ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI

ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI
Caratteristica strutturale di acidi carbossilici e
derivati
Caratteristiche Spettrali
Spettrometria di massa
Lo ione molecolare di solito è spesso debole.
La “rottura α” (α-cleavage), lascia il carbocatione acilio (stabilizzato
per risonanza):
HO
C O
R
Può essere perso il gruppo –CO 2 H
+ . R . +
R CO H
+ CO H
2 2
+ .
Acidi carbossilici
O
R C O
+
HO . +
+ R C O
m/z 45
Anche con gli altri gruppi funzionali è favorita la scissione dello ione molecolare
che porta al carbocatione acilio
Le ammidi non sostituite sull’N hanno un picco caratteristico a m/z 44
acido butanoico,
PM 88
R
O
C
NH 2
+ .
M +
R . +
R +
+
O C NH2 m/z 44
CH 3 CO +
C
O
acetato di etile,
PM 88
M +
1

propanammide,
PM 73
IR
+
O C NH2 m/z 44
+
C
O
M +
anidride
benzencarbossilica,
PM 226
stretching C=O a circa 1730-1700 cm -1 , spostato verso valori più
bassi dalla coniugazione
stretching C-O
UV-visibile
stretching O-H
tra 1320 e 1210 cm -1
ACIDI CARBOSSILICI
cloruro di butanoile,
PM 106
M + -Cl
Analogo a quello di aldeidi e chetoni
banda molto larga a 2400 cm-1 , spesso sovrapposta
alle bande CH
O HO
R C C R
OH O
acido butanoico
2

IR
stretching C=O a circa 1735 cm -1 , spostato verso valori più bassi
dalla coniugazione con R. La coniugazione con OR’
sposta l’assorbimento verso valori più alti.
stretching C-O
IR
ESTERI
due o più bande tra 1300 e 1000 cm -1
acetato di etile
stretching C=O a circa 1670-1640 cm -1 .
stretching N-H
AMMIDI
3500-3100 cm -1 (CONH 2 hanno due bande)
propanammide
O
H C
N
H C 3
CH 3
3

IR CLORURI ACILICI
stretching C=O a circa 1800 cm -1 , spostato verso valori più bassi dalla
coniugazione.
cloruro di benzoile
IR
cloruro di butanoile
stretching C=O sempre due bande tra 1830 a 1800 cm -1 e tra 1775 e 1740,
spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R.
stretching C-O
ANIDRIDI
tra 1300 e 900 cm -1
anidride propanoica
4

IR NITRILI
stretching a circa 2250 cm-1 C N
, spostato verso valori più bassi dalla
coniugazione con R.
13 C NMR
CO
benzenecarbonitrile
acido butanoico
CO
propanammide
propanonitrile
L’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato
dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica
attorno al nucleo del 13 C: molto deschermato
acetato di etile
CO CO
anidride propanoica
CO
δ COX 180-160 ppm
5

1 H NMR
L’effetto -I dell’O diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 H
sul C adiacente: deschermato da 2,0-2,5 (CH 3 ) fino a 3 (CH 2 , CH) δ
OH (negli acidi arbossilici) fortemente deschermato: 10-15 δ;
protone mobile, scambia con D 2 O
NH (nelli ammidi) deschermato e molto allargato: 6-7 δ; protone
mobile, scambia con D 2 O
acido butanoico
OH
acetato di etile
N-metiletanammide
NH
OH
propanammide
acido
benzencarbossilico
NH
anidride benzoica
6

ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI
sp 2
Caratteristiche:
sp 2
H acido
H
H acido
H
H
Oδ+
δ-
C O
C
Y
δ+ δ-
C O
C
Reazione caratteristica
H acido
Nu:
Acidità del legame O-H
H +
Il C del carbossile subisce attacco da parte dei nucleofili
I protoni in α al carbossile sono relativamente acidi e
possono essere sostituiti
gruppo uscente
Nu:
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
sp
H +
(la sostituzione nucleofila può avvenire con
meccanismo base- o acido-catalizzato)
H acido
H
Caratteristiche:
♦ sull'O del carbonile (o sull'N del
nitrile) si ha protonazione
♦ I protoni in α al carbonile sono
relativamente acidi e possono
essere strappati con basi forti
♦ Qualche reazione caratteristica
delle ammidi avviene sull'N
δ+ δ-
C N
C
Nu:
H +
7

Meccanismo:
H Nu:
R
C O
lento
+
Nu H
R -
C O
Y
Y
sp2 sp
(trigonale planare)
3
(tetraedrico)
Principali nucleofili:
O
C
R
NH 2
Nu
R
C
sp
O
2
(trigonale planare)
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA AL CARBONIO ACILICO
:NuH = H 2 O, ROH, NH 3 , RNH 2 , R 2 NH, RSH, RCO 2 H
Nu: - = RCO 2 - , R - , H -
< < < < C
C C C
R
R
O
OR'
Questo ordine di reattività è il risultto di più fattori
R
O
O
O
R
R
reattività crescente
Basicità del gruppo uscente meno basico: miglior gruppo uscente
Risonanza
R
R
O
C
O
C
Basicità: -NH 2 < -OR < -O-C(O)R < Cl -
capacità come gruppo uscente
Cl
SR'
R
R
O
C
R
O
C
-
Cl
+
O
C
-
OR'
+
SR'
R
O-
C
O
R C
O
R C
O
+
OR'
R
O
-
SR'
O
C
O
O
R C
O
+
R C
O +
R C
O
R C
O-
O
C
NH 2
R
O-
C
+
NH 2
Cl
8

il contributo della struttura di risonanza a separazione di carica diminuisce
la bontà del gruppo uscente ed è tanto maggiore quanto migliore è la
sovrapposizione degli orbitali (cioè con gli elementi della stessa riga).
Effetto induttivo
Maggiore è l’effetto ad attrazione elettronica, più positivo è il C carbonilico
REATTIVITA‘
CRESCENTE
REATTIVITA‘
CRESCENTE
O
R C
Cl
O
R C
R C
O
O
O
R C
OR'
R
C
O
NH 2
R C N
O
R C
Cl
O
R C
R C
O
O
O
R C
OR'
REATTIVITA‘
CRESCENTE
R"OH
R
R
R
R
R
più facile è l’attacco del nucleofilo
H 2 O
H +
oppure
OH -
O
C
OR"
C
O
Cl
O
C
O
C
O
O
C
OR'
O
R C
OH
NH 3
R
O
C
NH 2
9

1. REAZIONE CON H 2 O
a) Alogenuri acilici
R
O
C
Cl
+ :OH2
lento
O-
+
R C
Cl
OH 2
HCl
O
R C
OH
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
b) Esteri
Gli esteri sono meno reattivi degli alogenuri acilici: l’acqua da sola non reagisce)
In ambiente basico Nu = -OH R C
O
+ -
:OH
lento
R
-
O
C OH
OR'
OR'
Nu = H 2 O
- OH, H2 O oppure H 2 O, H +
+ - R C
O
OH
OR'
reazione acido-base
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
- + R'OH
C R
O
O
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
In ambiente acido Nu = H 2 O
O
R C
OR'
R
OH
C OR'
+
OH 2
H +
H 2 O
OH
H
R C OR'
+
OH
+ O H
R C OR'
Processo REVERSIBILE
OH
R C +
OH
O H
R C OR'
+
R
+
OH
C
OH
lento
:OH 2
+ R'OH
R C OR'
+
OH
OH 2
H +
O
R C
OH
Questo significa che in ambiente acido si può
idrolizzare un estere ad acido carbossilico
L'idrolisi acida degli esteri è praticamente insensibile agli effetti elettronici
dei sostituenti; è invece sensibile agli effetti sterici
ATTENZIONE
Questa insensibilità agli effetti elettronici (induttivo
e coniugativo) dei sostituenti è una caratteristica
SOLO dell’IDROLISI ACIDA degli ESTERI
è il risultato di effetti opposti, praticamente uguali
10

Lo stadio lento è l’attacco del nucleofilo sull’estere protonato:
dipende quindi dalla sua concentrazione, che, a sua volta, dipende
dalla basicità dell’estere
K = [RC(O)OHR'+ ]
[RCO 2 R'][H + ]
[RC(O)OHR'+] = K [RCO 2 R'][H + ]
v = k[RC(O)OHR' + ] = kK [RCO 2 R'][H + ]
La reattività dipende dalla costante di velocità dello stadio lento (k) E
dalla costante di equilibrio acido-base preliminare (K)
k l'attacco del nucleofilo è favorito dai sostituenti ad attrazione elettronica
K la protonazione di una base è sfavorita dai sostituenti ad attrazione elettronica
Solo nel caso dell'idrolisi acida degli esteri gli effetti hanno valori molto simili,
cioè la sensibilità della protonazione e dell'attacco nucleofilo all'effetto dei
sostituenti è praticamente la stessa.
Essendo di segno opposto, gli effetti si annullano.
c) Ammidi
Le ammidi sono ancora meno reattive: l’acqua da sola non reagisce)
- OH, H2 O oppure H 2 O, H +
In ambiente basico Nu = - OH
O
R C
R
NH 2
O
C
-
NH 2
+ - :OH
OH
- :OH
lento
R
R
-
O
C
O
C
NH 2
-
NH 2
O
-
OH
Ci sono solo CATTIVI gruppi uscenti, -OH e
-NH 2, ma -OH è più ACIDO di –NH 2
+ - R
O
C -
O
NH
2
H2O R
reazione acido-base
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
C
O
O
-
+ NH 3
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
11

In ambiente acido Nu = H 2 O
O
R C
OH
NH 2
R C NH2 +
OH 2
H +
H 2 O
+ O H
C
R NH 2
OH
H
R C
OH
NH2 +
O
R C + NH4
+
OH
O H
R C NH2 +
OH
lento
:OH 2
OH
R C NH2 +
+ OH
OH 2
R C + R C
OH
OH
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
+ NH 3
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
d) Anidridi Nu = H 2 O
Le anidridi sono più reattive di esteri ed ammidi: basta l’acqua da sola
R C
R C
e) Nitrili
O
O
O
+
:OH 2
O
R C
R C
R C
+
OH2 O -
+
O
O
OH 2
+ R C
O
O
-
O
R C
-
O H
+
R C
O
OH
R C
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
I nitrili sono poco reattivi (meno delle ammidi): l’acqua da sola non reagisce)
- OH, H2 O oppure H 2 O, H +
2
OH
O
12

In ambiente acido Nu = H 2 O
H +
:OH
2 +
+
+ lento OH2 R C N: +
R C N H R C N H R C N H
H + +
R
OH
C N H
O
R C
OH
NH 2
R C NH2 +
OH 2
H +
H 2 O
tautomeria
+ O H
C
R NH 2
OH
H
R C
OH
NH2 +
O
R C + NH
+
4
OH
R
O
C NH2 H +
O H
R C NH2 +
OH
R C +
OH
:OH 2
PROSEGUE con l'idrolisi
acida delle ammidi
OH
R C NH2 +
+ OH
R C
OH
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
OH 2
+ NH 3
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
2. REAZIONE CON ALCOOLI
a) Acidi carbossilici
In ambiente acido Nu = R’OH
+ O H
O
O H
lento
R C H R C R C+
OH
:
OH
OH OR'
H
+ + +
R
OH
H
C OR'
+
OH
H
+
+
OH
OH
+ H
O
O
R C OR' H
2
O + R C OR' R C OR'
+ R C
+
OH OR'
2
La reazione intramolecolare è facile, se si formano anelli stabili (5 e 6 termini)
HO:
O
R CH CH CH C
2 2
γ
OH
Δ
H +
H 2 O +
R
CH 2
CH
O
CH 2
C
O
γ-lattone
13

HO:
R CH
δ
CH CH 2 2
CH 2 C
O
OH
Δ
H +
H 2 O +
R
CH2CH O
CH2 C
O
CH 2
δ-lattone
se l'OH è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della
chiusura di un anello teso
β
H +
HO
O Δ
R CH CH C
2
OH
α OH
R CH C
OH O
HO
OH
C CH R
O
H +
Δ
R
CH O
CH C
2 O
R CH CH C
R O
CH C
O O
C CH
O R
lattide
O
OH
+ 2 H
2
O
β-eliminazione
se l'OH è più lontano dal carbossile, il prodotto dipende dalle condizioni di reazione
in soluzione molto diluita:
OH
Δ
H +
OH
OH
O
CH CH CH CH CH2 C
2 2CH2 2 2
O
O
in soluzione concentrata:
OH Δ
n CH CH CH CH CH ( ) 2 C
2 2 CH O CH CH CH CH
2 2 2
2 C
2 CH2 CH2 2 2
n
b) Alogenuri acilici
R
C
O
Cl
O
..
+ HOR'
H +
lento
+ n H 2 O
-
O +
R C OR'
Cl H
HCl
E’ opportuno effettuare la reazione in presenza di una base (per HCl)
O
R C
OH
O
14

es.:
c) Anidridi
R C
R C
O
O
O
+
O
C Cl
..
HOR'
O
R C
+ CH 3 CH 2 CH 2 OH
+
OR'
H
+
O
R C
R C
R C
-
O
O
O
O
N
H
OR'
+
-
O
C OCH2 CH 2 CH 3
R C
OH
R C +
O
d) Esteri TRANSESTERIFICAZIONE
In ambiente basico Nu = - OR’’
R
+ - C
O
OR'
:OR"
lento
R
O
C
-
OR'
In ambiente acido Nu = R’’OH
O
R C
OR'
OH
H
R C OR'
+
OR"
H +
R"OH
+ O H
R C OR'
OH
R C +
OR"
O
-
O H
+
R C
OR" R C
O H
R C
+
OR'
R
+ OH
C
OR"
lento
: OR"
H
O
OR'
O
R C
O
OR"
+
OR'
R
OH
C OR'
+
OR"
H
+ R'OH R C
H +
+ Cl - N
H
+ - OR'
O
OR"
15

3.
e) Ammidi Essendo meno reattive, richiedono condizioni di reazione
troppo energiche per essere utili
REAZIONE CON AMMONIACA ED AMMINE
a) Acidi carbossilici
+ :NH
3 - NH 4 +
con NH 3
O
O
R C
R C
OH
O
Scaldando il carbossilato di ammonio solido:
R C
O
O-
NH 4 + (solido)
Meccanismo:
R C
O
O-
NH4
+
R
C
O
O
R
Meccanismo:
-
Δ
O-
O +
R C + :NH3 R C
OH
OH
C
O
OH
RNH 3 +
NH 3
R
con ammine primarie
+ RNH 2
(solido)
R
O
RNH
+
C
- 3
O
-
O
R C
O
OH
+ RNH
2
O
R C NH R
OH2 +
R C
NH R
Δ
C
R
O
reazione acido-base
NH 2
-
O
C
OH 2
+
+ H 2 O
NH 2
O
R C
- RNH 3 +
R C
O
O
R C
O
NH
+ H
2
O
R
R
O
C
+ H 2 O
-
OH
+
NH2 R
NH 2
+ H 2 O
16

R
C
R
O
O
C
Meccanismo:
R
C
O
O
-
-
O
OH
R 2 NH 2 +
R
O
C
+
R 2 NH 2 +
-
OH 2
NR 2
con ammine secondarie
+ :NHR 2
R
(solido)
C
O
OH
R
Δ
R
+ :NHR 2
C
O
NR 2
- R 2 NH 2 +
O
C
O
R
+ H 2 O
C
O
NR 2
R
+ H 2 O
O-
+
C
OH
NHR 2
Se si ha un amminoacido con il gruppo amminico in γ o δ al carbossile, la
reazione è intramolecolare (si formano anelli a 5 o a 6 termini)
R
NH2 CH CH2 γ
OH
CH C 2
O
Δ
H +
CH 2
R
CH
NH
CH2 C
O
γ-lattame
+H 2 O
δ
Δ
H + NH2 R CH CH CH CH
2 2 2
OH
C
O
CH2 CH2 CH2 R
CH
NH
C
+ H
2
O
δ-lattame
O
se l‘NH2 è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della
chiusura di un anello teso
H +
β
R
CH NH
R
OH
CH CH C
2
O
NH2 Δ
CH C 2
O
R CH CH
β-eliminazione
OH
C
O
+ NH
3
17

) Alogenuri acilici
Meccanismo:
R
R
R
C
C
C
c) Anidridi
O
Cl
O
Cl
O
Cl
O
R C
Cl
R
O
C
O
+ :NH
3
R C
O
+ :NH 3
+ 2 :NH 3
+ 2 R'NH 2
O
R C
R O R
+ NH
O O
3
lento
+ 2 R'R"NH
+
NH3 R C
R C
R
R
O -
+
O
O
O
+ R C
R
O
O
NH 2
-
R
NH 3
+
-
O
+
C
Cl
C
C
O
NH 3
O
NH 2
NH R'
O
R C
N R'
R"
R
O
R C
OH
O
HCl
R
+ NH 4 + Cl -
C
+ R'NH 3 + Cl -
O
NH 2
+ R'R"NH 2 + Cl -
O
R C
-
O H
+
R C
O
NH 2 +
NH 3
R
NH 2
R C
O
OH
O
O
+
NH4
-
18

R O R
+ R'NH
2
O O
R NH R'
O
+
R OH
O
R O R
+ R'R"NH
O O
R"
R N
O
R'
+
R OH
O
R
Le anidridi cicliche danno immidi
O
O
O
anidride ftalica
C
Δ
H 2 O
d) Esteri
O
OR'
R
R
+ 2 NH
3
..
+ :NH 3
O
NH
O
O
NH 2
O-
+
ftalimmide
O
base debole, H acido
lento
R
-
O
+
C
OR'
NH 3
NH 4
R
-
O
C
+ OR'
H
O
O
O
NH
O
NH 2
NH 3
NH 3
NH 2
..
OH
R
R
O
O
+ NH
3
:B -
BH
O
Δ O
C + H N
+ R'OH
2 R" R C
OR'
NH R"
O
C +
OR'
HNR" R'''
Δ
R
R
C
O
C + R'OH
N R"
R'''
O
+
O NH4
-
O +
NH4
-
NH 2
O
N
O
-
+ R'OH
Gli esteri sono meno reattivi di alogenuri acilici e anidridi e perciòbisogna scaldare
19

4.
REAZIONE CON ACIDI CARBOSSILICI E CARBOSSILATI
Con questi nucleofili possono reagire solo I derivati acilici più reattivi
a) Alogenuri acilici
+
-
Cl -
O
O
R
O
C
O
R
O
C
Cl
R C
O
C
R
O-
Cl
O
R C
O
R C
O
O
R
O
C +
OH
R
O
C
Cl
R C
+ O
C
R
Cl
H
O
HCl
R
R
C
O
C
O
neutralizzato con una base
man mano che si forma
es:
O
CH3 CH CH 2 2 C
Cl
+
O
CH3 CH CH 2 2 C
OH
N
O
C
CH3 CH CH 2 2 O
O
C
CH2 CH CH 2 3
-
N
H + Cl -
b) Acidi carbossilici
O (SOLO con acidi bicarbossilici in grado di formare
anelli stabili) O
C
C
CH OH Δ CH 2
2
O
CH OH
2 CH2 C
H C
2
O
O
O
2. REAZIONE CON TIOLI
a) Alogenuri acilici
R' SH + R C
O
R
O-
C Cl
R C
Cl R' SH
+ HCl
es:
O
+
CH CH C
3 2
Cl
CH CH SH
3 2
N
O
CH CH C
3 2
S
N+
Cl
-
H
CH CH 2 3
O
SR'
20

6.
a) Esteri
O
R' C OR"
REAZIONE CON COMPOSTI ORGANOMETALLICI
+
con reattivi di Grignard e litioorganici
O-
+
MgX
δ- δ+
R MgX R' C OR"
R' C
R
δ- δ+
+
- +
MgX
H2O, H +
da qui prosegue la reazione dei chetoni
O
R' C R R MgX R'
O
C R
R
O
R
+
R"OMgX
OH
R' C R
i chetoni sono più reattivi degli esteri e perciò si arriva all'alcool terziario
es.:
H
2
O, H
+
+
MgBr
O
CH3 CH2 O C CH3 2 CH C OMgBr
CH C OH
3 3
- +
O
δ-
O Li O
δ+
R' C OR" + R Li R' C OR" R' C R + R"OLi
da qui prosegue la reazione dei chetoni
O
δ- δ+
- O
+
Li
R' C R + R Li R' C R
b) Cloruri acilici
O
R' C Cl
+
R
R
O-
+
MgX
δ- δ+
R MgX R' C Cl
R
H 2 O, H +
O
R' C
R
R
OH
R' C R
+
R
MgXCl
con accorgimenti sperimentali, è possibile fermare la reazione alla
formazione del chetone, altrimenti, si arriva ad alcool terziario
- +
δ-
MgX
δ+
H2O, H
+
+
O
O
OH
R' C R R MgX R' C R
R' C R
R
R
21

+ δ- δ+
R'
O
C Cl R Li R'
O
C
R
+
Li
Cl
R'
O
C R +
δ- δ+
R Li R'
- O
+
Li
C R
R
O
R' C
H 2 O, H +
con cadmioorganici e cuprati organici
Per fermare la reazione a chetone si devono usare:
2 RMgX + CdCl 2
esempio:
es.:
CH 3
Cd
O
R' C Cl
MgBr
CdCl 2
+ CH3 CH2 C
Cl
R
+
OH
LiCl
R' C R
composti organometallici meno reattivi
solo con i cloruri acilici
R 2 Cd + MgCl 2 + MgX 2
(R = CH 3 , alchile primario, fenile)
O
δ- δ+
+ R CuLi 2
Cd
CH 3 CH 2 C
O
-
-
O
R' C Cl
R
R
O
Cl CH 3 CH 2 C
O
R' C
O
O
C
Cl + (CH ) CuLi
3 2
C
CH3
O
O
H C
C C
Cl
(CH CH ) CuLi 3 2 2
H
C
C
C
CH2 CH3 CH
CH2 CH3 -78°C
CH CH
3
CH2 CH3 (feromone delle formiche)
92%
CH 3
CH 3
R
22

RIDUZIONI
a) Con idruro
R C
O
OH
LiAlH
4
Meccanismo:
O
R C
O
-
Y = Cl, OR', OAlH3 R
R
Y = NH 2
C
O
C
O
Y
R
R
R
C
O LiAlH
4
Cl
R
C
C
O
OR'
O
NH 2
LiAlH 4
LiAlH 4
R
CH 2
CH 2
R
R
OH
OH
CH 2
CH 2
OH
NH 2
LiAlH
4
R C N R NH2 -
H AlH (Li
3
H
+ + ) H2 +
+ - :H
H + - :H R C
H
+ - R C
O
:H
Y
-
R
O
C
Y
H
O -
H
-
R
O
C H
NH 2
-
CH 2
O
R C
O
H 2 O
- (Li
AlH3 + )
R
O
C H + Y -
R
OH
C
H
H
+ OH -
R
OH
C H R C H
NH
NH
23

R
C
NH
H
+ - :H
R C N + - H
-
:H R C N
H
R C
- NH
H
H 2 O
H
+ - :H R C N
H
R
2-
H
C
NH 2
H
H 2 O
2
R
H
C NH 2
Diminuendo la reattività dell'idruro è possibile fermare ad aldeide la riduzione
dei CLORURI ACILICI
-
+
Li +
O
O
R C [(CH ) CO] AlH
3 3 3 C
Cl
R H
es.:
-
+
Li +
O
O
CH3 CH CH
2 2 C [(CH ) CO] AlH CH
3 3 3 3 CH CH C H
2 2
Cl
b) Con idrogeno e catalizzatore
H
2
, Pt
R C N R NH2 CH 2
Con catalizzatore disattivato è possibile fermare ad aldeide la riduzione
degli ALOGENURI ACILICI
R
C
O
Cl
es.:
+ H 2
O
C
O
C
R H
Cl
+ H 2
Pd, BaSO
4
Pd, chinolina
N
O
Pd C
N
H
H
24

REAZIONI SPECIFICHE DELLE SINGOLE CLASSI DI GRUPPI FUNZIONALI
1. Acidi carbossilici
OH
R C
O
OH
R C + PCl
5
O
esempi:
(a) trasformazione del gruppo OH in buon gruppo uscente
Con agenti alogenanti
cattivo gruppo uscente
Per trasformarlo in buon gruppo uscente si possono utilizzare i
reagenti che trasformano -OH in -Cl
O
O
CH C 3 OH + Cl S Cl
O
C
OH
+ PCl 5
OH
R C + SOCl
2
O
Cl
R C
O
+ HCl + POCl
3
OH
3 R C
O
+ PCl
3
O
C
Cl
O
CH CH CH C
3 2 3 OH + PCl
3
Cl
R C
O
O
CH C Cl + HCl + SO
3 2
+ HCl + POCl 3
Cl
3 R C
O
+ HCl + SO 2
O
CH CH CH C Cl
3 2 3
Meccanismo con SOCl2 :
O
O
O O
CH C 3 OH + Cl S Cl CH3 C O S Cl + HCl
O
CH C 3
O
O S Cl
O
CH C 3
Con diazometano: CH 2 N 2
O
R C
OH
-
+
+ : N N
CH 2
reazione acido-base
+ +
CH C O CH C O
3 3
Cl + O S O
CH 2
O
R C
O -
Nu
+
+ P(OH) 3
O
-
O S Cl
+ .. -
N N : - +
: N N
+
CH 3
sp 3
CH 2
+
N N
+ P(OH) 3
ottimo gruppo uscente
25

N 2
O
+ R C
O CH3 Con diazometano si formano esteri metilici
Con dicicloesilcarbodiimmide, DCC N C N
R
O
+
C
O H
N
C
N
R
..
C
Nu
O
O
H
N
C
N
H2N Addizione nucleofila buon gruppo uscente
O
R C
+
NH2 R'
reazione acido-base
H
N
O C
NH
+
H
N
-
O C
N
dicicloesilurea
b) reazione in posizione α
R'
-
O
R C
R' NH
+ 2
O
H
N
R C NH R' + HOC N
H
N
O C
N
La DCC permette di ottenere ammidi dagli
acidi carbossilici in condizioni molto blande
OH
PBr
3
, Br OH
R CH C
2
2 R CH C
Reazione HVZ
O oppure
Br O
(Hell-Volhard-Zelinski)
P + Br
2
α-alogenazione
Meccanismo:
..
OH
Br
Br
R CH C 2
O
PBr
3 R CH C 2
O
R CH C
OH
gli alogenuri acilici enolizzano più facilmente degli acidi carbossilici
Il C=C addiziona Br 2
26

R
OH
CH C
Br
Br
Br
Br -
OH
R CH C +
Br
Br
+
OH
R CH C
Br
Br
H +
R
O
CH C
Br Br
Quando si lavora la reazione (aggiunta di acqua), il bromuro acilico è più reattivo di
quello alchilico. Oppure si possono aggiungere nucleofili
2
R
O
CH C
Br
2. Esteri
NH 2
NH 3
R
O
CH C
Br Br
ROH, H +
H 2 O
H +
Con alcossido (condensazione di Claisen)
O
CH3 C
OCH CH 2 3
CH 3 CH 2 O - Na +
O
R
O
OH
R CH C
Br O
O
CH C
Br OR
CH C CH 3 2 C O CH CH 2 3
+
CH 3 CH 2 OH
L’alcossido DEVE essere identico al gruppo -OR dell’estere
Meccanismo:
O
CH3 C
O CH2 + CH
CH
3
CH
2
O
3
- Na + (Na
O
-
CH2 C
O CH2 + CH
3
CH
2
OH
CH3 + )
E
reazione acido-base (equilibrio spostato a sinistra)
C
O
C
O C
O
+ CH
C
2 C
C
O C C
O
C O C
O
C C
H2 O
C
C C
-
:
(equilibrio spostato a sinistra)
Nu
-
27

O O
C C
O CH2 CH
CH CH 3
3 2
CH C
+ CH
3
CH
2
O
-
O
C
CH3
O
+ CH
O CH
3
CH
2
OH
2 CH3 -
(equilibrio spostato a destra)
CH C
O O
C
CH3
-
(Na
O CH CH 2 3
+ O O
)
H O 2
OH
C
CH3
C
CH O
2
CH CH 2 3
-
H più acidi di quelli dell’estere di partenza
E' possibile la condensazione incrociata, quando un solo estere ha H in α:
CH
3
CH
2
O - 1.
Na
2. H +
+
C O
CH C O CH CH 3 2 3
O O
C C
CH2 O CH CH 2 3
O O
CH CH 2 3
qualsiasi carbanione è in grado di dare condensazione
O
H C 3 C C(CH ) 3 3
NaNH
2
O
-
(Na H C 2 C C(CH ) 3 3
+ )
NH 3
3. Ammidi
O
R C NH 2
CH 3
O
C
C
CH3 CH3
-
CH 2
+
CH
3
CH
2
O -
O
O O
CH C O CH CH CH C
3 2 3
3
CH2C C(CH ) 3 3
Con anidride fosforica, P 2 O 5
R C N + H
2
O
Con con Br 2 + NaOH (Trasposizione di Hofmann)
O
R C NH + Br
2
+ 4 NaOH R-NH
2
+ 2 NaBr + Na
2
CO
3
+ 2 H
2
O
2
meccanismo
(oppure NaOBr, OH - )
O
R C NH 2
+ - OH
O
-
R C NH + H
2
O
O
-
R C NH + Br Br
O
R C NH Br + Br
N-bromoammide
-
28

-
+ - O
O
R C NH Br OH R C N Br + H
2
O
O
.. -
R C N..
Br
O
..
R C N..
R
O
..
R C N..
nitrene
N C O
isocianato
+ Br -
-
+ - OH
H2O R N C O OH R N C O
OH
R NH C O
+ - OH
OH
-
R NH C O
-
O
- - OH OH
R NH C O
OH
-
+
O
-
RNH C O
2 -
O
R
OH
NH C O
OH
-
R NH C O
-
O
R NH + 2
DECARBOSSILAZIONE
a) da carbossilati di metalli pesanti (reazione di Hunsdiecker)
R C O
+ Ag
2
O
OH
O
R C OH
+ Pb(OCOCH 3 ) 4
O
O
R C - O Ag
+
R C O
+ HgO
OH
R C -
O Ag
+ + Br 2
(o I
2
)
R C O
Pb - O
4+
) 4
Δ
O
+ H 2 O
-
C O
-
O
R C O
- Hg
O
2+ )
2
R Br + CO
2
( R I)
29

inizio
meccanismo:
O
-
R C O
O ..
R C O
.. .
Br Br
..
.. : Br
R
O
C O Br
acil ipobromito
+ : Br
radicale carbossilato
..
: O :
..
.
R C O..
.
..
propagazione R . : O:
..
.
R C O..
+
b) da β-chetoacidi
O
H
R C CH 2
O C O
R . O
O
..
+ Br O C R R Br + R C O.
..
O
C
O
O
R
O
Δ
R C CH 2
in ambiente basico:
H
O
O
OH
R C CH 2
O
R C CH 2
O
C
H
Δ
-
O
C
O
O
#
R
R C CH 3
O
CH 3
O
+ CO 2
H
R C CH 2
O
O R C CH 2
O
-
-
R C CH 2
+
O
C
O
+ CO 2
30

) da acidi β-dicarbossilici
HO
HO
O
O
H
O
C C
CH2 O
O
HO
OH
O
Δ
H
C CH2
HO
O
HO
H
C CH2
O
O
C
HO
CH 3
O
O
#
C CH3
+ CO 2
HO
O
H
C CH2
la decarbossilazione è favorita da sostituenti ad attrazione elettronica
+ CH
2
CH
2
O
-
Na
-:
-
+
(Na + )
C
ecc.
OCH2CH C
O
O
3
CH
C
R"
OCH2CH C
O
3
CH
C
O R"
OCH2CH SINTESI "ACETOACETICA" Sfrutta l'acidità degli H in mezzo a due CO e la facile
decarbossilazione dei β-chetoacidi
O
O
3
CH2 C
R"
c'è ancora un H acido
(meno di prima )
- K +
(CH 3 ) 3 C O
R X
O
sostituzione nucleofila
al C saturo
C OCH2CH3H 2
O, OH -
CH R
C
O R"
C OCH2CH O
3
-:
C R (K
C
O R"
+ )
sostituzione
nucleofila
al C saturo
R1 X
H
2
O, OH -
idrolisi
basica
- H +
C 1.
2. Δ
CO
2
OCH2CH O
R1 O
3
O
C R
R" C
C
R"
R1 C
R
O
C
O
R"
O
C
idrolisi
basica
R"
+
O
C
neutralizzazione
(acido-base)
O
O
C
O
CH
R
H +
R" C CH
R
Δ
decarbossilazione
CH R
R 1
R"
O
C
O
-
C
O
OH
C
O
CH 2 R
31

Scegliendo opportunamente il reagente R-X, si possono ottenere chetoni
con un altro gruppo funzionale
R-X = α-alogenoesteri
C OCH2CH O
3
: CH
C
H C O
3
-
O
+ R CH C O CH CH 2 3
Br
1. NaOH, H
2
O
2. H
3
O +
O
OH
C β
β O Δ
α
CH CH C OH
γ
C R
CO
H C
2
3 O
R-X = α-alogenochetoni
O
OCH CH 2 3
C O
CH CH C O
C R
H C 3 O
CH 2
C
H C 3 O
CH 3
C
O
CH 2
O
CH C OH
R
R
CH 2 CH 3
O
CH C OH
γ-chetoacido
C OCH2CH O
3
: CH
C
H C O
3
- 1. NaOH, H 2 O
2. H
3
O +
Br
O
CH C R 2
O OCH CH 2 3
C O
CH CH C R 2
C
H C 3 O
O
OH
C
α CH CH2 β C
H C 3 O
O
C R
Δ
CH3 CO
2
C
O
CH2CH2 O
C R
R-X = alogenuri acilici
γ-dichetone
Non si può usare come base CH 3CH 2ONa in CH 3CH 2OH, perché l'alogenuro acilico
è molto reattivo (e reagisce con l’etossido ed anche con l'etanolo)
32

C
H 3
C NaH
OCH2CH O
3
CH 2
C
O
1. NaOH, H 2 O
2. H 3 O +
H 2
Δ
C OCH2CH O
3
: CH
H C 3
C
O
-
+
O
R C
Cl
C CH2 O
C R
CO 2
CH 3
O
β-dichetone
O
C
H C 3 O
OCH CH 2 3
C O
CH C R
Con una base molto forte (ammide di sodio o di potassio) si possono
strappare due protoni.
Il dianione può essere fatto reagire con un equivalente di alogenuro alchilico
C
KNH
2
NH
3
OCH2CH O
3
CH2 C
O
CH 3
2 K +
O
C
-
: CH
OCH CH 2 3
O
C
-
CH
.. 2
R X
C
-
NH
+
:
4
Cl
OCH2CH O
3
C
CH
C
O
R
OCH2CH O
3
CH2 C
O
R
CH 2
per la neutralizzazione conviene usare l'acido coniugato del solvente
il β-chetoestere con catena allungata può essere utilizzato in tutte le reazioni viste in precedenza
SINTESI "MALONICA"
Sfrutta l'acidità del metilene tra due funzioni esteree e la facile decarbossilazione
degli acidi β-dicarbossilici
+ CH
2
CH
2
O -
C OCH2CH O
3
CH2 C
O
OCH CH 2 3
propandioato dietilico
(malonato dietilico)
"estere malonico"
C
-
:
OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH CH 2 3
-
C OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH2CH3 C
-
OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH2CH3 -
:
X
1. H2O, - OH
2. H3O +
C
Δ
CO
2
OCH2CH C O
3
CH R
C
O
OCH CH 2 3
OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH2CH3 R X C OH O
CH R
C
O OH
R
CH2 C
O OH
acido acetico
α-sostituito
CH 2
33

C OCH2CH O
3
CH R
C
O
OCH CH 2 3
R
(CH 3 ) 3 CO - K +
R' O
CH C
OH
C
-
OCH2CH O
3
R C: R' X
C
O OCH CH 2 3
acido acetico α,α-disostituito
1. H
2
O, - OH
2. H
3
O +
C
3.
OCH2CH O
3
R C R'
C
O OCH CH 2 3
Δ , - CO 2
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3ossobutanoato
di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici,
α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani
C OCH2CH O
3
CH R
C
O
OCH CH 2 3
R
(CH 3 ) 3 CO - K +
R' O
CH C
OH
+ CH
2
CH
2
O - :
-
Na +
Na + C OCH2CH O
C 3
CH
C
O
OCH CH 2 3
OCH2CH O
3
CH2 C
O
OCH CH 2 3
C
-
OCH2CH O
3
R C: R' X
C
O OCH CH 2 3
acido acetico α,α-disostituito
1. H
2
O, - OH
2. H
3
O +
C
3.
OCH2CH O
3
R C R'
C
O OCH CH 2 3
Δ , - CO 2
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3ossobutanoato
di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici,
α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani
+ CH
2
CH
2
O - :
-
Na +
Na + C OCH2CH O
C 3
CH
C
O
OCH CH 2 3
OCH2CH O
3
CH2 C
O
OCH CH 2 3
34

a) in eccesso di estere
-
-
C
: Br ( CH ) :
2 n Br ( )
n
OCH2CH OCH CH 2 3
O
O
C 3
C
CH CH CH 2
C
C
O
O
OCH CH
OCH CH 2 3
2 3
OCH2CH O
3
C
CH
C
O
OCH2CH3 OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH CH 2 3
1) H
2
O, OH -
2) H +
C Δ HO
O
( ) ( )
n
C CH CH n CH C
2 2 2
2 CO O
OH
2
acido bicarbossilico
OH O
O
OH
C
CH CH CH 2
C
C
O OH O OH
b) in quantità equimolari
-
: Br ( CH )
2 n Br
CH
2
CH
2
O
( )
n
-
C
-
: ( )
n
OCH2CH C
O
O
3
CH CH Br 2
C
OCH CH 2 3
OCH2CH O
3
CH
C
O
OCH CH 2 3
C OCH2CH O
3
C CH Br 2
C
O
OCH2CH3 C OCH2CH O
O
3
C (CH
2
)
n
C
OCH CH 2 3
C OH O
1) H
2
O, OH
O
C (CH
2
)
n
C
OH
-
2) H +
Δ
OH
(CH
2
)
n C C n = 2,3,4,5
CO
2
O
acidi cicloalcancarbossilici
35