Reazioni degli Acidi Carbossilici

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Indice:
- Acidità degli acidi carbossilici
- Reattività degli acidi carbossilici
- Preparazione dei cloruri
- Preparazione delle anidridi
- Preparazioni degli esteri
- Preparazioni delle ammidi
- Sintesi e idrolisi dei nitrili
- Riduzione di acidi carb. e derivati
- Reazioni con i composti organometallici
- Reazione di Hell-V olhard-Zelinsky
- Decarbossilazione
- Sintesi malonica
- Sintesi dei β-chetoesteri: la condensazione di Claisen
- Sintesi acetacetica
- Carbonatazione dei reattivi organometallici
- Carbonilazione
- Reazione con litio di isopropilammide
Daniele Trovò – allievo dell’ITIS Natta di Padova
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20
Reazioni degli acidi carbossilici
1
Gli acidi carbossilici sono dei composti che hanno come gruppo funzionale il carbossile (-COOH).
Il carbossile è formato da un carbonile (come quello di aldeidi e chetoni) legato anche ad un gruppo
OH. I tre atomi del gruppo carbossilico (ossigeno, carbonio, ossigeno) hanno ibridazione sp2 e
questo permette ai loro elettroni π di essere delocalizzati in tutto il sistema. La teoria VB
rappresenta il gruppo carbossilico con due forme limite di risonanza uguali tra loro.
O
O
R C
O
R C
R C
O-
OH
O
Forme limite di risonanza del carbossilato (indistinguibili)
Acidità degli acidi carbossilici
Gli acidi carbossilici sono la più acida classe di composti che contiene solo carboni, idrogeni e
ossigeni. La costante di ionizzazione Ka è dell’ordine di 10-5 e quindi sono acidi deboli; per esempio
una soluzione di acido acetico 0,1 M in acqua si dissocia solo l’1,3 %.
L’acidità è dovuta al fatto che l’idrogeno che viene strappato in un acido ( COO-H ) è in posizione
α rispetto al carbonio del carbonile e la carica negativa che si forma non è bloccata sull’ossigeno
(come in un alcol), ma è distribuita sui due ossigeni per risonanza. Le due forme limite di risonanza
mostrate poche righe sopra hanno la particolarità di essere uguali. Quando sono tali, la teoria VB
dice che l’ibrido di risonanza, in questo caso il carbossilato, è una molecola particolarmente stabile.
Anche un chetone, se gli viene strappato un idrogeno in α, ha la carica negativa che non è
localizzata solo sul carbonio, ma è stabilizzata per risonanza. La differenza sostanziale sta nel fatto
che mentre in un chetone la carica è delocalizzata su un ossigeno e su un carbonio, in un acido è
delocalizzata su due ossigeni e l’anione è quindi molto più stabile.
O
CH3 CH2
O
O
CH2
CH2
-
C
H
a) alcossido
(carica negativa ferma)
CH2
C
H
b) enolato
(carica negativa delocalizzata su carbonio e ossigeno)
O
O
CH3 CH2 C
CH3 CH2 C
O
O
c) carbossilato (carica negativa delocalizzata sui due ossigeni)
2
La carica negativa del carbossilato inoltre è stabilizzata dall’effetto induttivo. Il carbonio ha una
parziale carica positiva δ+ e l’ossigeno del carbonile ha un parzialeδ-. Il carbonio positivo attrae per
effetto induttivo gli elettroni dell’ossigeno carico negativamente rendendo l’anione più stabile.
δ+
Oδ
CH3 C
O
L’acidità degli acidi carbossilici è influenzata anche da altri fattori. I sostituenti che posseggono una
certa elettronegatività, in particolare se sono legati al carbonio in α contribuiscono ad aumentare
l’acidità. Questo rafforzamento può essere visto come un effetto induttivo che i sostituenti
trasmettono attraverso i legami sigma della molecola. Nell’esempio seguente il cloro parzialmente
negativo attrae gli elettroni di tutta la molecola stabilizzando in particolare l’anione che si può
formare.
Cl
CH2
O
Cl
CH
C
OH
Acido cloroacetico
pK a = 2.9
Cl
Cl
O
C
Cl
OH
Acido dicloroacetico
pK a = 1.3
C
Cl
O
C
OH
Acido tricloroacetico
pK a = 0.9
Maggiore è il numero di sostituenti elettronegativi maggiore sarà l’acidità. Ovviamente più questi
sostituenti sono lontani dal carbossile minore sarà l’acidità dell’acido.
.
3
REATTIVITA’ DEI DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI
I derivati degli acidi carbossilici sono i cloruri, le anidridi, gli esteri e le ammidi.
I derivati non posseggono la stessa reattività a causa dei diversi sostituenti presenti in ciascuno di
essi.
In una molecola generica gli elettroni donati da un sostituente stabilizzano il gruppo carbonilico e
diminuisce il suo carattere elettrofilo. Questa delocalizzazione degli elettroni dipende dalle
proprietà del sostituente.
Generalmente minore è l’elettronegatività di questo, migliore è la donazione di elettroni e la
stabilità della molecola stessa.
Per esempio i cloruri sono molto reattivi perché gli orbitali del cloro non si sovrappongono bene
con quelli del carbonio a cui è legato e la delocalizzazione è molto scarsa. Il cloro tende quindi ad
attrarre gli elettroni verso di sè rendendo il carbonio del carbonile molto positivo e facilmente
attaccabile da nucleofili.
O
R
O-
O
C
R
C
Cl
R
Debole risonanza
C
Cl
Cl
+
CLORURO
Le anidridi sono un po’ meno reattive dei cloruri perché la delocalizzazione degli elettroni è
migliore. La coppia degli elettroni dell’ossigeno, presente tra i due carboni, da risonanza per metà
verso un carbonile e per metà verso l’altro carbonile.
O
O
C
C
O
R
O
R
O
C
-
-
C
O
+
R
O
O
C
R
C
O
+
R
ANIDRIDE
R
Gli esteri sono più stabili delle anidridi. La coppia di elettroni dell’ossigeno dell’estere è condivisa
verso un unico gruppo carbonilico e inoltre l’ossigeno è in grado con la stessa facilità di prendere e
donare elettroni.
O
R
O-
O
C
R
O
R
C
R
ESTERE
C
O
O+
R
R
Le ammidi sono i derivati più stabili. L ’azoto è meno elettronegativo dell’ossigeno e non è in grado
di attrarre con molta forza gli elettroni verso di sé. Il carbonio del carbonile non ha un carattere così
positivo come in un cloruro acilico e subisce con più difficoltà gli attacchi nucleofili.
O
O
O
R
C
NR2
R
AMMIDE
C
: NR2
R
-
C
NR2
+
Ibrido molto stabile per
risonanza
4
Preparazione dei cloruri
Gli acidi carbossilici possono venire trasformati in cloruri acilici se trattati con cloruro di tionile,
SOCl2. Questa reazione è un tipico esempio di sostituzione nucleofila; l’intermedio che possiede un
ossigeno negativo non si protona per dare un alcool, come accadrebbe in aldeidi e chetoni, ma
espelle una piccola molecola, SO2.
O
O
+ SOCl2
CH3 C
+ SO
CH3 C
OH
2
+ HCl
Cl
acido acetico
acetil cloruro
Il meccanismo di reazione è molto semplice. Durante la reazione il Cl- entra nella molecola molto
facilmente perché ne è richiesta una piccola quantità, altrimenti non sarebbe possibile procedere in
questo modo.
Meccanismo:
:Cl
O
O
CH3 C
Cl
O
S Cl
CH3 C
O
H
:
O
CH3 C
O
S
Cl
+
CH 3 C
Cl
O
+
Cl
O
S
Cl
- H+
O
CH3 C
O
O
S
Cl
O
O
O
H
S
+ Cl
O
Questa reazione è perfettamente reversibile, cioè dal cloruro acilico in acqua è possibile ottenere
l’acido carbossilico corrispondente. La reazione è costituita da due fasi. In una prima fase una
molecola d’acqua attacca il cloruro e si forma un intermedio tetraedrico. Nella seconda fase invece
avviene la dissociazione dell’intermedio attraverso la deidrogenazione. Una seconda molecola
d’acqua strappa un H+ da un gruppo OH presente nell’intermedio ed esce Cl-. Come risultato si
ottiene l’acido carbossilico.
5
Preparazione delle anidridi
Dopo i cloruri le anidridi sono i derivati più reattivi degli acidi carbossilici. Il metodo migliore di
preparazione delle anidridi è per sostituzione nucleofila di un cloruro acilico con l’anione di un
acido carbossilico. In questa reazione viene solitamente aggiunta una base organica debole, come la
piridina; questa è utilizzata come catalizzatore e neutralizza l’acido cloridrico che si forma
spostando la reazione verso la formazione di prodotti.
O
O
+
CH3 C
O
Piridina
CH3 C
CH3 C
O
O
C
CH3
Cl
OH
Meccanismo:
+
CH3 C
O
O
O
O
CH3 C
Cl
O
CH3
O
CH3 C
C O C CH3
Cl
O
CH3 C
O
L’idrolisi dell’anidride porta all’acido carbossilico iniziale in condizioni blande e senza
sottoprodotti.
6
Preparazione degli esteri
Gli esteri sono tra i composti più diffusi in natura. I metodi per la loro preparazione sono diversi,
ma più frequentemente si ottengono a partire dagli acidi ( in questo caso si parla di esterificazione
di Fisher ), dai cloruri, dalle anidridi o partire da esteri attivi.
L’esterificazione di Fisher è la condensazione di un alcool con un acido carbossilico. Il problema di
questa reazione riguarda la resa che in condizioni normali non supera il 60 %. Per migliorare tale
dato si può far reagire un eccesso di alcool o di acido, oppure rimuovere dall’ambiente di reazione
l’acqua utilizzando benzene e distillando la miscela azeotropica. Per motivi di ingombro sterico
vengono preferiti nella reazione alcoli primari.
H+
R OH + R COOH
O
+ H2O
R C
OR
Gli esteri si possono ottenere anche attraverso la reazione di un alcool con un cloruro acilico. La
reazione è condotta in presenza di una base debole come piridina che reagisce con l’acido cloridrico
che si forma.
O
+
CH3 C
O
OH
CH2 CH3
+
CH3 C
HCl
O CH2 CH3
Cl
Altro modo per ottenere gli esteri è far reagire un’anidride con un alcool. Anche in questa reazione
viene utilizzata piridina o in alternativa un acido per catalizzarla. Da notare nell’esempio seguente
che un solo gruppo acetilico dell’anidride viene incorporato dall’estere; l’altro gruppo diventa una
molecola di acido acetico.
O
O
CH3
O
OH
CH3 C
+
CH2 CH3
C
CH3 C
O
+
O CH2 CH3
CH3 C
OH
O
Per ottenere un estere si può partire da un estere, ma per avere una buona resa sono necessari esteri
attivi. Con gli esteri normali si ottiene un equilibrio al 50 % e si ha un inutile spreco di reattivi. Gli
esteri attivi al contrario permettono di ottenere rese molto elevate perché molto veloci a reagire in
quanto hanno una struttura simile alle anidridi.
7
Esempio di preparazione di un estere attivo
O
O
OH
+
CH3 C
CH3 C
NH2
O
OH
NH2
ESTERE ATTIVO
Nella reazione si verifica un particolare fenomeno chiamato assistenza anchimerica, cioè è la
molecola stessa che permette il proseguimento del meccanismo attraverso un attacco in un suo
punto.
Meccanismo:
+
O
H
:
CH3 C
+
O NH2
OH
H
OH
+
+
CH3 C O
CH2 CH3
CH2 CH3
H
O
..
ESTERE A TTIVO
NH2
ASSISTENZA ANCHIMERICA
:
OH
O
CH3 C O
CH2 CH3
CH3 C
O
+
OH
+
O CH2 CH3
NH2
NH3
Idrolisi di un estere.
In ambiente acido ( ma anche in ambiente basico ) un estere può idrolizzare. L ’obiettivo è far
entrare acqua e uscire l’alcool. La reazione non è molto veloce perché può facilmente tornare
indietro; infatti l’acqua dopo aver attaccato il carbonile, non è sicuro che si deprotoni subito, ma
potrebbero scendere gli elettroni dell’ossigeno e riformare l’estere iniziale. La reazione continua
solo quando l’ossigeno dell’alcool si protona e a quel punto è lui il miglior gruppo uscente.
O
CH3
O
H2O
C
O
CH3
H
CH3
+
+
C
CH3 OH
OH
Meccanismo:
O
CH3
+
H
C
O
CH3
OH
: OH2
H
+
CH3
: OH
+
C OH2
O
CH3
CH3
O
C OH
O
+
CH3
CH3
C
OH
H
8
Preparazione delle ammidi.
Le ammidi possono essere preparate a partire dai derivati più reattivi e cioè dagli acidi, dalle
anidridi e dagli esteri.
Acido carbossilico con ammoniaca
Nel primo passaggio della reazione l’acido con l’ammoniaca porta alla formazione del sale di
ammonio corrispondente. Se si isola il sale riscaldando, si elimina l’acqua ottenendo l’ammide pura.
O
O
+ NH3
CH3 C
CH3 C
OH
O
+
NH4
calore
+ H2O
CH3 C
NH2
O
Meccanismo:
O
CH3 C
:O
O
: NH3
+
NH3
CH3 C
OH
O
CH3 C
CH3 C
NH2
NH2
OH2
+
OH
Cloruro con ammoniaca
La reazione è molto rapida e completa; normalmente si utilizza un eccesso di ammoniaca.
N
O
O
+ NH3
CH3 C
+
CH3 C
HCl
N
NH2
Cl
Anidride con ammoniaca
O
CH3 C
O
O
+
NH3
CH3 C
CH3 C
O
+
NH2
CH3
C
O
NH4+
O
Estere con ammoniaca
Al contrario della reazione tra un cloruro e l’ammoniaca che risulta molto rapida, questa reazione è
abbastanza lenta e raramente completa.
O
CH3 C
O
O
pH 5
CH3
+ NH3
CALORE
CH3 C
+
NH2
CH3 OH
Un caso particolare si verifica con gli esteri attivi se reagiscono con ammoniaca. Come nella sintesi
degli esteri ( anidride con alcool o estere attivo ) anche qui si ha il fenomeno dell’assistenza
anchimerica che influenza notevolmente la velocità di reazione.
9
Sintesi e idrolisi dei nitrili
I nitrili possono venire sintetizzati attraverso una reazione di sostituzione nucleofila, cioè la
sostituzione in un bromuro da parte di una molecola di cianuro, oppure con una via alternativa
rappresentata di seguito.
O
N
+
CH3 C
NH2 OH
H
CH3 C
idrossilammina
OH
CH3 C
calore
H
ossima
SOCl2
N
nitrile
Di particolare interesse per lo studio degli acidi carbossilici è l’idrolisi del nitrile. Il nitrile infatti,
porta dopo una prima disidratazione alla formazione di un’ammide e dopo una seconda sottrazione
di acqua si ottiene il rispettivo acido carbossilico.
Catalisi acida.
CH3 C
N
+
H2 O :
H
:O
H
CH3 C
O
T AUTOMERIA
NH
+
H
O
CH3 C
H
+
CH3 C
NH2
NH2
AMMIDE
O
+
H
H
CH3 C
:
NH2
:
+
OH
CH3 C
OH2
O
+
NH3
esce ammoniaca solo
se c'è un eccesso di
acqua
CH3 C
OH
OH2
+
Catalisi basica.
:
CH3 C
OH
N
-
OH
CH3 C
: OH -
: OH
T AUTOMERIA
CH3 C
N
NH
H
O
CH3 C
NH2
H
AMMIDE
O
O
CH3 C
:
OH
-
:O
CH3 C
CH3 C
NH2
NH2
O
O
OH
OH
amb basico
CH3 C
O
10
Riduzione di acidi carbossilici e derivati
Gli idruri metallici si addizionano agli acidi formando un nuovo legame carbonio idrogeno e si
ottiene quindi il prodotto di riduzione. Anche se tutti e quattro gli idrogeni dell’idruro sono
disponibili per la riduzione, si preferisce utilizzare un eccesso di LiAlH
4. L’eccesso viene
decomposto con acetato di etile e la soluzione dell’alcool viene acidificata perché la reazione non
possa procedere.
Acido con LiAlH 4:
Nella riduzione con litioallumioidruro l’idrogeno acido reagisce per primo liberando H
2 gassoso. Il
gruppo carbonilico dello ione viene poi attaccato dallo ione AlH4 e viene ridotto ad alcool primario.
Nella reazione si possono notare due passaggi riduttivi, il primo dei quali porta ad un’aldeide e il
secondo all’alcool primario.
Meccanismo:
H
H2
O
+
CH 3 C
O
H
..
O
+
AlH4- Li
O
AlH3 -
+
O:
H
H
O AlH 3 -
+
Li
+
Li
INST ABILE
+
Li
Li
O AlH 3 -
Al H
AlH 3 -
CH3 C H
PRIMO PASSAGGIO
RIDUTTIVO
CH3 C
:O
H
CH 3 C
H
H
+
Li
Al H
CH 3 C H
H
OH
H 2O
CH 3 CH2
H
SECONDO PASSAGGIO
RIDUTTIVO
Durante questa reazione può succedere che i sali formati inizialmente sono insolubili e precipitano.
È perciò preferibile trasformare prima gli acidi in esteri, che vengono ridotti facilmente sempre con
LiAlH4.
Estere con LiAlH4
Anche in questa reazione il reagente viene prima ridotto ad aldeide e poi ad alcool primario.
Meccanismo:
+
Li
O
CH3 C
O
+
CH3
+
AlH4- Li
O
O AlH3 CH3 C H
O CH3
CH3 C
ALDEIDE
H
OH
RID
CH3 CH2
ALCOOL
Ammide con LiAlH 4
Le ammidi derivate dall’ammoniaca danno per riduzione con LiAlH
4 le ammine primarie. Le
ammidi derivanti da ammine primarie e secondarie portano rispettivamente ad ammine secondarie e
terziarie.
11
Meccanismo:
H
CH3 C
O
- H+
NH2
LiAlH4
H
O:
CH3 C
Al
+
Li
+
H
H
NH AlH3 -
Li
O AlH3 CH3 C
+
Li
N
AlH3 +
H
Li
+
Li
N
CH3 C
H
H
IMMINA
+
+
Li
Li
AlH3 -
- AlH3
+
H
Li
Al
H
N
AlH3 -
CH3 C H
H
H2O
NH2
CH3 CH2
AMMINA
H
In tutti i casi sopra citati non è possibile fermare la riduzione quando la molecola si trova allo stato
di aldeide. È stato così individuato un idruro più blando, il tri-terzbutossi alluminio. Questa
molecola ha la particolarità di avere un solo idrogeno da strappare, perciò la riduzione avverrà solo
una volta.
O
CH3 C
O
+
Cl
LiAlH(tBuO)3
CH3 C
CLORURO
H
ALDEIDE
Un metodo più vecchio consente di ottenere per riduzione l’aldeide utilizzando l’idrogenazione
catalittica su un cloruro acilico, impiegando un catalizzatore parzialmente avvelenato.
12
Reazioni con i composti organometallici
I composti organometallici reagiscono con i derivati degli acidi carbossilici per attacco al gruppo
carbonilico formando un nuovo legame carbonio-carbonio. Il reagente più comune è quello di
Grignard.
La reazione tra un Grignard e un acido carbossilico non è possibile, in quanto si viene a formare un
dimero insolubile che non permette il proseguimento della reazione.
Reattivo di Grignard con estere
L’estere iniziale subisce una duplice riduzione: prima viene ridotto a chetone e poi ad alcool
terziario. È da ricordare che il primo prodotto intermedio non è stabile ed elimina R-O- e MgBr+. Il
chetone risultante reagisce molto più velocemente rispetto all’estere di partenza.
Meccanismo:
1°
O
CH3 C
:O
MgBr
CH2 CH3
O CH3
CH3 C
MgBr
O
CH2 CH3
CH3 C CH2 CH3
CHETONE
OMe
2°
O
O
MgBr
CH2 CH3
CH3 C CH2 CH3
MgBr
OH
H2O
CH3 C CH2 CH3
CH3 C CH2 CH3
CH2 CH3
CH2 CH3
ALCOOL TERZIARIO
Reattivo di Grignard con ammide
A questa reazione non possono partecipare tutti i tipi di ammide. Infatti quelle che possiedono
almeno un idrogeno sull’atomo di azoto, formano un sale insolubile con il reattivo di Grignard e la
reazione si ferma. Le ammidi N,N-disostituite possono invece reagire portando ad un chetone come
prodotto.
Meccanismo:
O
CH3 C
O
MgBr
N
CH3
CH2 CH3
CH3
MgBr
H2O
CH3 C CH2 CH3
N
CH3
CH3
H
+
: OH
CH3 C CH2 CH3
+
N
CH3
H
CH3
O
CH3 C CH2 CH3
CHETONE
13
Reattivo di Grignard con nitrile
Altro metodo efficiente per sintetizzare un chetone coinvolge la reazione di un nitrile con il reattivo
di Grignard. Il primo intermedio di addizione è molto stabile e con la sola aggiunta si acido si
ottiene un chetone.
Meccanismo:
MgBr
CH3 C
H2O
+
H
N
CH2 CH3
N MgBr
CH3 C
H2O
NH
CH3 C CH2 CH3
CH2 CH3
O
CH3 C CH2 CH3
CHETONE
14
Reazione di Hell-V olhard-Zelinsky
Gli acidi carbossilici non sono enolizzabili e il primo idrogeno a venire strappato in una molecola è
quello dell’O-H ( pKa = 4 ). Se si vuole sottrarre l’idrogeno in α, in ogni caso viene prima strappato
quello acido e da un carbossilato, carico negativamente, è molto difficile togliere un H+.
I cloruri al contrario sono debolmente enolizzati. Una quantità catalittica di fosforo rosso, che
produce tracce di PCl3, permette l’alogenazione di un acido. L’enolo del cloruro può essere
alogenato in α. Viene così prodotto l’ α -alogenato e l’altro alogenuro dell’acido che permette la
continuazione della reazione stessa.
Inizio:
O
O
PCl 3
CH3 C
OH
CH3 C
TRACCE
Cl
CLORURO
Propagazioni:
O
CH2 C
+
T AUTOMERIA
O
Cl
H
CH3
CH2
C
:
Cl
CH2 C
O
+
H
CH2 C
Cl
:
Cl
TRACCE
OH
O
Cl
CH2 C
Cl
+
:
OH
CH3 C
O
O
O
O
CH3 C
C
H
CH2 C
O
Cl
CH3
Cl
Cl
ENOLO
OH
O
CH2 C
C
Cl
Cl
Cl
: OH
H
:
Cl
O
O
+
CH3
OH
C
Cl
CONTINUA LA REAZIONE
L’alogeno entrante può anche essere sostituito con molti altri reagenti come l’ossidrile, gli alcolati,
l’ammoniaca e le ammine.
Una sintesi molto interessante e utile per le prossime reazioni, è la sostituzione di un alogenuro inα
con un cianuro, CN-. Quest’ultimo è facilmente idrolizzabile e porta alla formazione dell’acido
malonico, se la molecola iniziale è acido acetico.
Cl
O
:
CN
CN -
O
CH2 C
CH2 C
O
OH
H2 O
H
+
COOH
CH2 COOH
ACIDO MALONICO
15
Decarbossilazione
Mentre gli acidi carbossilici ordinari sono stabili fino oltre i 200°C, gli acidi carbossilici che in
β
presentano un doppio legame rispetto al gruppo carbossilico, subiscono una perdita di anidride
carbonica anche al di sotto dei 200 gradi. I β-chetoacidi decarbossilano molto facilmente; il gruppo
carbonilico in β accetta facilmente il protone che arriva da carbossile. La reazione avviene con un
meccanismo ciclico che porta alla formazione di un enolo che immediatamente si converte in un
acido.
Meccanismo:
O
H
3
O
O
CH2
OH
C
C CH2 C
HO
O
2
+ CO2
CH2
O
50-60 °C
C
H
H
O:
HO
+
+
HO
CH3 C
..
O
H
1
ACIDO MALONICO
OH
ACIDO ACETICO
4
Nel caso in cui in un acido carbossilico ci fosse un doppio legame con l’ossigeno in posizioneα ,
non è possibile decarbossilare scaldando semplicemente in ambiente acido. Infatti la molecola di
CO2 non avrebbe modo di uscire.
Il problema è facilmente risolvibile utilizzando la vitamina B1 oppure semplicemente con una
molecola di cianuro.
Meccanismo:
O
CH3 C C
O
O
CO 2
O
O
+
CH3 C C
O
OH
H
CH3 C
C
..
C
H
C
N
:
N
N
:
O
CH3 C H
O
CH3 C
+
-
C
N
H
C
N
16
Sintesi malonica
L’estere malonico è utilizzato come prodotto di partenza di una serie di reazioni il cui scopo è
quello di convertire un prodotto R-Br o R-Cl in R-CH2-COOH. In pratica si aumenta la lunghezza
globale della catena di atomi di carbonio di due atomi che termina con un gruppo carbossilico.
Questa reazione non può essere condotta partendo da un semplice estere acetico; l’idrogeno in alfa
ha pKa = 20, mentre la base utilizzata Et-O- ha pKa = 18. La reazione è perciò tutta spostata a
sinistra in quanto si sta tentando di formare una base più forte di quella iniziale. L ’idrogeno inα
dell’estere malonico ha invece pKa = 13 e la molecola è perciò adatta alla reazione.
Meccanismo:
H
O
O
C OEt
C OEt
C
..
EtO -
CH
-
O
C OEt
SN2
: CH
CH3 CH2 CH
OEt
C
O
Cl
OEt
C
CH2 CH3
O
OEt
H2O/H+
CALORE
O
EtO ESTERE MALONICO
O
+
C O
CH3 CH2 CH
C
H
H
CH3 CH2 CH
O:
OH
O
..
C
OH + O
C
O
CH3 CH2 CH2 C
OH
OH
T AUTOMERIA
AC. ACETICO
Come si può osservare dal meccanismo di reazione, l’anione che si forma dall’estere malonico è
molto stabile perché avendo una doppia risonanza la carica è distribuita in totale in tre posti
differenti. L ’enolo è molto stabile ed effettua bene la reazione di sostituzione nucleofila.
È possibile strappare entrambi gli idrogeni in alfa dell’estere malonico, ma la reazione illustrata
procede per un solo strappo. Il prodotto finale è costituito da una molecola di acido acetico e da un
gruppo R, in questo caso un etile del cloruro reagito.
17
Sintesi dei β-chetoesteri: la condensazione di Claisen
Se si tratta l’acetato di etile con etilato sodico, Et-O- si ottiene con buone rese l’estere acetaacetico.
La scelta della base è molto importante. Lo ione alcolato riesce a strappare l’idrogeno in alfa
dell’estere e in caso di attacco sul carbonile estereo il processo è perfettamente reversibile.
L’enolato intermedio stabilizzato per risonanza è un buon nucleofilo e può attaccare il carbonile di
una nuova molecola di estere, che espellendo uno ione etossido porta al β-chetoestere. Quest’ultimo
ha due idrogeni attivati da due gruppi carbossilici molto più acidi di quelli dell’estere di partenza.
L’alcossido presente converte tutto il nuovo estere nel suo anione.
Meccanismo:
H
O
..
EtO -
- ..
CH2
CH2 C
OEt
O
O
CH2 C
C
OEt
OEt
ENOLATO
O
CH3 C
OEt
-
..
CH2
:O
O
C
OEt
CH3 C CH2 C
OEt
O
EtO -
..
CH3 C CH
-
O
O
O
CH3 C CH2 C
OEt
OEt
O
C
OEt
18
Sintesi acetacetica
Il procedimento è di pari passo uguale a quello della sintesi malonica. Questa volta però viene usato
come reagente una molecola che da una parte termina con un estere e dall’altra è un chetone sul
penultimo carbonio. Il risultato finale è un prodotto costituito da una molecola di acetone allungata
di un gruppo R, proveniente dal cloruro che ha subito la SN2.
Meccanismo:
O
O
C OEt
H
C
..
EtO -
CH
O
C OEt
-
CH3
C
O
C OEt
SN2
: CH
CH3 CH2 CH
C
Cl
CH3
CH2 CH3
O
+
C O
CH3 CH2 CH
C
CALORE
O
EtO -
O
CH3
H2O/H+
H
H
O
CH3 CH2 CH
O:
CH3
..
C
OH
CH3
+
O
C
O
CH3 CH2 CH2 C CH3
ACETONE
T AUTOMERIA
19
Carbonatazione dei reattivi organometallici
Un metodo importante per la preparazione degli acidi carbossilici è il trattamento di un composto
organometallico con anidride carbonica. Ovviamente i reattivi organometallici vengono preparati da
alogenuri per aggiunta di Mg.
Meccanismo:
Carbonilazione
Il metodo di preparazione è molto semplice. Il carbocationi stabili possono venire “bloccati” con
monossido di carbonio per dare ioni acilio, R-C+=O, che per reazione con acqua danno i
corrispondenti acidi carbossilici. Il modo più semplice per ottenere un carbocatione è il trattamento
con acido solforico di un alchene o un alcool primario.
Meccanismo:
CH2
CH2 + H2SO4
+
CH3 CH2
+
C
O
+
CH3 CH2 C
O
+
O
H 2O
CH3 CH2 C
OH
MONOSSIDO DI
CARBONIO
Reazione con litio di isopropilammide
Questa reazione viene utilizzata per strappare l’idrogeno in alfa di un estere per permettere una
successiva reazione di sostituzione nucleofila con un cloruro. In questo modo si ottiene un
allungamento di catena. L ’LDA non interferisce affatto nella reazione attaccando il cloruro, ma lo
lascia invariato.
Meccanismo:
H
O
CH2 C
O Et
LDA
THF
CH2
O
Cl
CH3 CH2
C
O Et
..
CH2
-
O
SN2
C
O Et
ESTERE
O
CH3 CH2 CH2 C
OEt
20

Reazioni degli Acidi Carbossilici

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