Derivati karboksilnih kiselina
Značaj
Sinteza
Rastvarači
estri, amidi, nitrili
Industrijska primena
poliestri, poliamidi, lekovi, boje, pigmenti,
sapuni ...
prehrambena ind., industrija parfema
Biološki značajna jedinjenja
masti i ulja,
nosioci mirisa,
peptidi (belančevine)
hormoni
antibiotici
1
Podela
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
Anhidridi k.k.
Estri k.k.
Amidi k.k.
Nitrili
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
O
R
C
X
X = F, Cl, Br, I
R = alkil- ili aril-grupa.
Imenuju se promenom imena alkanske kiseline iz
koje nastaju u ALKANOIL-HALOGENIDE.
Halogenidi cikloalkankarboksilnih kiselina zovu se
CIKLOALKANKARBONIL-HALOGENIDI.
2
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
Cl
CH3
O
CH3CHCH2CBr
CH3CCl
O
3-metilbutanoil-bromid
etanoil-hlorid
(acetil-hlorid)
pentanoil-hlorid
O
O
C
O
C
Cl
I
benzoil-jodid
cikloheksankarbonil-hlorid
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
Najznačajniji predstavnici su
alkanoil-hloridi.
Dobijaju se delovanjem hlorida
mineralnih kiselina na k.k.
SOCl2
RCOOH
ili
ArCOOH
PCl5
O
O
PCl3
R
Cl ili Ar
Cl
3
Anhidridi k.k.
O
R
O
C
O
C
R
R = alkil- ili aril-grupa.
Imenuju se dodajući izraz ANHIDRID
imenu kiseline (ili imenima, u slučaju
mešovitih)
Anhidridi k.k.
O O
O
CH3COCCH3
anhidrid
etanske k.
(anhidrid sircetne k.,
acetanhidrid)
O
O
O
anhidrid
2-buten-dikiseline
(anhidrid maleinske k.
maleinanhidrid)
O
O
anhidrid
etanske i propanske k.
O
O
O
anhidrid
1,2-benzendikarboksilne k.
(anhidrid ftalne k.,
ftalanhidrid)
4
Dobijanje anhidrida k.k.
Reakcija k.k. sa alkanoil-hloridima
Reakcija Na-soli k.k. sa alkanoilhloridima
Reakcija k.k. sa acetanhidridom
Reakcija k.k. sa alkanoil-hloridima
O
RCOH + ClCR'
O O
O
∆
RCOCR' + HCl
Mogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R≠R') anhidridi.
5
Reakcija Na-soli k.k. sa alkanoilhloridima
O
RCO
O
-+
O O
RCOCR' + Na+ Cl
Na + ClCR'
Mogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R≠R') anhidridi.
CH3COO
-+
Na + Cl
natrijum-etanoat
(natrijum-acetat)
O
O
C
H3C C O C
O
(anhidrid
sircetne i benzoeve k.)
benzoil-hlorid
Reakcija k.k. sa acetanhidridom
O
O O
O O
∆
2RCH2COH + CH3COCCH3
RCH2COCCH2R + 2CH3COOH
acetanhidrid
(dehidrataciono
sredstvo)
Acetanhidrid se dobija iz ketena:
CH3COOH
etanska k.
(sircetna k.)
AlPO 4
700 oC
OH
H2C
C
O
+ CH3COOH
H2C
C
H2O + H2C
C
O
etenon
(keten)
O
O
C
CH3
adicija sircetne k. na
karbonilnu grupu ketena
O O
CH3COCCH3
anhidrid etanske k.
(acetanhidrid)
6
Dobijanje cikličnih anhidrida
Zagrevanjem dikarboksilnih kiselina (intramolekulska
dehidratacija) dobijaju se ciklični anhidridi.
Nastaju stabilni peto– ili šestočlani prstenovi.
O
O
O
COH
H2C
∆
H2C
COH
OH
O + H2O
OH
O
O
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
oksa-2,5-ciklopentandion
anhidrid butan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
O
O
1,2-benzendikarboksilna k.
(ftalna k.)
∆
O + H2O
O
anhidrid
1,2-benzendikarboksilne k.
(anhidrid ftalne k.)
(ftalanhidrid)
Estri k.k.
O
R
C
O
R'
R, R' = alkilili aril-grupa
Imenuju se kao ALKIL-ALKANOATI.
Uobičajeno (trivijalno) ime cikličnih
estara je LAKTON, a po IUPAC–u su
to OKSA-2-CIKLOALKANONI.
7
Estri k.k.
O
C
O
O
3-metilbutil-etanoat
(izopentil-acetat)
2
(β)
O
metil-(2-amino)benzoat
(metil-antranilat)
(β)
(γ)
3
4
(α)
2
5
1
oksa-2-ciklobutanon
(β-propiolakton)
CH3
NH2
O
(α)
O
O1
O
5-metiloksa-2-ciklopentanon
(γ-valerolakton)
Dobijanje estara k.k.
Esterifikacija
Intramolekulska dehidratacija γ- i δhidroksi kiselina
sinteza cikličnih estara (laktona)
Reakcija alkanoil-hlorida i alkohola (ili
fenola)
Reakcija anhidrida k.k. i alkohola (ili
fenola)
Reakcija soli k.k. i halogen-alkana
Reakcija estra k.k. i alkohola ili fenola
(transesterifikacija)
8
Esterifikacija
RCOOH + R'OH
+
H
RCOOR' + H2O
Videti k.k.!
Intramolekulska dehidratacija γ- i δhidroksi kiselina
O
1
2
H2C α
3
H2SO4, H2O; ∆
2
3
1
(β) 4
γ
C OH
H2
4
(α)
O + H2O
β
H2C
O
COH
5
(γ)
oksa-2-ciklopentanon
4-hidroksibutanska k.
(γ-butirolakton)
(γ-hidroksibuterna k.)
O
O
2
1
H2C
α
3
β
H2C
2
(α) 3
COH
OH
γ
CH2
4
δ
CH2
5
5-hidroksipentanska k.
(δ-hidroksivalerijanska k.)
H2SO4, H2O; ∆
(β)
O
1
6
4
5
(γ)
+ H2O
(δ)
oksa-2-cikloheksanon
(δ-valerolakton)
9
Reakcija alkanoil-hlorida i alkohola
O
RCCl + R'OH
RCOOR' + HCl
ili
ili
ArOH
RCOOAr
O
O
HO
Cl
O
+
benzoil-hlorid
fenilmetanol
(benzil-alkohol)
fenilmetil-benzoat
(benzil-benzoat)
Reakcija anhidrida k.k. i alkohola
O O
RCOCR + R'OH
O
∆
RCOOR' + RCOOH
ili
ili
ArOH
RCOOAr
O
HO
O
∆
+
anhidrid
benzenkarboksilne k.
COOH
O
fenilmetanol
(benzil-alkohol)
O
+
fenilmetil-benzoat
(benzil-benzoat)
10
Reakcija anhidrida k.k. i alkohola
O
O
+ CH3OH
∆
O
anhidrid
butan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
H2C
H2C
COOCH3
COOH
(kiseli metil-estar cilibarne k.)
(monometil-sukcinat)
O
O
+ 2CH3OH
O
∆
H2C
H2C
COOCH 3
COOCH3
(metil-estar cilibarne k.)
(dimetil-sukcinat)
Reakcija soli k.k. i halogen-alkana
O
RCO
-+
Na + R'X
RCOOR' + Na+ X
1o
O
O
O
-+
Na
natrijum-etanoat
(natrijum-acetat)
+
Cl
O
hlorfenilmetan
(benzil-hlorid)
fenilmetil-etanoat
(benzil-acetat)
11
Reakcija estra k.k. i alkohola ili fenola
(transesterifikacija)
+
H ili OH
O
R
C
+ R'OH
O
R C
OR"
+
R"OH
OR'
ili
RCOOAr
ili
ArOH
+
H ili OH
CH3COOCH2CH3 + CH3OH
etil-etanoat
(etil-acetat)
metanol
CH3COOCH3 + CH3CH2OH
metil-etanoat
(metil-acetat)
etanol
Biodizel
RCOOCH3
OOCR
OOCR' + CH3OH
OOCR''
triglicerid
+
H ili OH
+
R'COOCH3
+
R"COOCH3
OH
+
OH
OH
glicerol
•Biodiezel - dizel gorivo dobijeno iz biljnih ulja ili životinjskih masti
na bazi alkil-(metil-, propil- ili etil-) estara.
•Smeša alkil-estara viših masnih kiselina.
•Reakcija se izvodi obično sa NaOH u CH3OH ili sa NaOCH3.
•U smeši NaOH i CH3OH samo je 50% CH3OH prevedeno u CH3ONa
(+H2O – saponifikacija).
•Nukleofil u reakciji je CH3O- (metoksidni jon).
12
Amidi k.k.
O
O
C
R
1o
R
NH2
O
C
NHR'
C
R
2o
3o
NR'2
R, R' = alkil- ili aril-grupa
Imenuju se kao ALKANAMIDI.
Kod uobičajenih imena, završetak –SKA KISELINA
zamenjuje se sufiksom AMID.
U cikličnim sistemima završetak –KARBOKSILNA
KISELINA zamenjen je sufiksom KARBOKSAMID.
Supstituenti na azotu označavaju se prefiksom Nili N,N- u zavisnosti od broja supstituenata.
Uobičajeno (trivijalno) ime cikličnih amida je
LAKTAM, a po IUPAC–u su to AZA-2CIKLOALKANONI.
Amidi k.k.
O
O
O
NH
NH2
NH2
etanamid
(acetamid)
N-etilpropanamid
(N-etilpropionamid)
cikloheksankarboksamid
O
O
O
NH2
benzenkarboksamid
(benzamid)
C
N
CH3
CH3
CH3
2,N,N-trimetilbenzenkarboksamid
(2,N,N-trimetilbenzamid)
(α)
(β)
2
1
NH
3
6
4
5
(γ)
(δ)
aza-2-cikloheksanon
(δ-valerolaktam)
13
Dobijanje amida k.k.
Reakcija termičke dekompozicije amonijum-soli
k.k.
Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka, 1° i 2°
amina
Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka, 1° i 2°
amina
Reakcija estara k.k. i amonijaka, 1° i 2° amina
Intramolekulska dehidratacija γ- i δ-amino k.
Reakcija anhidrida dikarboksilnih k. i
amonijaka, 1° amina
Reakcija dikarboksilnih k. i amonijaka, 1°
amina
Reakcija termičke dekompozicije
amonijum-soli k.k.
O
RCOOH + NH3
RCOO + NH4
amonijum-so k.k.
amonijum-alkanoat
∆
RCNH2 + H2O
1o
amid
Videti k.k.
14
Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka,
1°i 2°amina
O
2NH3
R
+
+ NH4 Cl
NH2
1o amid
O
O
2R'NH2
R
Cl
+
NHR' + R'NH3 Cl
R
2o amid
O
2R'2NH
R
+
+ R'2NH2 Cl
NR'2
3o amid
Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka,
1°i 2°amina
Cl
benzoil-hlorid
O
+
NH3 Cl
N
H
2
benzenamin
(anilin)
H
CH3CH2CCl + 2CH3CH2NCH3
propanoil-hlorid
(propionil-hlorid)
+
O
NH2
O
N-metiletanamin
(etilmetilamin)
N-fenilbenzenkarboksamid
(N-fenilbenzamid)
-
+
(anilinijum-hlorid)
O
+
CH3CH2CNCH2CH3 + CH3CH2NH2 Cl
CH3
CH3
N-etil-N-metilpropanamid etilmetilamonijum-hlorid
(N-etil-N-metilpropionamid)
15
Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka,
1°i 2°amina
O
R
O
O
R
+ 2NH3
O
∆
+ RCOO
NH2
R
- +
NH4
1o amid
O
O
O
O
+ 2HN(CH3)2
anhidrid
benzenkarboksilne k.
N-metilmetanamin
(dimetilamin)
N(CH3 )2
∆
N,N-dimetilbezenkarboksamid
(N,N-dimetilbenzamid)
- +
COO NH2(CH3)2
+
dimetilamonijum-benzoat
Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka,
1°i 2°amina
O
O
O
+ 2NH3
+
NH2
H , H2O
- +
O NH4
∆
O
O
poluamid butan-dikiseline
(poluamid cilibarne kiseline)
(sukcinaminska k.)
O
O + 2NH3
O
anhidrid
pentan-dikiseline
(anhidrid glutarne k.)
∆
OH
O
O
anhidrid
butan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
NH2
CONH2
- +
COO NH4
+
H , H2O
CONH2
COOH
poluamid pentan-dikiseline
(poluamid glutarne k.)
16
Reakcija estara k.k. i amonijaka, 1°i
2°amina
O
R
O
∆
+ NH3
OR'
R
NH2
+ R'OH
1o amid
O
O
OCH3
+ H2NCH3
NHCH3
∆
+ CH3OH
N-metilcikloheksankarboksamid
metil-estar
cikloheksankarboksilne k.
COOCH2CH3
CON(CH3)2
∆
+ HN(CH3)2
+ CH3CH2OH
N,N-dimetilbenzenkarboksamid
(N,N-dimetilbenzamid)
etil-benzoat
Intramolekulska dehidratacija γ- i δamino k.
sinteza cikličnih amida (laktama)
O
1
2
3
COOH
α
β
(α)
∆
2
3
1
+ H2O
NH
γ
NH2
(β) 4
5
(γ)
4
4-aminobutanska k.
(γ-aminobuterna k.)
aza-2-ciklopentanon
(γ-butirolaktam)
O
2
3
β
γ
4
2
1
α
COOH
δ
NH2
5
5-aminopentanska k.
(δ-aminovalerijanska k.)
∆
(α) 3
(β)
1
NH
6
4
5
(γ)
+ H2O
(δ)
aza-2-cikloheksanon
(δ-valerolaktam)
17
Reakcija anhidrida dikarboksilnih k. i
amonijaka, 1°amina
sinteza imida (azotovi analozi cikličnih
anhidrida)
O
O
O + 2NH3
O
NH2
∆
- +
H
O NH4
2O
∆
NH
- NH3
O
O
anhidrid
butan-dikiseline
O
aza-2,5-ciklopentandion
(butanimid)
(sukcinimid)
(anhidrid cilibarne k.)
O
O
O + 2NH3
CONH2
∆
NH
∆
- +
COO NH4 - H2O
- NH3
O
(anhidrid glutarne k.)
anhidrid
pentan-dikiseline
O
aza-2,6-cikloheksandion
(pentanimid)
Reakcija dikarboksilnih k. i amonijaka,
1°amina
O
COOH
+ 2NH3
CONH2
∆
NH3 +
- H2O
- +
COO NH4
COOH
O
NH2
∆
OH
- H2O
- NH3
NH
O
O
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
aza-2,5-ciklopentandion
(butanimid)
(sukcinimid)
poluamid butan-dikiseline
(poluamid cilibarne kiseline)
(sukcinaminska k.)
O
O
2
COOH
COOH
pentan-dikiselina
3
+ 2NH3
NH
∆
- 2H2 O
-NH3
COOH
1
4
5
6
O
aza-2,6-cikloheksandion
+ 2NH3
COOH
1,2-benzemdikarboksilna k.
(ftalna k.)
∆
- 2H2O
-NH3
NH
O
1,2-benzendikarboksimid
(ftalimid)
Analogno reaguju 1° amini.
18
Nitrili
0.1095 nm
H
R C N
Ar
109.1 o
0.1157 nm
C N
H
C N
109.5 o
H
0.1462 nm
C i N atom C-N veze sp-hibridizovani!
Smatraju se derivatima k.k. jer:
hidrolizom daju k.k.
lako se transformišu u druge derivate k.k.
nitrilni C–atom je istog oksidacionog stanja kao
i karboksilni C.
Nitrili
Imenuju se kao ALKANONITRILI.
Uobičajena (trivijalna) imena izvode se obično
zamenom nastavka –SKA KISELINA sufiksom NITRIL.
Cijanocikloalkani se imenuju kao
CIKLOALKANKARBONITRILI.
Kao supstituent, –C≡N se zove CIJANO.
CH3
H3C C N
CH3CHCH2CN
etanonitril
(acetonitril)
3-metilbutanonitril
(3-metilbutironitril)
(metil-cijanid)
(2-metilpropil-cijanid)
N
ciklopentankarbonitril
(ciklopentil-cijanid)
N
N
butanodinitril
(sukcinonitril)
CN
benzenkarbonitril
(benzonitril)
(fenil-cijanid)
19
Dobijanje nitrila
Alkanonitrili (alkil-cijanidi) iz
halogenalkana
Aromatični nitrili (aril-cijanidi) iz
diazonijumovih soli
Dehidratacija 1° amida
Dobijanje nitrila
Alkanonitrili (alkil-cijanidi) iz halogenalkana
reakcijom nukleofilne supstitucije halogena
cijanidnim jonom
R CN + K+ X
R X + K+ CN
1o
(3o
eliminacija!!!)
Aromatični nitrili (aril-cijanidi) iz diazonijumovih
soli i CuCN (Sandmeyer–ova reakcija)
+
Ar
N N
Cl
-
CuCN
Ar
CN
20
Dobijanje nitrila dehidratacijom 1°
amida
O
P2O5, ∆
R
NH2
- H2O
R CN
ili
ili
Ar
O
Ar
CN
NH2
O
P2O5, ∆
C
NH2
C N
- H2O
benzenkarbonitril
(benzonitril)
benzenkarboksamid
(benzamid)
Fizička svojstva
Prisustvo polarizovane karbonilne grupe čini
derivate k.k. polarnim jedinjenjima
hloridi, anhidridi i estri imaju t.k. bliske t.k.
aldehida i ketona iste M.M.
amidi imaju više t.k. zbog stvaranja
intermolekulskih vodoničnih veza
H
N H
R
O C
N H
O C
R
Jedinjenje
t.k. (°C)
O
CH3CCl
51
H
O O
O
CH3 COCCH3
CH3 CNH2
140
221
21
Fizička svojstva
granica rastvorljivosti u vodi je 3 do
5 C atoma za estre i 3 do 6 C atoma
za amide
derivati k.k. su rastvorni u
uobičajenim organskim rastvaračima
isparljivi estri imaju prijatan,
karakterističan miris
hloridi imaju oštar, iritirajući miris
Reakcije derivata k.k.
Nukleofilna acilna supstitucija
Hidroliza
Alkoholiza
Amonoliza i aminoliza
22
Nukleofilna acilna supstitucija
Mehanizam adicije–eliminacije
Najvažniji reakcioni put za dobijanje derivata
k.k., kao i za njihove meñusobne
transformacije!
Nukleofil napada karbonilni C (adicija) i
nastaje tetraedarski intermedijer, koji se
razlaže uz eliminaciju odlazeće grupe.
Ukupna reakcija je supstitucija odlazeće
grupe nukleofilom!
Adiciono–eliminacione reakcije mogu biti
katalizovane kiselinom ili bazom.
Nukleofilna acilna supstitucija
:O:
R
C ..
L
derivat k.k.
alkanoil-hlorid
-L=
anhidrid
-L=
estar
-L=
amid
-L=
..
Cl
.. :
: O:
..
O
.. C R'
..
O
.. R'
..
NH2
..
NHR'
..
NR'2
23
Nukleofilna acilna supstitucija
Mehanizam kiselo–katalizovane,
adiciono eliminacione reakcije
Faza 1: protonovanje
+
.. H
O
:O :
C
R
+ H+
..
L
+
-H
R
derivat kiseline
(supstrat)
.. H
:O
..
L
C
..
L
C
+
R
.. H
:O
C
R
+
L
karbokatjon stabilizovan rezonancijom
(aktivirana karbonilna grupa za napad nukleofila)
Nukleofilna acilna supstitucija
Faza 2: adicija–eliminacija
+
.. H
O
R
C ..
L
1
+
:NuH
nukleofil
.. H
:O
.. - H+
R C L
+ H+
+
Nu H
.. H
:O
..
R C L
+
+H
-H
+
.. H
:O
+
R C LH
Nu
Nu
2
+ H
:O
1 adicija
R
+
Nu
protonovani
proizvod
supstitucije
2 eliminacija
•Faza 3: deprotonovanje
C
+: O
R
C
H
odlazeca
grupa
..
:O
+
-H
+ H+
Nu
: LH
C
R
Nu
proizvod
supstitucije
24
Nukleofilna acilna supstitucija
Mehanizam bazno–katalizovane, adiciono
eliminacione reakcije
Faza 1: deprotonovanje NuH
Nu
H + :B
-
: Nu
baza
nenaelektrisani katalizator
nukleofil
-
+
H
B
naelektrisani
nukleofil
Nukleofilna acilna supstitucija
Faza 2: adicija–eliminacija
.. : O:
:O:
C .. + : Nu
R
L
derivat kiseline
(supstrat)
1
R
C
: O:
..
L
2
R
Nu
nukleofil
1 adicija
C
+
Nu
proizvod
supstitucije
.. :L
odlazeca
grupa
2 eliminacija
Faza 3: regeneracija katalizatora
.. :L
+
H
B
L
H + :B
-
baza
regenerisani
katalizator
25
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
U reakciji nukleofilne supstitucije sa vodom
(hidroliza):
: O:
najreaktivniji
..
R C Cl
.. :
+ H2O
: O:
: O:
..
R C O
.. C R'
+ H2O
: O:
najmanje
reaktivan
..
R C NR'2
+ H2O
RCOOH
brzo
20 oC
+ H2O
: O:
..
R C O
.. R'
20 oC
sporo
+ HCl
RCOOH
+ R'COOH
+
H ili OH ; ∆
vrlo sporo
+
H ili OH ; ∆
RCOOH
RCOOH
+ R'OH
+ HNR'2
izuzetno sporo
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Redosled relativne reaktivnosti derivata
k.k.
: O:
..
R C Cl
.. :
: O:
>
: O:
..
R C O
.. C R'
: O:
: O:
>
..
R C O
.. R'
>
najreaktivniji
..
R C NH2
najmanje
reaktivan
Ovakav redosled relativne reaktivnosti
direktno zavisi od strukture -L tj.:
koliko je dobra odlazeća grupa,
kakav elektronski uticaj vrši na susednu
karbonilnu grupu.
26
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Što je -L slabija baza, bolja je
odlazeća grupa, odnosno, bolje će
se odvojiti od molekula
derivat k.k. je reaktivniji.
U sledećem nizu raste baznost
odlazeće grupe:
O
Cl
-
-
<
hloridni
jon
OCR
-
<
karboksilatni
jon
OR
-
<
NH2
amidni
jon
alkoksidni
jon
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Što je karbonilni C–atom u strukturi derivata k.k.
elektrofilniji (više δ+), derivat je reaktivniji!!!
U strukturi -L za karbonilni C-atom su vezani
heteroatomi: N, O i Cl, koji se razlikuju po relativnoj
elektronegativnosti i veličini (koef. el. negativnosti: 3,0
(N); 3,4 (O); 3,2 (Cl)).
Ukupan elektronski uticaj strukture –L na susednu
karbonilnu grupu je odreñen dejstvom njenog:
induktivnog (–I) i
rezonancionog (+R) efekta.
Kao rezultat sveukupnog elektronskog efekta L grupe,
elektrofilnost C–atoma karbonilne grupe opada u nizu:
: O:
..
:
R C Cl
..
najpozitivniji
: O:
>
: O:
..
R C O
.. C R'
: O:
>
..
R C O
.. R'
: O:
>
..
R C NH2
najmanje
pozitivan
27
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Induktivni efekat
Što je "–I" efekat privlačenja elektrona
duž σ–veze –L grupe veći, to će
karbonilni C–atom biti više δ+
(elektrofilniji).
Intenzitet –I efekta L grupe opada u
nizu:
: O:
: O:
..
Cl
.. : > R C
R C
: O:
..
O
.. C R'
: O:
>
: O:
..
O
.. R' > R C
R C
najpozitivniji
..
NH2
najmanje
pozitivan
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Rezonancioni efekat
Kao i u slučaju k.k. i kod njihovih derivata slob el.
par supstituenta može biti delokalizovan na
karbonilni O–atom:
R
C ..
L
(I)
.. :O:
.. : O:
:O :
R
C ..
+ L
R
(II)
C
+
L
(III)
rezonancija u molekulu derivata k.k.
Mogućnost rezonancije dovodi do smanjene
elektrofilnosti karbonilnog C–atoma!
Što je "+R" efekat odavanja elektrona duž π–veze
–L grupe veći, dipolarna rezonanciona struktura
(III) će biti više zastupljena, odnosno, molekul
derivata kiseline će biti stabilniji (manje
reaktivan).
28
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Amidi: –L = –NH2
dipolarna rezonanciona struktura (III) je
najzastupljenija (N je najmanje
elektronegativan u nizu: O, Cl, N).
Estri: –L = –OR'
dipolarna rezonanciona struktura (III) je
nešto manje zastupljena (O je
elektronegativniji od N).
Ipak je "+R" efekat –OR' grupe
značajan.
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Anhidridi: –L = –OCOR'
reaktivniji su od estara jer slob. el.
parove središnjeg O–atoma dele 2
karbonilne grupe, umanjujući tako
stabilizaciju molekula rezonancijom.
Hloridi: –L = –Cl
Najreaktivniji zbog:
velike rel. el. negativnosti Cl,
slabog +R efekata Cl (slabo
preklapanje velike 3p–orbitale Cl sa
2p–orbitalom karbonilnog C).
29
Relativna reaktivnost derivata k.k. u
reakcijama nukleofilne supstitucije
Reaktivnost aroil-hlorida je znatno
smanjena u odnosu na alkanoil-hloride.
.. :O:
.. : O:
:O:
.. :O:
+
Cl
Cl
Cl
+
Cl
+
+R efekat arom. prstena smanjuje elektrofilnost karbonilnog C-atoma!!!
Reakcije hlorida k.k.
Prevoñenje u k.k. i druge derivate
Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza
Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza
Prevoñenje hlorida u amide. Amonoliza i
aminoliza
Dobijanje ketona. Friedel-Crafts-ovo
acilovanje
Reakcija sa Grignard–ovim reagensima
Redukcija
Veoma su reaktivni – nije potreban katalizator !
30
Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza
Veoma burno reaguju sa vodom – hidrolizuju čak
i pod uticajem vlage iz vazduha.
O
R C
O
+ H2O
R C
Cl
:O :
C ..
R
Cl
.. :
+
..
HOH
..
nukleofil
.. :O:
1
R
C
+ HCl
OH
:O :
..
Cl
.. :
: OH
+ 2
2
R
C
.. H
+O
+
.. : Cl
.. :
odlazeca
grupa
H
+
-H
:O :
1
adicija
2 eliminacija
R
C
..
O
..
+
HCl
H
k.k.
Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza
O
H3C C
O
+ H2 O
Cl
H3C C
+ HCl
OH
O
C
O
+ H2O
Cl
brzo, eksplozivno
C
+ HCl
OH
sporo
31
Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza
Analogna reakciji hidrolize
O
R C
O
+ R'OH
R C
Cl
Obično se dodaju baze, kao što su hidroksidi
alkalnih metala, piridin ili amini, da neutrališu
sporedni proizvod, HCl.
O
CH3CCl + CH3CH2CH2OH
etanol-hlorid
(acetil-hlorid)
+ HCl
OR'
N(CH2CH3)3
1-propanol
O
+
CH3COCH2CH2CH3 + HN(CH2CH3)3 Cl
trietilamonijum-hlorid
propil-etanoat
(propil-acetat)
Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza
U slučaju aroil-hlorida reakciju alkoholize je moguće
izvoditi u vodenoj sredini u prisustvu hidroksida alkalnih
metala (baza koja neutrališe HCl) s obzirom na njihovu
znatno smanjenu reaktivnost u poreñenju sa alkanoilhloridima.
O
Cl + CH3OH
NaOH/H 2O
O
+ O CH3 + Na Cl
metanol
benzoil-hlorid
metil-benzoat
O
C
Cl
O
vod. NaOH
+
OH
C
O
fenil-benzoat
32
Prevoñenje hlorida u amide. Amonoliza
i aminoliza
O
R C
O
+ 2NH3
R C
Cl
+
+ NH4 Cl NH2
Nastali HCl se neutrališe viškom amonijaka ili amina.
O
n-C 17H35
C
O
O
SOCl2
n-C17H35
OH
n-C17H35
+ 2NH3
C
C
Cl
O
CH2
O
C6H5-NH2
C
Cl
+
+ NH4 Cl NH2
CH2
vod. NaOH,
dioksan
C
N
H
Reakcija hlorida sa Grignard–ovim
reagensima
2
1
O
O
R'MgX
C
R
Cl
- MgXCl
1) R'MgX
2) H+ , H O
R
alkanoil-hlorid
OH
2
C
R
R'
R'
R'
keton
3o alkohol
ne može se izolovati
1
C
adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
2 nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
O
CH3CH2CCl + 2 H3C MgBr
propanoil-hlorid
1) aps. etar
2) H+ , H O
OH
2
CH3CH2
C CH3
CH3
2-metil-2-butanol
3o alkohol
33
Reakcija hlorida sa Grignard–ovim
reagensima
: O:
+ R''
δ+
δ
R
C
..
Cl
.. :
1
MgX
.. : O: +MgX
2
..
R C Cl
.. :
- ClMgX
R''
alkanoil-hlorid
:O:
R
C
+ R''
δ
R''
δ+
.. : O: +MgX
3
MgX
R
C
R''
R''
keton
ne može se izolovati
OH
R
C
H+, H2O
R''
1 +
R''
2 = adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
3 nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
3o alkohol
Redukcija hlorida
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H O
2
R
R CH2OH
Cl
34
Reakcije anhidrida k.k.
Prevoñenje u k.k. i njihove derivate
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
Prevoñenje u estre. Alkoholiza
Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
Dobijanje ketona. Friedel-Crafts-ovo
acilovanje
Redukcija
Sa nukleofilima reaguju bez prisustva katalizatora !
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
O
O O
RCOH + HOCR
RCOCR + H2O
k.k.
anhidrid k.k.
:O:
RC
..
O
..
: O:
CR
+
..
HOH
..
nukleofil
O
.. : O:
1
R
C
k.k.
:O :
..
O
..
:O :
:O :
- ..
:
+
..
C
H
OCR
..
R
+O
odlazeca
grupa
H
2
CR
: OH
+ 2
+
-H
: O:
1 adicija
2 eliminacija
R
C
..
O
..
+
H
:O :
..
HOCR
..
k.k.
k.k.
35
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
O O
O
CH3COCCH3 + H2O
O
CH3COH + HOCCH3
anhidrid
sircetne k.
sircetna k.
O
O
+ H2O
COOH
H2C
∆
H2C
O
COOH
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
(sukcinska k.)
anhidrid
butan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
Prevoñenje u estre. Alkoholiza
O O
O
RCOCR + R'OH
RCOR' + HOCR
RC
..
O
..
:O:
CR
+
k.k.
estar
anhidrid k.k.
: O:
O
..
HOR'
..
.. : O:
1
..
O
..
R
C
R'
O
..
+ H
nukleofil
:O :
:O :
2
CR
C
R
:O :
- ..
.. H + :OCR
..
+O
odlazeca
grupa
R'
+
-H
:O :
1 adicija
2 eliminacija
R
C
+
..
O
..
R'
:O :
..
HOCR
..
k.k.
estar
O
O
O
anhidrid
propanske k.
O
O
+ CH3OH
OCH3
metil-propanoat
+
HO
propanska k.
36
Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
O
O
O
+ NH3 (višak)
anhidrid benzoeve k.
O
O
CNH2
COH
+
benzenkarboksamid
(benzamid)
O
- +
CO NH4
NH3
amonijum-benzoat
Analogno reaguju 1° i 2° amini.
Nastala ROOH se neutrališe viškom amonijaka ili
amina.
Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
(CH3CO)2O + 2NH3
CH3CONH2 + CH3COO NH4+
O
O + 2NH3
O
CH2CONH2
+
CH2COO NH4
H+
amonijum-sukcinamat
CH2CONH2
CH2COOH
sukcinaminska k.
37
Redukcija anhidrida
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H2O
R
O
R CH2OH + R'
CH2OH
R'
O
Reakcije estara
Prevoñenje u k.k. i derivate
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
Prevoñenje u estre. Transesterifikacija.
Alkoholiza.
Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
Reakcija sa sa Grignard–ovim
reagensima
Redukcija u alkohole
38
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
U reakcijama adicije–eliminacije sa nukleofilima
su manje reaktivni od hlorida i anhidrida k.k.
Najčešće je nužno prisustvo katalizatora
kiselo-katalizovana
bazno-katalizovana
O
H+
R C
O
R C
+ R'OH
OH
+ H2O
OR'
OH-
RCOO - + R'OH
Kiselo–katalizovana hidroliza
Povratna reakcija!
Mehanizam ove reakcije je suprotan
reakciji esterifikacije – nukleofil je voda, a
eliminiše se alkohol!!!
kisela-kataliza
O
RCOR' + H2O
estar k.k.
H
+
O
RCOH + HOR'
k.k.
alkohol
39
Bazno–katalizovana hidroliza
bazna-kataliza
O
RCOR' + H2O
O
B:
-
RCO + HOR'
estar k.k.
alkohol
so k.k.
Reakcija saponifikacije!
Uloga baze (B) je da transformiše slab nukleofil,
vodu, u negativno naelektrisani i veoma
nukleofilni hidroksilni jon.
B: +
H
baza
katalizator
..
OH
..
.. : OH
+ B
..
H
jak
nukleofil
slab
nukleofil
Bazno–katalizovana hidroliza
Kao baza se često koristi sam hidroksilni jon!
O
O
KOH/H2O
O- K +
∆
OCH3
metil-butanoat
: O:
RC
..
+
OR'
..
.. : OH
..
nukleofil
katalizator
+ CH3OH
kalijum-butanoat
.. : O:
1
R
C
..
OR'
..
:O :
2
C
R
: OH
..
..
O
..
H
+
odlazeca
grupa
k.k.
3
1
adicija
2 eliminacija
prevodjenje k.k. u njenu so
3 pod uticajem bazne cestice, alkoksidnog jona
alkoksidni jon
:O:
R
C
.. O
.. :
- ..
:OR'
..
+
..
HOR'
..
alkohol
karboksilatni jon
40
Bazno–katalizovana hidroliza
Poslednja faza je nepovratna –
karboksilatni jon (RCOO–) je veoma
stabilna čestica (stabilizovana
rezonancijom)!
Molekul alkohola ne može napasti
karboksilatni jon!
Upravo iz tog razloga bazno–
katalizovana esterifikacija nije
moguća!
Bazno–katalizovana hidroliza
SAPONIFIKACIJA
O
CH2
O CR'
O
CH
O CR'' + 3NaOH
O
CH2
O CR'''
triglicerid
(mast ili ulje)
O
R'CO- + Na
O
CH OH +
R''CO- + Na
CH2 OH
O
glicerol
R'''CO- + Na
CH2 OH
sapuni
41
Prevoñenje u estre. Transesterifikacija.
Alkoholiza
Reakcija transesterifikacije – direktna
transformacija jednog estra u drugi, bez
nastajanja slobodne k.k.
Reakcija je katalizovana kiselinom ili bazom!
O
+
H ili OR''
RCOR'' + HOR'
RCOR' + R''OH
estar
O
estar
alkohol
alkohol
Ravnotežna reakcija
da bi se ravnoteža pomerila u "desno" obično se
koristi veliki višak alkohola (R"OH).
H2SO4
O
OCH2CH3
etil-butanoat
+ CH3OH
metanol
NaOCH3
O
OCH3
metil-butanoat
+ CH3CH2OH
etanol
Prevoñenje u estre. Transesterifikacija.
Alkoholiza
Mehanizmi transesterifikacije katalizovani
kiselinama ili bazama analogni su
mehanizmima hidroliza u odgovarajuće
k.k.:
kisela–kataliza
započinje protonovanjem karbonilnog O estra
nakon čega sledi nukleofilni napad molekula
alkohola na karbonilni C
bazna–kataliza
započinje deprotonovanjem alkohola, a nastali
alkoksid (–OR"), nukleofil, se adira na
karbonilnu grupu estra.
42
Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
U reakciji nije potreban katalizator, ali je
reakcionu smešu neophodno zagrevati!
O
O
COCH2CH3
CNHCH3
∆
+ H2NCH3
+ CH3CH2OH
N-metilbenzenkarboksamid
(N-metilbenzamid)
Analogno reaguju amonijak i 2° amini.
CH3COOC2H5 + NH3
CH3CONH2 + C2H5OH
acetamid
Reakcija estara sa Grignard–ovim
reagensima
2
1
O
C
R
OR' - R'OMgX
estar
1) R''MgX
2) H+ , H O
O
R''MgX
R
C
R
R''
C
R''
R''
keton
ne može se izolovati
1
OH
2
3o alkohol
adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
2 nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
1) aps. etar
O
COCH2CH3
etil-benzoat
2) H+ , H2O
+ 2 H3C MgBr
OH
C CH3
CH3
2-fenil-2-propanol
3o alkohol
43
Reakcija estara sa Grignard–ovim
reagensima
:O:
+ R''
δ+
δ
C
R
..
OR'
..
.. : O: +MgX
..
R C OR'
..
1
MgX
R''
estar
:O :
+ R''
δ
C
R
2
- R'OMgX
R''
δ+
.. : O: +MgX
3
MgX
R
C
R''
R''
keton
ne može se izolovati
1 +
2 = adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
3 nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
OH
R
C
H+ , H2O
R''
R''
3o
alkohol
Redukcija
Katalitičko hidrogenovanje
R
COOR' + 2H2
CuO CuCr2O4
250 oC, pritisak
R
CH2OH' + R'OH
1
o
alkohol
Primer
COOC2H5 + 2H2
etil-2,2-dimetilpropanoat
CuO CuCr2O4
250 oC, pritisak
CH2OH
+ C2H5OH
2,2-dimetilpropanol
44
Redukcija
Hemijska redukcija
anhid. etar
4R
LiAl(OCH2R)4
COOR' + 2LiAlH4
H+
+
R
CH2OH'
+
LiAl(OR')4
R'OH
litijum-tetraalkoksi-aluminat
Primer
LiAlH4
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOCH3
H+
anhid. etar
metil-cis-9-oktadekenoat
metil-oleat
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OH
cis-9-oktadeken-1-ol
oleil-alkohol
Redukcija
O
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H2O
HOCH2CH2CH2CH2OH
O
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H2O
HOCH2CH2CH2CH2CH2OH
45
Amidi
Najmanje reaktivni derivati k.k.,
delimično i zbog toga što su jako
stabilizovani delokalizacijom slob.
el. para atoma azota.
Posledica toga je da adiciono–
eliminacione reakcije u koje
stupaju, zahtevaju oštre reakcione
uslove.
Reakcije amida
Baznost i kiselost
Hidroliza
kiselo–katalizovana
bazno–katalizovana
Prevodjenje u imide
Hofmann-ovo premeštanje
(degradacija amida)
Redukcija
46
Baznost i kiselost
Amidi su amfoterna jedinjenja
Mogu da reaguju kao:
slabe baze i
slabe kiseline
Baznost
: O:
protonovanje na N
C + H
N
R
H
(nema stabilizacije
H
+ H+
R
C ..
NH2
R
C ..
+ NH2
R
C
+
NH2
(III)
(II)
(I)
rezonancijom)
.. : O:
.. : O:
:O :
+
-H
rezonancija u molekulu amida
+
-H
Manje bazni od amina!
U molekulu amida
moguće je protonovanje
na 2 mesta – na N i na
karbonilnom O!
+ H+
protonovanje na O
+
.. H
O
R
C ..
NH2
.. H
:O
R
C ..
+ NH2
.. H
:O
C
R
+
NH2
katjon stabilizovan rezonancijom
(delokalizacija "+" šarže - jace stabilizovan rezonancijom
od neprotonovanog amida)
47
Baznost
Protonovanje na N
Slobodan el. par sa N učestvuje u
rezonanciji sa "=" vezom karbonilne
grupe:
molekul amida je stabilizovan
rezonancijom za razliku od
protonovanog amida
kao posledica delokalizacije slob. el.
para sa N na karbonilni O javlja se
delimično "+" naelektrisanje na N čime
je jako smanjena baznost amida!
Baznost
Protonovanje na O
Protonovanjem na karbonilnom O
nastaje katjon koji je rezonanciono
stabilizovan (rezonanciona
stabilizacija "+" šarže) – jače je
rezonanciono stabilizovan od
neprotonovanog amida (razdvajanje
naelektrisanja).
Važno: do protonovanja dolazi
na karbonilnom O i to u jako
kiselim uslovima!
48
Kiselost
Vodonici iz amino grupe 1° i 2° amida su slabo
kiseli zbog delimično "+" šarže na N:
.. :O:
C
R
.. : O:
+
NH
C
H
(III)
(III)
1o
2o
C
H
Svoje slabo kisele osobine mogu manifestovati
isključivo u jako baznim uslovima:
: O:
R
+
NR'
R
.. : O:
:O:
..
N
H
+ - ..
Na : NH2
+
NH3 + Na
+
natrijum-amid
jaka baza
H
R
C
..NH
..
R
C
..
NH
amidatni jon
rezonanciono stabilizovan
Hidroliza
Do hidrolize dolazi samo uz produženo zagrevanje
pod jako kiselim ili baznim uslovima.
Kiselo–katalizovana
Povratna reakcija!
kisela-kataliza
O
H
RCNH2 + H2O
∆
amid k.k.
O
NH2
propanamid
+ H2O
H2SO4
∆
+
O
+
RCOH + NH4
k.k.
amonijum-so
O
OH
+
2+ (NH4)2 SO4
propanska k.
49
Hidroliza
Mehanizam kiselo-katalizovane hidrolize amida
+
.. H
O
:O:
C
R
..
:OH
R
C
..
NH2
..
-H
NH2
+
-H
R
+
C
..
NH2
..
:OH
+
+H
R
- H+
H
: O:
- H+
..
NH3
C
+
C
R
grupa
+
NH3
2
:OH
..
: OH
..
+
+ H+
C
R
OH odlazeca
1 adicija
1
..
HOH
..
.. +
NH2
nukleofil
H
+:O
C
R
..
:OH
+
+H
O
..
H +
+ H+
OH
+
NH4
amonijum-so
k.k.
2 eliminacija
Hidroliza
Bazno–katalizovana
Nepovratna reakcija!
bazna-kataliza
O
OH
RCNH2 + H2O
∆
amid k.k.
O
NHCH3
N-metilpropanamid
+ H2O
OH
-
-
O
-
RCO + HNH2
so k.k.
O
O
∆
-
so propanske k.
+ CH3NH2
metilamin
+
H , H2O
O
OH
propanska k.
+
+ CH3NH3
metilamonijum-so
50
Hidroliza
Mehanizam bazno-katalizovane hidrolize amida
:O:
..
- ..
NH2 + : OH
..
RC
nukleofil
katalizator
.. : O:
1
R
C
..
NH2
:O :
2
R
: OH
..
C
..
O
..
H
+
odlazeca
grupa
amidni jon
k.k.
3
1
- ..
:NH2
:O :
adicija
2 eliminacija
prevodjenje k.k. u njenu so
3 pod uticajem bazne cestice, amidnog jona
R
C
.. O
.. :
+
..
NH3
karboksilatni anjon
Obradom reakcione smeše razblaženom mineralnom kiselinom, dobija se k.k.
Imidi
O
CONH2
O + 2NH3
O
+
COO NH4
amonijum-ftalamat
NH3, ∆
∆, 300 oC
H+
CONH2
COOH
ftalaminska k.
∆
O
NH
O
ftalimid
51
Imidi
Imidi su kiseli
Vodonik na N u strukturi imida je kiseo zbog
delimično "+" šarže na N:
..O ..
:N
ftalimid
H
..O..
.. ..O..
..O..
..O..
+
N H
+
N H
:N H
..O..
.. -
..O..
..O..
delokalizacija slob. el. para sa N
Imidi
S obzirom da je delokalizacija slob. el. para sa N
kod imida veća nego kod amida, IMIDI:
praktično nemaju bazni karakter
znatno su jače kiseline od amida
mogu se deprotonovati u znatno blažim baznim
uslovima (vodeni rastvor hidroksida ili karbonata)
nastaje rezonanciono stabilizovan imidatni jon.
..O..
:N H
ftalimid
..O..
..O..
KOH/H2O
K
+
: N:
..O..
.. ..O..
N:
..O..
..O..
N:
..O..
.. -
imidatni jon
rezonanciono stabilizovan
52
Imidi
Imidatni jon može da reaguje sa
jedinjenjima koja sadrže polarizovanu
vezi CX (ugljenik–halogen).
..O..
.. ..
O
Gabriel-ova sinteza 1o amina:
: N : K+
+ BrCH2CH2CH3
RX mora biti 1o
..O..
: N CH2CH2CH3
(SN2)
..O..
- KBr
OH /H2O
∆
kalijum-ftalimid
COO
H2N CH2CH2CH3
-
+
propilamin
COO
-
Hofmann-ovo premeštanje (degradacija
amida)
O
X2, NaOH, H2O
R C
R NH2 + CO2
NH2
O
CH3(CH2)7
C
NH2
Cl2, NaOH, H2O
CH3(CH2)7
NH2 + CO2
prinos 66%
53
Redukcija amida
O
R
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H2O
R CH2NH2
NH2
O
R
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H2O
R CH2NHR'
NHR'
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H +, H O
2
R
R CH2NR'R''
NR'R''
Nitrili
δ+ δ
R C N
Cijanidna grupa je polarizovana – na C–
atomu se pojavljuje delimično "+" šarža
tako da podleže napadu nukleofila!
Slabo bazni (npr. CH3CN pKb=24)
54
Reakcije nitrila
Hidroliza do k.k.
kiselo–katalizovana
bazno–katalizovana
Alkoholiza
Reakcija sa Grignard–ovim
reagensima
Redukcija
Hidroliza
Veoma oštri reakcioni uslovi –
neophodno prisustvo koncentrovane
kiseline ili baze uz zagrevanje.
Mehanizmi ovih reakcija vrše se
preko intermedijarnog amida i
uključuju faze adicije–eliminacije!
55
Hidroliza
Kiselo–katalizovana
Povratan proces!
kisela-kataliza
H
RCN + H2O
C(CH2)4C
N + H2O
+
RCOH + NH4
∆
nitril
N
O
+
k.k.
+
2HOOC(CH2)4COOH + (NH4)2 SO4
H2SO4
∆
heksanodinitril
(adiponitril)
amonijum-so
heksan-dikiselina
(adipinska k.)
Hidroliza
Mehanizam kiselo-katalizovane hidrolize nitrila
R
N:
C
+ H+
R
..
NH2
C
..
O
..
..
+ HOH
..
- H2O
+
-H
+
..
H
O
+ H+
R
C
..
NH2
+
NH2
+ H+
..
OH
..
+
-H
R
C
..
OH
..
R
C
..
OH
- H+
+ H+
+
imino kiselina
(tautomer amida)
H
R
N H
..
NH
..
NH
C
R C
+
-H
..
R C N H
+
+
H
+
H2O
+
RCOOH + NH4
k.k.
amid
56
Hidroliza
Početno protonovanje azota
cijanidne grupe je praćeno
nukleofilnim napadom molekula
vode.
Deprotonovanjem nastaje neutralni
intermedijer, imino kiselina, koji
tautomerizuje u amid.
Amid dalje hidrolizuje kao što je
ranije opisano.
Hidroliza
Bazno–katalizovana
Nepovratan proces!
OH
RCN + H2O
nitril
∆
-
RCOO
so k.k.
-
+
NH3
amonijak
57
Hidroliza
Mehanizam bazno-katalizovane hidrolize nitrila
.. N:
R
C
N:
+
- ..
: OH
..
nukleofil
katalizator
R
.. O
..:
R
C
amidatni jon
..
OH
..
H
..
O
..
..
NH
..
OH
..
R
anjon imino kiseline
- ..
: NH
..
NH
C
R
C
H
R
..
O
..
+
H
- ..
: OH
..
- H2O
+ H2 O
imino kiselina
(tautomer amida)
..
NH2
..
OH
..
C
C
..
O
..
+
- ..
: OH
..
RCOO
-
+ NH3
so k.k.
amid
Hidroliza
Direktan napad hidroksilnog jona daje
anjon imino kiseline (amidnog
tautomera), koji se protonuje na azotu
dajući imino kiselinu (tautomer amida).
Imino kiselina tautomerizuje u amid koji
dalje hidrolizuje kao što je ranije opisano.
Obradom reakcione smeše razblaženom
mineralnom kiselinom, dobija se k.k.
58
Alkoholiza
Kiselo–katalizovana reakcija
H
RCN + R'OH
∆
nitril
R
C
N:
+ H+
R C
+
-H
+
R
NH
RCOR'
iminoestar
..
R C N H
+
+
N H
..
+ R'OH
..
- R'OH
..
NH
..
NH
C
+
-H
+
..
H
+ H+
O
R
R'
iminoestar
C
..
OR'
..
Alkoholiza
Hidrolizom iminoestra se dobija estar k.k.
NH
RCOR' + H2O
iminoestar
H
∆
+
+
RCOOR' + NH4
estar k.k.
59
Reakcija nitrila sa Grignard–ovim
reagensima
1) R'MgX
2) H+ , H O
R
C
NH
2
N
- Mg(OH)X
R
C
O
+
H , H2 O
R'
R
C
+
+ NH4
R'
imin
keton
1) aps. etar
2) H+ , H O
O
2
N
MgBr
+
etanonitril
(acetonitril)
2-heksanon
butilmagnezijum-bromid
Reakcija nitrila sa Grignard–ovim
reagensima
δ+
R
C
nitril
δ
:
N +
δ
R'
.. - +
N: MgX
δ+
MgX
R
C
R'
H+, H2O
- Mg(OH)X
anjonska imino so
O
R
C
..
NH
+
+ NH4
R
C
R'
imin
+
H , H2O
R'
keton
60
Redukcija
N AlR'2
R C N + R'2AlH
R C
R C
H
R C N
1. LiAlH4
2. H+, H2O
O
H+, H2O
H
R CH2NH2
Primeri:
O
O
diizobutilaluminijum-hidrid
O
O
1. (CH3CH(CH3)CH2)2AlH
2. H+, H2O
O
C
CN
H
prinos 85%
1. LiAlH4
2. H+, H2O
CH3 CH2 CH2
CH2NH2
prinos 85%
butanamin
CH3CH2CH2
C N
butanonitril
H2, PtO2, EtOH, CHCl3
CH3CH2CH2
CH2NH2
prinos 96%
61
Download

Derivati karboksilnih kiselina