåller
acylgrupp under
deras omvandlingar, går det oförändrat från en förening till
en annan genom att kombinera med en nukleofil. Sådana processer kallas acylering,
och karboxylsyror och deras funktionella derivat - acylerande
reagenser. I allmänna termer kan acyleringsprocessen representeras som
nästa diagram. 
Så acylering är
processen för nukleofil substitution vid karbonylkolatomen.
Betrakta reaktionsmekanismen i allmänna termer och
jämför det med Ad N -reaktioner
aldehyder och ketoner. Som i fallet med karbonylföreningar börjar reaktionen
från attacken av nukleofilen på karbonylkolatomen som bär den effektiva
Positiv laddning. Samtidigt går det sönder sid -binder kol-syre och bildas tetraedrisk
mellanliggande. Sätt för ytterligare omvandling av mellanprodukten i karbonyl och
acylföreningar är olika. Om karbonylföreningar ger en produkt anslutning, sedan klyver acylföreningarna av X-gruppen och ger produkten utbyte.
Anledningen till det olika beteendet hos acyl och
karbonylföreningar - i olika stabilitet av den potentiella lämnande gruppen X.
När det gäller aldehyder och ketoner är detta hydriden H — eller carboanion R — , som på grund av sin höga basicitet är
extremt fattiga lämnar grupper. När det gäller acylföreningar X
en betydligt stabilare lämnande grupp (Cl — ,
RCOO - , RO - , NH 2 - ), vilket gör det möjligt att eliminera den som en anjon
X — eller konjugerad syra
NH.
Reaktivitet med avseende på
nukleofiler i karboxylsyror och deras funktionella derivat är mindre än i
aldehyder och ketoner, eftersom den effektiva positiva laddningen på karbonyl
deras kolatom är lägre på grund av X-gruppens + M-effekt.
Acylgruppens aktivitet ökar under förhållanden
sur katalys, eftersom protonering ökar den effektiva
en positiv laddning på kolatomen och underlättar dess attack
nukleofil. 
Derivat enligt deras acyleringsförmåga
karboxylsyror ordnas i nästa rad i enlighet med minskningen
+ M-effekt av grupp X.
I denna serie kan de tidigare termerna hämtas från
efterföljande acylering av motsvarande nukleofil. Processen att få mer
det finns praktiskt taget inga aktiva acylerande reagens från mindre aktiva pga
ogynnsamt jämviktsläge på grund av högre basicitet
lämnande grupp jämfört med den attackerande nukleofilen. Alla funktionella
derivat kan erhållas direkt från syror och omvandlas till dem
under hydrolys.
Syraklorider och anhydrider
Förvärvsmetoder
Syraklorider erhålls genom interaktion
karboxylsyror med fosfor och svavelhalogenider.
RCOOH + SOCI2® RCOOCl + SO2+
HCl
RCOOH + PCl5® RCOOH + POCI3+
HCl
Anhydrider bildas av karboxylsyror
verkan av fosfor (V) oxid.
Blandade anhydrider kan erhållas
acylering av salter av karboxylsyror med syraklorider.
syraklorider och anhydrider.
X loranhydrider och anhydrider är de mest reaktiva derivaten
karboxylsyror. Deras reaktioner med nukleofiler fortskrider under milda förhållanden, utan
katalysator och är praktiskt taget irreversibel.
Vid användning av blandade anhydrider med
nukleofilen kombinerar resten av den svagare syran och anjonen av den starkare
syra spelar rollen som en lämnande grupp. 
I
blandade anhydrider spelar en viktig roll i biokemiska acyleringsreaktioner
karboxylsyror och fosforsyra - acylfosfater och substituerade acylfosfater. MED
nukleofilen kombinerar resten av organiska syror och acylfosfatanjonen
spelar rollen som en bra lämnande grupp. 
Estrar
Förvärvsmetoder
RCOO— Na+ + RCl® RCOOR + NaCl Den viktigaste metoden för att erhålla estrar är förestringsreaktion. Reaktionen fortsätter som en nukleofil substitution i
karboxylgrupp.
Karboxylsyror är svagt acylerande
reagenser på grund av den signifikanta +M-effekten av OH-gruppen. Användning av den starka
nukleofiler, som också är starka baser (t.ex.
grundläggande katalys), i detta fall är det omöjligt, eftersom de överför karboxylsyra
syror till ännu mindre reaktiva salter av karboxylsyror. Reaktionen utförs
under sura katalysförhållanden. Den sura katalysatorns roll är, som redan
sade, genom att öka den effektiva positiva laddningen på kolatomen
karboxylgruppen, och dessutom protoneringen av OH-gruppen i stadiet
splittras gör det till en bra lämnande grupp - H 2 O. 
Alla steg i förestringsreaktionen
reversibel. För att flytta jämvikten mot förestringsprocessen, använd
överskott av en av reaktanterna eller avlägsnande av produkter från reaktionssfären.
Nukleofila substitutionsreaktioner i
alkoxikarbonylgrupp.
Estrar är svagare acylerande
reagens än anhydrider och syraklorider. S N -reaktioner i alkoxikarbonylgruppen fortskrider i mer
svåra förhållanden och kräver syra- eller baskatalys. Det viktigaste
reaktioner av denna typ är hydrolys, aminolys och
interförestring
.
Hydrolys.
Estrar hydrolyseras för att bilda karboxylsyror genom inverkan av
syror eller alkalier.
Syrahydrolys av estrar är en omvänd förestringsreaktion. 
Mekanismen för syrahydrolys inkluderar samma steg som
och förestringsprocessen, men i omvänd ordning.
Alkalisk hydrolys av estrar kräver
ekvimolära mängder alkali och fortskrider irreversibelt.
RCOOR + NaOH® RCOO - Na + + R OH
Kärnan i alkalisk katalys är att använda
istället för en svag nukleofil - vatten, en starkare nukleofil -
hydroxidjon. 
Processens irreversibilitet
tillhandahålls av låg reaktivitet mot nukleofiler
hydrolysprodukt - karboxylatanjon.
Interförestring.
I transesterifieringsreaktionen, nukleofilens roll
utför en alkoholmolekyl. Processen katalyseras av syror eller
grunder. 
Reaktionsmekanismen liknar hydrolysen av komplex
etrar. Interesterifiering är en reversibel process. För att flytta balansen åt höger
det är nödvändigt att använda ett stort överskott av den initiala alkoholen. Reaktion
interesterifiering finner tillämpning vid framställning av fettsyraestrar
från triacylglycerider (se lek. 18)
Aminolys.
Estrar acylerar ammoniak och aminer med
bildning av amider av karboxylsyror. 
Amider av karboxylsyror
Strukturen för amidgruppen
A mittgruppen finns i många biologiskt viktiga föreningar,
främst i peptider och proteiner (peptidbindning). Hennes elektroniska och
rumslig struktur bestämmer till stor del deras biologiska
fungerar.
Amidgruppen är p-p -adjoint system där
ytterligare överlappning av kväveatomens p-orbital med sid -kommunikation orbital
kol-syre.
En sådan elektrondensitetsfördelning
leder till en ökning av energibarriären för rotation runt C-N-bindningen till 60 -
90 kJ/mol. Som ett resultat har amidbindningen en plan struktur och bindningslängderna
C-N och C \u003d O har värden respektive mindre och mer än deras vanliga
kvantiteter.
Brist på fri rotation runt C-N-bindningen
leder till förekomsten av amider cis- Och Trans-isomerer. För
de flesta amider är föredragna Trans-konfiguration.
Peptidbindningen har också Trans-konfiguration där sidoradikaler av aminosyrarester
längst bort från varandra
Förvärvsmetoder
Nukleofila substitutionsreaktioner i
karboxamidgrupp.
Amider är de minst reaktiva derivaten av karboxylsyror. För dem
hydrolysreaktioner är kända som fortskrider under hårda förhållanden under inverkan av
vattenlösningar av syror eller alkalier. 
Reaktionsmekanismerna liknar hydrolysen av komplex
etrar. Men i motsats till hydrolys av estrar, syra och alkalisk hydrolys
amider fortskrider irreversibelt.
2.3. Reaktioner för en - kol
atom
karboxylsyror innehållande a - väteatomer,
reagerar med brom i närvaro av fosfor för att uteslutande bildas a - bromderivat
(Gell-Forgald-Zelinsky reaktion
)
Halogen i en -halo-substituerade syror är lätt substituerade under
verkan av nukleofila reagens. Det är därför a -halogenerade syror
är utgångsmaterial i syntesen av ett brett spektrum av substituerade a - position
syror, inklusive a-amino- och a -hydroxisyror.
2.4.
Dekarboxylering
Dekarboxylering är eliminering av CO 2 från karboxylsyror eller deras salter. Dekarboxylering
utförs genom upphettning i närvaro av syror eller baser. Samtidigt som
Som regel ersätts karboxylgruppen med en väteatom.
Osubstituerade monokarboxylsyror
dekarboxyleras under svåra förhållanden.
Dekarboxylering underlättas av närvaron
elektronbortdragande substituenter i en position.
Vikten av enzymatiska
dekarboxylering av keto-, amino- och hydroxisyror i kroppen (se lek. nr 14 och
16).
Dekarboxylering genom upphettning (torr
destillation) av kalcium- och bariumsalter av karboxylsyror - en metod för att erhålla
ketoner.
2.5.
Återhämtning.
Karboxylsyror, syraklorider, anhydrider och estrar
är återställda LiAlH 4 till primär
alkoholer. 
Syraklorider kan reduceras till
aldehyder (se Lec. No. 11).
Vid reduktion av amider av karboxylsyror
aminer bildas.
3. Dikarboxylsyror
Dikarboxylsyror innehåller två karboxylgrupper. mest prisvärda
är linjära syror innehållande från 2 till 6 kolatomer. Deras
strukturen och metoderna för att få fram presenteras i tabell 9. bakterier
Kemiska egenskaper hos dikarboxylsyror i
i grunden liknar egenskaperna hos monokarboxylsyror. De ger alla reaktioner
karakteristisk för karboxylgruppen. Samtidigt kan man få
funktionella derivat (syraklorider, anhydrider, komplex, estrar, amider) som
en efter en och båda karboxyl
grupper. Dikarboxylsyror är surare än monokarboxylsyror.
på grund av karboxylgruppens –I-effekt. Som avståndet mellan
karboxylgrupper, minskar surheten hos dikarboxylsyror (se tabell.
9).
Dessutom har dikarboxylsyror ett nummer
specifika egenskaper, som bestäms av närvaron i molekylen av två
karboxylgrupper.
Förhållandet dikarboxylsyror till
uppvärmning.
Omvandlingar av dikarboxylsyror vid upphettning
beror på längden på kedjan som separerar karboxylgrupperna, och bestäms
möjligheten att bilda termodynamiskt stabila fem- och sexledade
cykler.
Vid upphettning oxalsyra och malonsyra
dekarboxylering sker.
Bärnstens-, glutar- och maleinsyra vid
när de värms upp delar de lätt av vattnet med bildning av fem- och sexledade cykliska
anhydrider.
Adipinsyra vid upphettning
dekarboxyleras för att bilda en cyklisk keton, cyklopentanon.
Polykondensationsreaktioner
D ikarboxylsyror interagerar med diaminer och dioler med
bildandet av polyamider respektive polyestrar som används i
produktion av syntetiska fibrer.
Biologiskt viktig dikarboxylsyra
syror.
Oxalsyra
bildar olösliga salter, t.ex.
kalciumoxalat, som deponeras som njur- och blåssten.
bärnstenssyra
deltar i de metaboliska processer som äger rum i
kropp. Det är en mellanprodukt i trikarboxylsyracykeln.
fumarsyra,
i motsats till malein ,
brett spridd i naturen, är involverad i processen
metabolism, särskilt i trikarboxylsyracykeln.
Föreläsning nr 12
karboxylsyror
Planen
1. Metoder för att erhålla.
2. Kemiska egenskaper.
2.1. sura egenskaper.
2.3. Reaktioner för en -kolatom.
2.5. Återhämtning.
2.6. dikarboxylsyror.
Föreläsning nr 12
karboxylsyror
Planen
1. Metoder för att erhålla.
2. Kemiska egenskaper.
2.1. sura egenskaper.
2.2. Reaktioner av nukleofil substitution.
Funktionella derivat av karboxylsyror.
2.3. Reaktioner för en -kolatom.
2.5. Återhämtning.
2.6. dikarboxylsyror.
1. Metoder för att erhålla
2. Kemisk
egenskaper
Karboxylsyror innehåller en karboxylgrupp som är direkt bunden mellan
är en karbonylgrupp och en hydroxylgrupp. Deras ömsesidiga inflytande orsakar en ny
en uppsättning egenskaper som skiljer sig från de för karbonylföreningar och
hydroxylderivat. Reaktioner som involverar karboxylsyror fortskrider enligt
följa huvudanvisningarna.
- Substitution av väte av COOH-gruppen under
verkan av baser ( sura egenskaper). - Interaktion med nukleofila reagenser
vid karbonylkolatomen ( bildandet av funktionella derivat och
återhämtning) - Reaktioner för en -kolatom
(halogenering) - Dekaboxylering
2.1. Surt
egenskaper
Karboxylsyror är en av de starkaste organiska syrorna. Deras vatten
lösningarna är sura.
RCOOH + H 2 O \u003d RCOO - +
H3O+
Orsaker till hög surhet av karboxylsyror och
dess beroende av naturen hos substituenterna i kolväteradikalen var
diskuterats tidigare (se Lec. No. 4).
Karboxylsyror bildar salter när
interaktion med aktiva metaller och de flesta baser.
När man interagerar med stark oorganisk
karboxylsyror kan uppvisa grundläggande egenskaper genom att tillsätta
proton vid karbonylsyreatomen.
Protonering av karboxylsyror används
för att aktivera karboxylgruppen i nukleofila substitutionsreaktioner.
På grund av närvaron i molekylen samtidigt
sura och basiska centra, karboxylsyror bildar intermolekylära
vätebindningar och existerar huvudsakligen i form av dimerer (se Lec. No. 2).
2.2. Reaktioner av nukleofil substitution.
Funktionella derivat av karboxylsyror.
Den huvudsakliga typen av reaktioner av karboxylsyror -
interaktion med nukleofiler med bildning av funktionella derivat.
Interkonverteringar som länkar samman karboxylsyror och deras funktionaliteter
derivat visas i diagrammet.
Anslutningarna som visas i diagrammet innehåller
acylgrupp under
deras omvandlingar, går det oförändrat från en förening till
en annan genom att kombinera med en nukleofil. Sådana processer kallas acylering,
och karboxylsyror och deras funktionella derivat - acylerande
reagenser. I allmänna termer kan acyleringsprocessen representeras som
nästa diagram.
Så acylering är
processen för nukleofil substitution vid karbonylkolatomen.
Betrakta reaktionsmekanismen i allmänna termer och
jämför det med Ad N -reaktioner
aldehyder och ketoner. Som i fallet med karbonylföreningar börjar reaktionen
från attacken av nukleofilen på karbonylkolatomen som bär den effektiva
Positiv laddning. Samtidigt går det sönder sid -binder kol-syre och bildas tetraedrisk
mellanliggande. Sätt för ytterligare omvandling av mellanprodukten i karbonyl och
acylföreningar är olika. Om karbonylföreningar ger en produkt anslutning, sedan klyver acylföreningarna av X-gruppen och ger produkten utbyte.
Anledningen till det olika beteendet hos acyl och
karbonylföreningar - i olika stabilitet av den potentiella lämnande gruppen X.
När det gäller aldehyder och ketoner är detta hydriden H — eller carboanion R — , som på grund av sin höga basicitet är
extremt fattiga lämnar grupper. När det gäller acylföreningar X
en betydligt stabilare lämnande grupp (Cl — ,
RCOO - , RO - , NH 2 - ), vilket gör det möjligt att eliminera den som en anjon
X — eller konjugerad syra
NH.
Reaktivitet med avseende på
nukleofiler i karboxylsyror och deras funktionella derivat är mindre än i
aldehyder och ketoner, eftersom den effektiva positiva laddningen på karbonyl
deras kolatom är lägre på grund av X-gruppens + M-effekt.
Acylgruppens aktivitet ökar under förhållanden
sur katalys, eftersom protonering ökar den effektiva
en positiv laddning på kolatomen och underlättar dess attack
nukleofil.
Derivat enligt deras acyleringsförmåga
karboxylsyror ordnas i nästa rad i enlighet med minskningen
+ M-effekt av grupp X.
I denna serie kan de tidigare termerna hämtas från
efterföljande acylering av motsvarande nukleofil. Processen att få mer
det finns praktiskt taget inga aktiva acylerande reagens från mindre aktiva pga
ogynnsamt jämviktsläge på grund av högre basicitet
lämnande grupp jämfört med den attackerande nukleofilen. Alla funktionella
derivat kan erhållas direkt från syror och omvandlas till dem
under hydrolys.
Syraklorider och anhydrider
Förvärvsmetoder
Syraklorider erhålls genom interaktion
karboxylsyror med fosfor och svavelhalogenider.
RCOOH + SOCI2® RCOOCl + SO2+
HCl
RCOOH + PCl5® RCOOH + POCI3+
HCl
Anhydrider bildas av karboxylsyror
verkan av fosfor (V) oxid.
Blandade anhydrider kan erhållas
acylering av salter av karboxylsyror med syraklorider.
syraklorider och anhydrider.
X loranhydrider och anhydrider är de mest reaktiva derivaten
karboxylsyror. Deras reaktioner med nukleofiler fortskrider under milda förhållanden, utan
katalysator och är praktiskt taget irreversibel.
Vid användning av blandade anhydrider med
nukleofilen kombinerar resten av den svagare syran och anjonen av den starkare
syra spelar rollen som en lämnande grupp.
I
blandade anhydrider spelar en viktig roll i biokemiska acyleringsreaktioner
karboxylsyror och fosforsyra - acylfosfater och substituerade acylfosfater. MED
nukleofilen kombinerar resten av organiska syror och acylfosfatanjonen
spelar rollen som en bra lämnande grupp.
Estrar
Förvärvsmetoder
RCOO— Na+ + RCl® RCOOR + NaCl Den viktigaste metoden för att erhålla estrar är förestringsreaktion. Reaktionen fortsätter som en nukleofil substitution i
karboxylgrupp.
Karboxylsyror är svagt acylerande
reagenser på grund av den signifikanta +M-effekten av OH-gruppen. Användning av den starka
nukleofiler, som också är starka baser (t.ex.
grundläggande katalys), i detta fall är det omöjligt, eftersom de överför karboxylsyra
syror till ännu mindre reaktiva salter av karboxylsyror. Reaktionen utförs
under sura katalysförhållanden. Den sura katalysatorns roll är, som redan
sade, genom att öka den effektiva positiva laddningen på kolatomen
karboxylgruppen, och dessutom protoneringen av OH-gruppen i stadiet
splittras gör det till en bra lämnande grupp - H 2 O.
Alla steg i förestringsreaktionen
reversibel. För att flytta jämvikten mot förestringsprocessen, använd
överskott av en av reaktanterna eller avlägsnande av produkter från reaktionssfären.
Nukleofila substitutionsreaktioner i
alkoxikarbonylgrupp.
Estrar är svagare acylerande
reagens än anhydrider och syraklorider. S N -reaktioner i alkoxikarbonylgruppen fortskrider i mer
svåra förhållanden och kräver syra- eller baskatalys. Det viktigaste
reaktioner av denna typ är hydrolys, aminolys och
interförestring
.
Hydrolys.
Estrar hydrolyseras för att bilda karboxylsyror genom inverkan av
syror eller alkalier.
Syrahydrolys av estrar är en omvänd förestringsreaktion.
Mekanismen för syrahydrolys inkluderar samma steg som
och förestringsprocessen, men i omvänd ordning.
Alkalisk hydrolys av estrar kräver
ekvimolära mängder alkali och fortskrider irreversibelt.
RCOOR + NaOH® RCOO - Na + + R OH
Kärnan i alkalisk katalys är att använda
istället för en svag nukleofil - vatten, en starkare nukleofil -
hydroxidjon.
Processens irreversibilitet
tillhandahålls av låg reaktivitet mot nukleofiler
hydrolysprodukt - karboxylatanjon.
Interförestring.
I transesterifieringsreaktionen, nukleofilens roll
utför en alkoholmolekyl. Processen katalyseras av syror eller
grunder.
Reaktionsmekanismen liknar hydrolysen av komplex
etrar. Interesterifiering är en reversibel process. För att flytta balansen åt höger
det är nödvändigt att använda ett stort överskott av den initiala alkoholen. Reaktion
interesterifiering finner tillämpning vid framställning av fettsyraestrar
från triacylglycerider (se lek. 18)
Aminolys.
Estrar acylerar ammoniak och aminer med
bildning av amider av karboxylsyror.
Amider av karboxylsyror
Strukturen för amidgruppen
A mittgruppen finns i många biologiskt viktiga föreningar,
främst i peptider och proteiner (peptidbindning). Hennes elektroniska och
rumslig struktur bestämmer till stor del deras biologiska
fungerar.
Amidgruppen är p-p -adjoint system där
ytterligare överlappning av kväveatomens p-orbital med sid -kommunikation orbital
kol-syre.
En sådan elektrondensitetsfördelning
leder till en ökning av energibarriären för rotation runt C-N-bindningen till 60 -
90 kJ/mol. Som ett resultat har amidbindningen en plan struktur och bindningslängderna
C-N och C \u003d O har värden respektive mindre och mer än deras vanliga
kvantiteter.
Brist på fri rotation runt C-N-bindningen
leder till förekomsten av amider cis- Och Trans-isomerer. För
de flesta amider är föredragna Trans-konfiguration.
Peptidbindningen har också Trans-konfiguration där sidoradikaler av aminosyrarester
längst bort från varandra
Förvärvsmetoder
Nukleofila substitutionsreaktioner i
karboxamidgrupp.
Amider är de minst reaktiva derivaten av karboxylsyror. För dem
hydrolysreaktioner är kända som fortskrider under hårda förhållanden under inverkan av
vattenlösningar av syror eller alkalier.
Reaktionsmekanismerna liknar hydrolysen av komplex
etrar. Men i motsats till hydrolys av estrar, syra och alkalisk hydrolys
amider fortskrider irreversibelt.
2.3. Reaktioner för en - kol
atom
karboxylsyror innehållande a - väteatomer,
reagerar med brom i närvaro av fosfor för att uteslutande bildas a - bromderivat
(Gell-Forgald-Zelinsky reaktion
)
Halogen i en -halo-substituerade syror är lätt substituerade under
verkan av nukleofila reagens. Det är därför a -halogenerade syror
är utgångsmaterial i syntesen av ett brett spektrum av substituerade a - position
syror, inklusive a-amino- och a -hydroxisyror.
2.4.
Dekarboxylering
Dekarboxylering är eliminering av CO 2 från karboxylsyror eller deras salter. Dekarboxylering
utförs genom upphettning i närvaro av syror eller baser. Samtidigt som
Som regel ersätts karboxylgruppen med en väteatom.
Osubstituerade monokarboxylsyror
dekarboxyleras under svåra förhållanden.
Dekarboxylering underlättas av närvaron
elektronbortdragande substituenter i en position.
Vikten av enzymatiska
dekarboxylering av keto-, amino- och hydroxisyror i kroppen (se lek. nr 14 och
16).
Dekarboxylering genom upphettning (torr
destillation) av kalcium- och bariumsalter av karboxylsyror - en metod för att erhålla
ketoner.
2.5.
Återhämtning.
Karboxylsyror, syraklorider, anhydrider och estrar
är återställda LiAlH 4 till primär
alkoholer.
Syraklorider kan reduceras till
aldehyder (se Lec. No. 11).
Vid reduktion av amider av karboxylsyror
aminer bildas.
3. Dikarboxylsyror
Dikarboxylsyror innehåller två karboxylgrupper. mest prisvärda
är linjära syror innehållande från 2 till 6 kolatomer. Deras
strukturen och metoderna för att få fram presenteras i tabell 9. bakterier
Kemiska egenskaper hos dikarboxylsyror i
i grunden liknar egenskaperna hos monokarboxylsyror. De ger alla reaktioner
karakteristisk för karboxylgruppen. Samtidigt kan man få
funktionella derivat (syraklorider, anhydrider, komplex, estrar, amider) som
en efter en och båda karboxyl
grupper. Dikarboxylsyror är surare än monokarboxylsyror.
på grund av karboxylgruppens –I-effekt. Som avståndet mellan
karboxylgrupper, minskar surheten hos dikarboxylsyror (se tabell.
9).
Dessutom har dikarboxylsyror ett nummer
specifika egenskaper, som bestäms av närvaron i molekylen av två
karboxylgrupper.
Förhållandet dikarboxylsyror till
uppvärmning.
Omvandlingar av dikarboxylsyror vid upphettning
beror på längden på kedjan som separerar karboxylgrupperna, och bestäms
möjligheten att bilda termodynamiskt stabila fem- och sexledade
cykler.
Vid upphettning oxalsyra och malonsyra
dekarboxylering sker.
Bärnstens-, glutar- och maleinsyra vid
när de värms upp delar de lätt av vattnet med bildning av fem- och sexledade cykliska
anhydrider.
Adipinsyra vid upphettning
dekarboxyleras för att bilda en cyklisk keton, cyklopentanon.
Polykondensationsreaktioner
D ikarboxylsyror interagerar med diaminer och dioler med
bildandet av polyamider respektive polyestrar som används i
produktion av syntetiska fibrer.
Biologiskt viktig dikarboxylsyra
syror.
Oxalsyra
bildar olösliga salter, t.ex.
kalciumoxalat, som deponeras som njur- och blåssten.
bärnstenssyra
deltar i de metaboliska processer som äger rum i
kropp. Det är en mellanprodukt i trikarboxylsyracykeln.
fumarsyra,
i motsats till malein ,
brett spridd i naturen, är involverad i processen
metabolism, särskilt i trikarboxylsyracykeln.
DEKARBOXYLERING eliminering av CO2 från karboxylgruppen i karboxylsyror eller karboxylatgruppen i deras salter. Det utförs vanligtvis genom upphettning i närvaro av syror eller baser. Dekarboxyleringen av mättade monokarboxylsyror sker som regel under svåra förhållanden. Sålunda leder kalcineringen av Na-acetat med ett överskott av sodakalk till eliminering av CO 2 och bildning av metan: CH 3 COONa + NaOH CH4 + Na2CO3. DEKARBOXYLERING underlättas för syror som innehåller a -position av elektronegativa grupper. Enkel DEKARBOXYLERING av acetoättiksyra (formel I) och nitroättiksyra (II) beror på förekomsten av ett cykliskt övergångstillstånd:
Kemiskt uppslagsverk. Volym 2 >>
D. homologer av nitroättiksyra - en preparativ metod för att erhålla nitroalkaner.
Naib. DEKARBOXYLERING av syror utförs lätt, vars karboxylgrupp är direkt ansluten till andra elektroforer. grupper. Till exempel uppvärmning av pyrodruvsyra med konc. H 2 SO 4 leder lätt till acetaldehyd:
Under dekarboxyleringen av oxalsyra under samma förhållanden bildas förutom CO 2, H 2 O och CO.
D. underlättas också om karboxylgruppen är bunden till en omättad C-atom; så, DEKARBOXYLERING av monokaliumsaltet av acetylendikarboxylsyra är en bekväm metod för syntes av propiolsyra:
D. acetylenkarboxylsyra utförs vid rumstemperatur i närvaro. Cu-salter: HCCCOOH HC=CH + CO2. Aromatisk syror dekarboxyleras som regel under svåra förhållanden, till exempel när de upphettas i kinolin i närvaro av en metall. pulver. Genom denna metod, i närvaro av Cu, erhålls furan från pyromucic syra. Dekarboxylering av aromatiska syror underlättas i närvaro av elektrofores. substituenter, till exempel trinitrobensoesyra, dekarboxyleras vid upphettning till 40-45 °C.
D. karboxylsyraångor över upphettade katalysatorer (Ca- och Ba-karbonater, Al 2 O 3, etc.) - en av metoderna för syntes av ketoner: 2RCOOH:
RCOR + H2O + CO2. Vid dekarboxylering av en blandning av två syror bildas en blandning av osymmetriska och symmetriska ketoner. DEKARBOXYLERING av natriumsalter av karboxylsyror under elektrolysen av deras konc. vattenlösningar (se Kolbe-reaktioner) är en viktig metod för att erhålla alkaner.
DEKARBOXYLERINGSreaktioner som har preparativ betydelse inkluderar halogendekarboxylering - ersättning av en karboxylgrupp i en molekyl med en halogen. Reaktionen fortskrider under verkan av LiCl (eller N-bromsuccinimid) och tetraacetat Pb på karboxylsyror, såväl som fria halogener (Cl 2, Br 2, I 2) på
salter av karboxylsyror, till exempel: RCOOM RHal (M = Ag, K,
Hg, T1). Silversalter av dikarboxylsyror under verkan av I 2 omvandlas lätt till laktoner:
Oxidering spelar också en viktig roll. DEKARBOXYLERING - eliminering av CO 2 från karboxylsyror, åtföljd av oxidation. Beroende på vilket oxidationsmedel som används resulterar denna DEKARBOXYLERING i alkener, estrar och andra produkter. Så, under dekarboxyleringen av fenylättiksyra i närvaro av pyridin-N-oxid, bildas bensaldehyd:
Liksom DEKARBOXYLERING av salter av karboxylsyror, sker DEKARBOXYLERING av organiska elementderivat och estrar, till exempel:
D. estrar utförs också under inverkan av baser (alkoholater, aminer, etc.) i en alkoholhaltig (vattenhaltig) lösning eller Li- och Na-klorider i DMSO.
Av stor betydelse i olika metaboliska processer är enzymatisk DEKARBOXYLERING.Det finns två typer av sådana reaktioner: enkel DEKARBOXYLERING (reversibel reaktion) och oxidativ DEKARBOXYLERING, där först DEKARBOXYLERING sker, och sedan dehydrering av substratet. Enligt den senare typen, i organismen hos djur och växter, enzymatisk dekarboxylering av pyrodruv och a -ketoglutarsyror - mellanprodukter från nedbrytningen av kolhydrater, fetter och proteiner (se Trikarboxylsyracykeln). Enzymatisk dekarboxylering av aminosyror är också utbredd i bakterier och djur.
Reaktionerna av karboxylsyror kan delas in i flera stora grupper:
1) Återvinning av karboxylsyror
2) Dekarboxyleringsreaktioner
3) Substitutionsreaktioner vid -kolatomen i karboxylsyror
4) Reaktioner av nukleofil substitution vid acylkolatomen.
Vi kommer att överväga var och en av dessa reaktionsgrupper i tur och ordning.
18.3.1. Återvinning av karboxylsyror
Karboxylsyror reduceras till primära alkoholer med litiumaluminiumhydrid. Reduktionen sker under strängare förhållanden än vad som krävs för reduktion av aldehyder och ketoner. Återvinning utförs vanligtvis genom att koka i en lösning av tetrahydrofuran.
Diboran B 2 H 6 reducerar också karboxylsyror till primära alkoholer. Reduktionen av karboxylgruppen till CH2OH genom inverkan av diboran i THF utförs under mycket milda förhållanden och påverkar inte vissa funktionella grupper (NO2; CN; 
), så denna metod är i vissa fall att föredra.
18.3.2. Dekarboxylering
Denna term kombinerar en hel grupp av olika reaktioner där CO 2 elimineras och de resulterande föreningarna innehåller en kolatom mindre än den ursprungliga syran.
Den viktigaste av dekarboxyleringsreaktionerna i organisk syntes är Borodin-Hunsdiecker-reaktionen, där silversaltet av en karboxylsyra omvandlas till en alkylhalogenid när den upphettas med en lösning av brom i CCl 4 .
Ett framgångsrikt genomförande av denna reaktion kräver användning av noggrant torkade silversalter av karboxylsyror, och utbytet av alkylhalogeniden varierar kraftigt beroende på graden av rening och dehydratisering av saltet. Denna nackdel saknar modifiering, där kvicksilversalter används istället för silver. Kvicksilversaltet av en karboxylsyra isoleras inte individuellt, utan en blandning av karboxylsyra, gul kvicksilveroxid och halogen värms upp i ett likgiltigt lösningsmedel. Denna metod resulterar i allmänhet i en högre och mer reproducerbar produktion.
En radikal kedjemekanism har etablerats för Borodin-Hunsdiecker-reaktionen. Acylhypobromiten som bildas i det första steget genomgår homolytisk klyvning med bildning av en karboxylradikal och en bromatom. Karboxylradikalen förlorar CO 2 och förvandlas till en alkylradikal, som sedan regenererar kedjan genom att en bromatom spjälkas från acylhypobromiten.
Kretsinitiering:
Kedjeutveckling:
Den ursprungliga metoden för oxidativ dekarboxylering av karboxylsyror föreslogs av J. Kochi 1965. Karboxylsyror oxideras med blytetraacetat, dekarboxylering sker och beroende på förhållandena erhålls alkaner, alkener eller ättiksyraestrar som reaktionsprodukter. Mekanismen för denna reaktion har inte fastställts i detalj; följande sekvens av transformationer antas:
Alkenen och estern verkar bildas från karbokatjonen, respektive genom protoneliminering eller acetatjoninfångning. Införandet av en halogenidjon i reaktionsblandningen undertrycker nästan fullständigt båda dessa processer och leder till bildning av alkylhalider.
Dessa två dekarboxyleringsmetoder kompletterar varandra väl. Dekarboxylering av Ag- eller Hg-salter ger bäst resultat för karboxylsyror med en primär radikal, medan oxidation med blytetraacetat i närvaro av litiumklorid ger de högsta utbytena av alkylhalider för karboxylsyror med en sekundär radikal.
En annan reaktion av dekarboxylering av karboxylsyror, som är av stor preparativ betydelse, är den elektrolytiska kondensationen av salter av karboxylsyror, upptäckt 1849 av G. Kolbe. Han utförde elektrolysen av en vattenhaltig lösning av kaliumacetat i hopp om att få en fri radikal CH 3 , men istället för den erhölls etan vid anoden. På liknande sätt, under elektrolysen av en vattenlösning av natriumsaltet av valeriansyra, erhölls n.oktan istället för butylradikalen. Den elektrokemiska oxidationen av karboxylatjoner visade sig historiskt sett vara den första allmänna metoden för syntes av mättade kolväten. Vid elektrolys av natrium- eller kaliumsalter av mättade alifatiska syror i metanol eller vattenhaltig metanol i en elektrolysator med platinaelektroder vid 0–20°C och med tillräckligt hög strömtäthet bildas alkaner med ett utbyte på 50–90 %.
I närvaro av en alkylgrupp i -positionen minskar emellertid utbytena kraftigt och överstiger sällan 10 %.
Denna reaktion visade sig vara särskilt användbar för syntes av diestrar av dikarboxylsyror ROOC(CH 2) n COOR med n från 2 till 34 vid elektrolys av alkalisalter av halvestrar av dikarboxylsyror.
I modern organisk elektrosyntes används korselektrolytisk kondensation i stor utsträckning, som består i elektrolys av en blandning av karboxylsyrasalter och en dikarboxylsyramonoester.
Elektrolysen av en lösning av dessa två salter resulterar i bildandet av en blandning av tre mycket olika reaktionsprodukter, som lätt kan separeras genom destillation till sina individuella komponenter. Denna metod låter dig förlänga kolskelettet i en karboxylsyra med valfritt antal kolatomer i nästan en operation.
Elektrolytisk kondensation är begränsad till rakkedjiga karboxylsyrasalter och dikarboxylsyrahalvestersalter. Salter av ,- och ,-omättade syror genomgår inte elektrokemisk kondensation.
För Kolbe-reaktionen föreslogs en radikalmekanism, inklusive tre successiva steg: 1) oxidation av karboxylatjoner vid anoden till karboxylatradikaler 
; 2) dekarboxylering av dessa radikaler till alkylradikaler och koldioxid; 3) rekombination av alkylradikaler.
Vid en hög strömtäthet bidrar en hög koncentration av alkylradikaler vid anoden till deras dimerisering, vid en låg strömtäthet är alkylradikaler antingen oproportionerliga för att bilda en alken eller alkan eller avlägsnar en väteatom från lösningsmedlet.
Salter av karboxylsyror genomgår också dekarboxylering under pyrolys. En gång i tiden var pyrolys av kalcium- eller bariumsalter av karboxylsyror den huvudsakliga metoden för att erhålla ketoner. På 1800-talet var "torrdestillationen" av kalciumacetat den huvudsakliga metoden för att framställa aceton.
Därefter förbättrades metoden på ett sådant sätt att den inte inkluderar steget att erhålla salter. Ångor av karboxylsyra leds över katalysatorn - oxider av mangan, torium eller zirkonium vid 380-400 0 . Den mest effektiva och dyrbara katalysatorn är toriumdioxid.
I de enklaste fallen omvandlas syror med två till tio kolatomer till symmetriska ketoner med ett utbyte på cirka 80 % vid kokning med pulveriserat järn vid 250-300 . Denna metod finner tillämpning inom industrin. Den pyrolytiska metoden används mest framgångsrikt och används för närvarande för syntes av fem- och sexledade cykliska ketoner från tvåbasiska syror. Till exempel, från en blandning av adipinsyra och bariumhydroxid (5%) vid 285-295 , erhålls cyklopentanon med ett utbyte av 75-85%. Cyklooktanon bildas av azelainsyra vid upphettning med ThO 2 med ett utbyte på högst 20 %; denna metod är inte särskilt lämplig för att erhålla cykloalkanoner med ett stort antal kolatomer.
