Karboksilne kiseline

Karboksilne kiselineZnačaj Sinteza polimera akrilna i metakrilna k., adipinska k., maleinskak., tereftalna k. Sinteza rastvarača estri Industrija tekstila, kože, graf. boja ... mravlja k. Aditivi hrane propionska k., limunska k., sirćetna k. Farmaceutska industrija Masti i ulja1

StrukturaKarboksilna grupaHOCOHROCOHArOCOHNaziv karboksilna grupa nastajesažimanjem naziva karbonil i hidroksil.Podela Na osnovu ugljovodoničnog ostatka: alifatične k.k. opšte formule RCOOH aromatične k.k. opšte formule ArCOOH heterociklične k.k. Prema broju karboksilnih grupa: monokarboksilne k. (monokiseline) dikarboksilne k. (dikiseline) polikarboksilne k. (polikiseline).2

HCOOHCH 3COOH CH 3(CH 2) 10COOH CH 3(CH 2) 7CH=CH(CH 2) 7COOHmravlja k. sirćetna k. laurinska k. oleinska kiselina(metanska) (etanska k.) (dodekanska k.) (cis-9-oktadekanska k.)COOHO 2NCOOHCH 2COOHbenzoeva k. p-nitrobenzoeva k. fenilsirćetna k.COOHCOOHCOOHBrN COOHα-brompropionska k. cikloheksan- akrilna k. pikolinska k.(2-brompropanska k.) karboksilna k. (propenska k.) (piridin-2-karboksilna k.)Nomenklatura trivijalni nazivi IUPAC nomenklatura3

Trivijalni naziviImemravljasirćetnapropionskabuternapalmitinskastearinskaoleinskabenzoevaFormulaHCOOHCH 3 COOHCH 3 CH 2 COOHCH 3 CH 2 CH 2 COOHCH 3 (CH 2 ) 14 COOHCH 3 (CH 2 ) 16 COOHCH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOHC 6 H 5 COOHTrivijalni nazivi Razgranate i supstituisane kiselinedobijaju imena kao derivati kiselina saravnim nizom. Za obeležavanje položaja supstituentakoriste se Grčka slova α-, β-, γ−, δ−...δ γ β αC C C C COOH4

Trivijalni naziviCOOHCOOHCOOHα-metilbuterna k. α,β-dimetilvalerijanska k. β-fenilpropionska k.ClCOOHOHCOOHγ-hlor-α-metilbuterna k. α-hidroksipropionska k.mlečna k.Trivijalni nazivi Aromatične kiseline, ArCOOH, se običnoimenuju kao derivati osnovne kiseline,benzoeve:COOHBrCOOH COOHNO 2NO 2CH 3p-brombenzoeva k. 2,4-dinitrobenzoeva m-metilbenzoeva k.5

IUPAC nazivi Imena k.k. izvode se dodavanjem sufiksa–ska kiselina imenu ugljovodonika saistim brojem C–atoma uključujuči i –COOH grupu (najduži niz C–atoma ukome se nalazi –COOH grupa, a kojiuključuje najveći broj drugihfunkcionalnih grupa). Položaj supstituenata u odnosu na –COOHgrupu se označava brojevima. Karboksilni C–atom je uvek C–1!IUPAC nazivi –COOH grupa je funkcionalnagrupa najvišeg prioriteta! Zasićene ciklične kiseline imenujuse kao cikloalkankarboksilnekiseline. U ovim jedinjenjima i aromatičnim k.k.C–atom vezan za –COOH grupu je C–1! Dikarboksilne kiseline se imenujukao dikiseline.6

Nomenklatura - prioriteti f.g.Klasa jedinjenjaSufiksPrefiksPrimerKarboksilne kiseline-ska kiselinakarboksi-propanska kiselinaAnhidridi karb.k.anhidrid -ske k.-----anhidrid propanske k.Estrialkoksikarbonilalkil--oatmetil-propanoatAcil-halogenidi(Alkanoil-halogenidi)-oil-halogenidhalogenkarbonil-propanoil-hloridAmidi-amidkarbamoil-etanamidNitrili-onitrilcijano-propanonitrilAldehidi-alformil-propanalKetoni-onokso-propanonIUPAC naziviCOOHCOOHCOOHpentanska k. 2-metilbutanska k. 3-fenilpropanska k.COOHCOOHCl3-(4-hlorfenil)butanska k. 2-butenska k.5 4 3 2 1C C C C COOH7

IUPAC naziviOCH 3CCHCH 2CH 2COOHOOHCH 2CH 2CH 35-okso-4-propilheksanska kiselina5-butil-6-heptenska kiselina(ne 5-etenilnonanska kis.)COOHNH 2COOHOHCOOHbenzenkarboksilna kiselinaCOOHO4-oksocikloheksankarboksilnakiselina2-aminobenzenkarboksilnakiselina(o-aminobenzoeva kiselina,antranilna kiselina)N H 24-amino-2-hidroksibenzenkarboksilnakiselinaClBrCOOH1-brom-2-hlorciklopentankarboksilnakiselinaNazivi soli karboksilnih kiselinaCOO Na (CH 3COO) 2Ca HCOONH 4natrijum-benzoat kalcijum-acetat amonijum-formijat(kalcijum-etanoat) (amonijum-metanoat)BrBrCOONanatrijum-α,β-dibrompropionat(natrijum-2,3-dibrompropanoat)sufiks oat8

Fizička svojstva k.k. su polarna jedinjenja (polarizovanakarbonilna i hidroksilna grupa) i gradevodonične veze po rastvorljivosti u vodi su sličnealkoholima - vod. veze prve četiri su rastvorne u vodi peta je delimično više k.k. su nerastvorne k.k. su rastvorne u manje polarnimrastvaračima kao što su etri, alkoholi,benzenFizička svojstva karakterističan miris k.k. imaju više t.k. od odgovarajućihalkohola propionska – t.k. 141 o C n-butanol – t.k. 118 o C (ista M.M.) razlog – vodonične veze -intermolekulskevodonične veze - dimeriR. O.C: O..H.H..O:C.. O. .R9

Soli karboksilnih kiselina slabije kiseline od jakih mineralnihkiselina (sulfatne, hlorovodonične,nitratne) jače k. od alkohola, acetilena, vode sa vodenim rastvorima hidroksidalako grade soli dejstvom min.kiselina ponovo sedobijaju k.k.RCOOH_OH+HRCOO _Soli karboksilnih kiselina k.k. i njihove soli imaju suprotnasvojstva u pogledu rastvorljivosti soli k.k. - za identifikaciju irazdvajanjeRCOOH + NaOHnerastvornau vodiRCOONa + H 2Orastvornau vodiRCOOH + NaHCO 3 RCOONa + H 2O + CO 2nerastvornarastvornau vodiu vodi10

Industrijsko dobijanjeugljovodoniciO 2katalizatorCH 3CHOO 2katalizatorCH 3COOHEtOHO 2AcetobacterIndustrijsko dobijanje najvažniji izvor alifatičnih k.k. suživotinjske masti i biljna ulja k.k. od C 6 do C 18 i više aromatične k.k. se dobijajuoksidacijom alkilbenzena alkilbenzeni iz nafte i katrana kamenoguglja11

Industrijsko dobijanjeCl 2∆ClClClH 2O, OH _COOHnaftabenzotrihlorid∆, katalizator,-CO 2iliO 2, V 2O 5COOHCOOHo-ksilen naftalen ftalna k.Laboratorijsko dobijanje Oksidacija primarnih alkohola nezasićenih ugljovodonika alkilbenzena Preko Grignard–ovog reagensa iCO 2 Hidroliza nitrila Hidroliza trihalogenskih derivata Hidroliza derivata karboksilnihkiselina12

Oksidacija primarnih alkoholaR-CH 2OH[O]R-COOH1 o alkohol k.k.[O] a) K 2Cr 2O 7/H 2SO 4b) CrO 3/H 2SO 4c) KMnO 4/H 2SO 4ili NaOH/H 2O(kisela ili bazna sredina)d) HNO 3OH2-metil-1-butanolKMnO 4NaOH/H 2OCOOHα-metilbuterna k.(2-metilbutanska k.)OH2-metil-1-propanolKMnO 4NaOH/H 2O COOHizobuterna k.(2-metilpropanska k.)Oksidacija nezasićenih ugljovodonikaKMnO 4CH 3CH CHCH 2CH 3H + CH 3COOH + CH 3CH 2COOH, ∆2-pentenetanska k. propanska k.(sircetna k.) (propionska k.)KMnO 4C CCH 3COOHH + CH, ∆ 3COOH +1-propinilbenzenVideti alkene i alkine!13

Oksidacija alkilbenzena[O]Ar CHBenzilni položaj!!!ArCOOH[O] a) K 2Cr 2O 7/H 2SO 4b) KMnO 4/H 2SO 4ili NaOH/H 2O(kisela ili bazna sredina)c) razbl. HNO 3Videti alkilbenzene!K 2 CrO 7 , H 2 SO 4 , ∆O 2N CH 3O 2N COOH1-metil-4-nitrobenzenCH 3-KMnO 4 , OH , ∆4-nitrobenzenkarboksilna k.COOHBr1-brom-2-metilbenzenBr2-brombenzenkarboksilna k.Reakcija Grignard–ovog reagensa i CO 2 Grignard–ovi reagensi reaguju sa ugljendioksidom(CO 2 ) veoma slično kao sakarbonilnim jedinjenjima. Reakcija se izvodi: uvoñenjem gasovitog CO 2 u etarski rastvorGrignard–ovog reagensa ili izlivanjem Grignard–ovog reagensa na "suviled" (čvrst CO 2 ). Nastaje so k.k. koja protonovanjem sarazbl. mineralnom kiselinom daje k.k.14

Reakcija Grignard–ovog reagensa i CO 2δ _....: O-:+O : MgXδ _ δ + δR MgX ++ aps. etarCR C: O:OGrignard-ovreagensδ _ili- +Ar COO MgXiliAr MgXso karboksilne kis.+H /H 2O- XMgOHR COOHiliAr COOH-Br MgBr COO + MgBr COOH+H /H 2OMg CO 2aps. etar(p-sek-butilbenzoeva k.)1-brom-4-(1-metilpropil)-benzen(p-brom-sek-butilbenzen)4-(1-metilpropil)benzenkarboksilnak.Reakcija Grignard–ovog reagensa i CO 2+Mg CO 2- + H /H 2OCl MgCl COO MgCl COOHaps. etar2-hlor-2-metilbutan2,2-dimetilbutanska k.RX može biti 1 o , 2 o ili 3 o alkil-halogenid!15

Hidroliza nitrilaR-CN(ili Ar-CN)+ H 2O+HOH-R-COOH(ili Ar-COOH)R-COO - -(ili Ar-COO )+ NH 4++ NH 3Hidroliza nitrilaCH 2Cl CH 2CN CH 2COOHNaCN70%, H 2SO 4, refluks+ NH 4+fenilacetonitriln-BuBrNaCNn-BuCNvod. alk. NaOH, refluksn-BuCOO _ H + n-BuCOOHdiazonijumova soCN75%, H 2SO 4, 150-160 o CCOOHo-tolunitrilCH 3 CH 316

Produženje nizaKMnO 4R-COOHR-CH 2OHMgRCH 2MgBrCO 2 H + R-CH 2COOHPBr 3RCH 2 BrCN -RCH 2 CNH 2OR-CH 2COOHHidroliza trihalogenskih derivata- OHOH , H 2O- H 2OR CCl 3R C OH R COOHiliOHiliAr CCl 3Ar COOHiliAr C(OH) 3HOOHCH 3CCl 3 -CCOOHCl 2OH , H 2 O- HOH 2Ohνilimetilbenzen trihlormetilbenzenbenzenkarboksilna k.(toluen)∆fenilmetantriol(benzo-trihlorid)(benzoeva k.)17

Reakcije k.k. Kiselost. Stvaranje soli Redukcija Dekarboksilacija Prevoñenje u derivate k.k. Supstitucija na alkil- ili aril-grupiKiselost. Konstanta kiselostiJonizacija k.k. u vodenom rastvoruRCOOH + H 2OK e-RCOO + H 3 O +kiselina baza konjugovanabazakonjugovanakiselinaU stanju ravnoteže, izraz za Ke jeK e=[RCOO-] [H 3O + ][H 2O] [RCOOH]Izraz za konstantu kiselosti,Ka jeK a = [H 2 O]K e = [RCOO -] [H 3 O + ][RCOOH] Za k.k. Ka ≈ 10 –4 –10–5 (pKa ≈ 4–5)Merilo za jačinu kiselosti:□ Ka (što je vrednost Ka veća, kiselost je veća),□ pKa = –logKa (što je vrednost pKa manja, kiselost je veća)18

Kiselost K.k. su kiselije od ostalih organskihjedinjenja koja imaju kiseli H–atom: RCOOH > H 2 O > ROH > HC≡CH > NH 3 > RH Važno: K.k. su kisele – daju H + .K.k. su kiselije od ostalih organskihjedinjenja koja imaju kiseli H–atom u –COOH grupi polarizacija C=O uneposrednoj blizini –OH grupe olakšavadisocijaciju!Vrednosti Ka k.k. se razlikuju na ravnotežu, koja je kvantitativno izraženavrednošću Ka, utiče struktura kiseline.Kiselost Stabilnost molekula i jona zavisi odstrukture i elektronskih efekata! Stanje ravnoteže zavisi od razlika urelativnoj stabilnosti nejonizovane k.k. ikarboksilatnog jona. Ravnoteže će biti pomerena u desno (upravcu jonizacije kiseline) utoliko višeukoliko je: stabilnost k.k. u nejonizovanom stanju manja(njena sposobnost da jonizuje veća), stabilnost nastalog karboksilatnog jona veća(njegova težnja za primanjem H + manja).19

KiselostKiselost odreñena razlikom u stabilnosti kiseline i njenog anjona!R O H H + + R Oslaba disocijacijapKa=16-18ROCOHR-OCOH+H + +ROCOROCOneekvivalentne:rezonancija od manjeg značajapKa=4-5ekvivalentne:rezonancija od većeg značajaKiselostEROH-RO + H +mala rezonancionastabilnostERCOOH-RCOO + H +velika rezonancionastabilnostt.r.t.r.Kiselost k.k. je posledica rezonancione stabilizacije anjona.Stabilizacija i kiselost su moguće zbog prisustva karboksilne grupe.20

KiselostU nedisosovanom molekulu k.k. deluju 2 elektronskaefekta: induktivni efekat (–I) – značajan (destabilizujemolekul k.k.)δO_Jak -I efekat δ + karbonilnog C-atomasmanjuje stabilnost nedisosovanog molekula kiselinejer olakšava izdvajanje H +R C O Hδ +k.k. rezonancioni efekat (el. par sa O se pomera duž π–veze) – manje značajan (ide na ruku –I efektu jeromogućava lakše izdvajanje H + ).. .. -.. -O : : O:: O:C ..C +C +R O..HR O..H R O..Hk.k.neekvivalentne rez. strukture(razdvajanje naelektrisanja)Na kiseoniku je "+" šaržašto olakšava izdvajanje H +Struktura karboksilatnog anjonaRδ _..O :C .. -δ + O..:karboksilatni anjonekvivalentne rez. strukture.. -: O:C ..R δ + O..δ _RCOO_ Stabilnost karboksilatnog anjona jako povećana –stabilizacija rezonancijom (oslobaña se E). "–" šarža je ravnomerno rasporeñena(delokalizovana) na oba O–atoma. Da bi se H + ponovo asocirao treba dovesti Eekvivalentnu E rezonancije!21

Struktura karboksilatnog anjona0.123 nm0.127 nmHOCOHH0.136 nm 0.127 nmOC_ Na +OORCOpreklapanje p orbitala:delokalizacija π elektrona i naelektrisanjaUticaj supstituenata na kiselostsvaki faktor koji povećava stabilnost anjona uodnosu na kiselinu povećaće kiselostsvaki faktor koji smanjuje stabilnost anjona uodnosu na kiselinu smanjiće kiselostGOC _OGOC _OG povlači elektrone:stabilizuje anjon,povećava kiselostG otpušta elektrone:destabilizuje anjon,smanjuje kiselost22

Uticaj supstituenata na kiselostHCOOHCH 3COOHClCH 2COOHCl 2CHCOOHCl 3CCOOHO 2N–CH 2COOHHO–CH 2COOHKiselinamravljasirćetnahlorsirćetnadihlorsirćetnatrihlorsirćetnanitrosirćetnahidroksisirćetna(glikolna)pK a3,754,762,871,250,651,683,83Uticaj supstituenata na kiselostCH 3HδO_C Oδ +mravlja k.pK a= 3,75_δOC Oδ +sircentna k.pK a= 4,76HH+H ++H +OH C_Oformijatni jonOCH 3COacetatni jon_23

Uticaj supstituenata na kiselostMolekul sirćetne k. je stabilniji od molekulamravlje: prisutna CH 3 grupa svojim +I efektomsmanjuje δ + na karbonilnom C (on slabije povlačie– duž σ–veze).Stabilnost acetatnog jona je smanjena (povećanaje njegova baznost) u odnosu na formijatni:prisutna CH 3 grupa svojim +I efektom povećava"–" šaržu na karbonilnom C (ceo anjon jedestabilizovan i olakšano je vezivanje H + ).CH 3 COO – je jača baza od HCOO – , pa jeHCOOH jača kiselina od CH 3 COOH!Uticaj supstituenata na kiselostClCH 2_δOCδ +hlorsircentna k.pK a= 2,87OH+H +Molekul hlorsirćetne k. je manje stabilan odmolekula mravlje: prisutni Cl svojim –I efektompovećava δ + na karbonilnom C (on jače povlači e–duž σ–veze).Stabilnost hloracetatnog jona je povećana(smanjena je njegova baznost) u odnosu naformijatni: usled –I efekta Cl "–" šarža nijeskoncentrisana samo na atomima O nego jedelimično raspršena i na ostale atome u nizu.ClCH 2 COO – je slabija baza od HCOO – , pa jeClCH 2 COOH jača kiselina od HCOOH!ClCH 2hloracetatni jonCOO_24

Uticaj supstituenata na kiselost: O:+N_: O..:_δO:OO:++CH 2 C O H H + N CH 2Cδ +_: O..:nitrosircentna k.Oanjon nitrosircetne k.pK a= 1,68_ Anjon nitrosirćetne k. je stabilniji (slabija baza)od anjona hlorsirćetne k.: –NO 2 grupa je zbog "+"šarže na N elektronegativnija (jači –I) i jačeprivlači e – od Cl. O 2 NCH 2 COO – je slabija baza od ClCH 2 HCOO – ,pa je O 2 NCH 2 COOH jača kiselina odClCH 2 COOH!Uticaj supstituenata na kiselostHO_δOOCH 2+C O H Hδ ++ HO CH 2Chidroksisircentna k.OpK a= 3,83 anjon hidroksisircetne k.Anjon hidroksisirćetne k. je stabilniji (slabijabaza) od anjona sirćetne k.: usled –I efekta –OHgrupe "–" šarža nije skoncentrisana samo naatomima O nego je delimično raspršena i naostale atome u nizu.HOCH 2 COO – je slabija baza od CH 3 COO – , paje HOCH 2 COOH jača kiselina od CH 3 COOH!_25

Induktivni efekatInduktivni efekat opada sa rastojanjem izanemarljiv je ako se njegov uticaj posmatrapreko više od 4 C atomaCl CH 2 CH 2 CO_OKiselinapK abuterna4,82α-hlorbuterna 2,86β-hlorbuterna 4,05γ-hlorbuterna 4,53CH 3CH 2CH 2COOHCH 3CH 2CH(Cl)COOHCH 3CH(Cl)CH 2COOHClCH 2CH 2CH 2COOHUticaj supstituenata na kiselost Poredak kiselosti halogen supstituisanihk.k. slične strukture je u skladu sarelativnim –I efektom atoma halogena(veća elektronegativnost jači –I efekat)!FCH 2COOHClCH 2COOHBrCH 2COOHICH 2COOHKiselinafluorsirćetnahlorsirćetnabromsirćetnajodsirćetnapK a2,562,872,94,1726

Kiselost Kiselost k.k. zavisi od vrste hibridizacijeC–atoma za koji je vezana –COOHgrupa!Hibridna orbitalaspUdeo s–orbitalesp 31/4sp 2 1/31/2Što je u hibridnoj orbitali većiudeo s–orbitale elektroni subliže jezgru (javlja seinduktivan efekat privlačenjaelektrona ka jezgru C–atoma).Kiselost Elektronegativnost hibridizovanih C–atoma opada u nizu: Csp > Csp 2 > Csp 3CH 3CH 2sp 3COOHKiselinapropionskapK a4,78H 2C CH COOHsp 2akrilna4,25HCC COOHsp propiolna1,7927

Kiselost Akrilna k.: nasuprot –I efektu Csp 2 deluje +Refekat (povećana el. gustina na karbonilnom O)koji smanjuje kiselost:_.. δ.. _O:: O:+H 2C CH C OH CH 2CH C OHδ ++R efekat C=C veze Meñutim, kako –I efekat Csp 2 preovlañuje nad +Ref. C=C veze, akrilna k. je ipak nešto jača k. odpropionske. Propiolna k.: +R efekat postoji i kod C≡C veze alije zanemarljiv u odnosu na jak –I efekat Csp.Kiselost benzoevei supstituisanih benzoevih k. U nedisosovanom molekulubenzoeve k. deluju 2 elektronskaefekta: induktivni efekat (–I) Csp 2 – povećavakiselost (olakšava izdvajanje H + –destabilizuje molekul)sp 2pK a= 4,20δOCδ +_OH28

Kiselost benzoevei supstituisanih benzoevih k.rezonancioni efekat (+R) benzenovog prstena– smanjuje kiselost (povećana el. gustina nakarbonilnom O i tako otežava izdvajanje H + –stabilizuje molekul)..O : +C OH.. - : O :COH.. -O :-: O.. :+C:+OHCOHDa bi došlo do rezonancije –COOH grupa i fenilno jezgro moraju biti u koplanarnom položaju!Benzoeva kiselina je jača kiselina odcikloheksankarboksilne kiselinesp 3COOH

Kiselost benzoevei supstituisanih benzoevih k.COOHZpK ap-SupstituentNO 23,44OH4,58..: OO δNC+_δ +: O..:-I efekat NO 2grupe..HO..O δCδ +-I efekat OH grupe__OOHHKiselost benzoevei supstituisanih benzoevih k.p-nitrobenzoeva k...: O: O:_ ..: O:: O:+NC OHNC OH+__+: O..:: O..:-R efekat NO 2 grupeveoma povoljno!(smanjena el.gustina na karb. C-atomu)..: OO_ ..: O:O+H + NC_N + C__+_+: O..:O: O .. :Oveomaanjon p-nitrobenzoeve k.povoljno!p-hidroksibenzoeva k.(-R i -I ef. NO 2 grupe deluju u istom smeru)..O: ..+HO..C OH HO....: O: C OH+H ++R efekat OH grupeOHO.. ..C_(povecana el. gustina nakarb. O)+HO..OOveoma nepovoljno!anjon p-hidroksibenzoeve k.(+R i -I ef. OH grupe deluju u suprotnim smerovima, +R je daleko jaci)_:CO_30

Dobijanje soli-2 CH 3COOH + Zn (CH 3COO ) 2Zn 2+ + H 2cink-acetatCH 3 (CH 2 ) 10 COOH + NaOHlaurinska k.-CH 3 (CH 2 ) 10 COO Na + + H 2 Onatrijum-lauratCOOH COO - Na ++ NaHCO 3+ CO 2+ H 2OiliNa 2CO 3Bikarbonatni testReakcija k.k. sa bikarbonatima (bikarbonatni test)je karakteristična za k.k.Za razliku od k.k. fenoli pokazuju negativanbikarbonatni test!Bikarbonatni test:CH 3 COOH + NaHCO 3H 2OCH 3COONa + CO 2+ H 2O+ -H + HCO 3H 2CO 3CO 2+ H 2O31

Reakcije sa amonijakom i derivatimaamonijaka Baze poput amonijaka i njegovih derivata (amina (1°, 2°, 3°),hidroksilamina, hidrazina) reaguju sa k.k. dajući odgovarajuće soliC H 3: O:C: O:....O H + :.. NH 3H 3C C O.. : - +NH 4amonijum-etanoat(amonijum-acetat): O:H C: O:......O.. H + CH 3NH 2H C O.. - +CH 3 NH 3metilamin metilamonijum-metanoat(metilamonijum-formijat): O:C: O:....O.. H + : NH 2OHC O.. : - +NH 3OHhidroksilaminhidroksilamonijum-benzoat- +CH 3CH 2CH 2COOH + H 2N NH 2CH 3 CH 2 CH 2 COO H 3 NNH 2hidrazinhidrazinijum-butanoat(hidrazinijum-butirat)Redukcija Redukcija sa litijum-aluminijumhidridom (LiAlH 4 )RCOOHiliArCOOH1) LiAlH 4, THF2) H+, H 2ORCH 2 OHiliArCH 2 OH1 o alkoholCOOH1) LiAlH 4(m-metilbenzil-alkohol)2) H+, H 2OCH 2OHCOOH1) LiAlH 42) H+, H 2OCH 2OH3-metilbenzenkarboksilnak(m-metilbenzoeva k.)CH 3CH 3(3-metilfenil)metanol2-cikloheksenkarboksilnak.2-cikloheksenilmetanol32

DekarboksilacijaIzdvajanje molekula CO 2iz molekula k.k.Okat.R C O H R H + O C O∆iliiliAr HArCOOHugljovodonik Pri dekarboksilovanju k.k. ugljovodonični ostatak prima H +iz –COOH grupe, uz nastajanje odgovarajućegugljovodonika i izdvajanje CO 2. Reakcija se često vrši destilacijom soli k.k. u prisustvu"natron kreča" (smeša NaOH i CaO).-COO + Na- NaOH, CaOCH 3COO + NaCH∆4+ CO 2NaOH, CaO∆+ CO 2natrijum-benzoatDekarboksilacija U reakciji se odigrava dekarboksilovanjekarboksilatnog anjona. Što je kiselina jača, jače disocira, daje stabilnijikarboksilatni anjon – dekarboksilacija je brža.ROC..O.. : - - H +R : + CO 2R H33

Dekarboksilacija Lako se dekarboksiluju npr. trihlorsirćetna i 2,4,6-trinitrobenzoeva k. – veoma jake k.ClClC COOHH 2O100 o CClClC HClCltrihlorsircetna k.trihlormetan+ CO 2ClClClCl C COOH+H + Cl C-COO Cl CClClstabilankarboksilatni anjonClH+ CO 2DekarboksilacijaO 2NCOOHNO 2O 2NH 2 O100 o CHNO 2+ CO 2NO 22,4,6-trinitrobenzenkarboksilnak.(2,4,6-trinitrobenzoeva k.)NO 21,3,5-trinitrobenzenO 2NCOOHNO 2O 2N+H +-COONO 2O 2NHNO 2+ CO 2NO 2NO 2stabilankarboksilatni anjonNO 234

Prevoñenje u derivate k.k.ROCOHROCZ(Z= -Cl, -OOR', -OR', -NH 2) prevoñenje u hloride k.k. (alkanoil-hloridi) prevoñenje u anhidride prevoñenje u estre (alkil-alkanoati) prevoñenje u amide (alkanamidi)Prevoñenje u hloride k.k.RiliArOCOH+SOCl 2PCl 3PCl 5RiliArOCCltionil-hlorid (SOCl 2 ) je najpogodniji35

Prevoñenje u hloride k.k.COOH+ PCl 5100 o CCOCl+ POCl 3+ HClbenzoil-hloridCOOHrefluks+ SOCl 279 o CCOCl+ SO 2+ HCln-C 17 H 35 COOHrefluks+ SOCl 279 o Cn-C 17H 35COCl+ SO 2+ HCloktadekanoil-hlorid50 o C3CH 3COOH + PCl 33CH 3 COCletanoil-hlorid(acetil-hlorid)+ H 3PO 3Prevoñenje u anhidride Reakcijom k.k. sa alkanoil-hloridimaO O O O∆RCOH + ClCR' RCOCR' + HClMogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R≠R') anhidridiCH 3COOH + CH 3COCletanska k. etanoil-hlorid(sircetna k.) (acetil-hlorid)∆O OCH 3 COCCH 3anhidridetanske k.(acetanhidrid) Reakcijom k.k. sa acetanhidridomO2RCH 2COH +O OCH 3COCCH 3acetanhidrid(dehidratacionosredstvo)∆O ORCH 2COCCH 2R+ 2CH 3COOHO O∆2CH 3 CH 2 COOH + (CH 3CO) 2O CH 3CH 2C O C CH 3CH 2+ 2CH 3COOHpropanska k. anhidrid propanske k.36

Prevoñenje u estre. EsterifikacijaKiselo–katalizovana reakcija – katalizator H + jonROCOHHO++ R'OH R C + H 2OOR'reaktivnostpri esterifikacijiCH 3OH > 1 o > 2 o (> 3 o )HCOOH > CH 3COOH > RCH 2COOH > R 2CHCOOH > R 3CCOOH•Ravnoteža može da se pomeri prema estarskom proizvodu:•korišćenjem viška jednog od reaktanata (alkohol se uzima u višku) ili•selektivnim uklanjanjem jednog od proizvoda iz reakc. smeše.•Reakcija u levo – hidroliza•Reakcija u desno - esterifikacijaPrevoñenje u estre. Esterifikacija U stanju ravnoteže izraz za konstanturavnoteže esterifikacije, Ke, je: v 1 = v 2 k 1 [RCOOH][R'OH] = k 2 [RCOOR'][ H 2 O] Reakcija esterifikacije spada ureakcije nukleofilne acilnesupstitucije. Esterifikacija je kiselo–katalizovanaadiciono–eliminaciona reakcija!37

Prevoñenje u estre. EsterifikacijaOCH 2CH 2CH 2C + C 2H 5OHOH1 mol 8 mol4-fenilbutanska k.H 2SO 4, refluksOCH 2CH 2CH 2C + H 2OOC 2H 5prinos 85-88 %etil-4-fenilbutanoatHOOC(CH 2)COOH + 2C 2H 5OHadipinska kiselinat.k. 78 o Ctoluen (t.k. 110 o C),H 2 SO 4 , refluksC 2H 5OOC(CH 2)COOC 2H 5+ 2H 2Oetil-adipatt.k. 245 o Cprinos 95-97%uklanja sekao azeotropskasmeša, t.k. 75 o CMehanizam esterifikacije (kisela–kataliza) Faza 1: protonovanje karboksilne grupe+ H: O:: OR C + H +..O H R C .... - H + O.... H: OR C +O.... H: OH R C ..+ O..Hkarbokatjon stabilizovan rezonancijom(aktivirana karbonilna grupa za napad nukleofila) Faza 2: nukleofilni napad alkohola(adicija)+ H: OR C ..O..H..+ R'OH ..: O .. H..R C O..HO..R' + HO H- H + : .. ..R C O+ H + ..O..:R'sp 3HHtetraedarski intermedijer38

Mehanizam esterifikacije (kisela–kataliza) Tetraedarski intermedijer je ključan– podleže kiselo–katalizovanomrazlaganju u oba smera: protonovanjem O alkoksi grupe (R'O)indukuje se eliminacija alkoholareversnim redosledom faza 1 i 2, protonovanjem bilo kojeg O hidroksilnegrupe (OH) uz eliminaciju H 2 O nastajeestar (faza 3).Mehanizam esterifikacije (kisela–kataliza) Faza 3: eliminacija vode: O H..R C O..HO..:R'+: OR C+ H +- H +H..O..R': O .. HH - H 2OR C O : ++ HO:H 2O..R'.. H: OR C ..+ O..R'protonovani estar..: OR CH+O..R'- H + : O:+ H + R C ..O..estarR'39

Mehanizam esterifikacije (kisela–kataliza)Uloga kiselog katalizatora, protona: aktivira karbonilnu grupu za nukleofilni napadalkohola (faza 2), transformiše hidroksilnu grupu (loša odlazećagrupa) u dobru odlazeću grupu, vodu (faza 3).Sve faze su povratne pa dodatak viška alkohola iliuklanjanjem vode ili estra iz reakc. smeše,pomera ravnotežu u desno u fazama 2 i 3.Hidroliza estra vrši se reversnom reakcijom ifavorizovana je u prisustvu vode.Kiselo–katalizovana hidroliza estra je adiciono–eliminaciona reakcija – nukleofil je H 2 O, aeliminiše se alkohol.Prevoñenje u amideReakcijom termičke dekompozicije amonijum-solik.k.RCOOH + NH 3- +∆RCOO NH 4amonijum-so k.k.amonijum-alkanoatORCNH 2+ H 2O1 oamidNa povišenoj T termička disocijacija amonijumsolipostaje značajna, pa će u ravnoteži bitiprisutne i znatne količine amonijaka i k.k.Dolazi do sporije, ali termodinamičkifavorizovanije reakcije amina i kiseline.Iz molekula k.k. i NH 3 (nukleofil) adiciono–eliminacionom reakcijom nastaje amid.40

Prevoñenje u amide Analogno reaguju 1° i 2° amini (alifatični iaromatični) – nastaju 2°, odnosno, 3°amidi!CH 3COOH ++NH 2 CH 3COO - NH 3HN∆C OCH 3+ H 2Oanilinijum-acetat2 o amidN-feniletanamid(N-fenilacetamid)(acetanilid)Supstitucija na alkil- ili aril-grupi Alfa-halogenovanje alifatičnih k. EAS41

Alfa-halogenovanje alifatičnih k.Hell-Volhard-Zelinsky reakcijaR-CH 2COOH + X 2PR-CHCOOH + HX X 2=Cl 2, Br 2Xα-halogen supstituisana k.EAS-COOH:dezaktivira i diriguje supstituciju u meta položajuCOOHCOOHHNO 3, H 2SO 4, ∆NO 242

Dikarboksilne kiselineHOOCCH 2COOH HOOCCH 2CH 2COOH HOOCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 COOHmalonska k. ćilibarna k. adipinska k.(propan-dikiselina) (butan-dikiselina) (heksan-dikiselina)CH 3Cl ClHOOCCH 2CH 2CHCOOH HOOCCH 2CCH 2COOH HOOCCHCH 2CHCOOHBr CH 32-brompentan-dikiselina3,3-dimetilpentan-dikiselina 2,4-dihlorpentan-dikiselinaDikarboksilne kiselineCOOHCOOHCOOHCOOH(tereftalna kiselina)HOOCCOOHHCOOHHHHOOCHCOOHCOOH1,2-benzendikarboksilnakiselina 1,3-(ftalna kiselina)(izoftalna kiselina)1,4-cis-2-butendikiselina(maleinska k.)trans-2-buten--dikiselina(fumarna k.)43

Dobijanjedobijaju se metodama za monokarboksilne k.prilagoñene dikarboksilnim k.-Cl CH 2COO Na+natrijum-hloracetatCOO NaCN - - +CH 2CNnatrijum-cijanoacetatH 2O, H +COOHCH 2COOHC 2H 5OH, H + COOC 2H 5 +CH + NH 42COOC 2H 5dietil-malonat++ NH 4svaka grupa se može dalje zasebno prevesti u derivat!DobijanjeNCCH 2COO - Na + CH 3CH 2OHH 2SO 4OH 2CCCOCH 2CH 3HNOCH 2CH 3iminoestar+H , H 2OOCOCH 2CH 3H 2CCOCH 2CH 3Odietil-propandioat(dietil-malonat)alkoholizaON C CH 2-CO Na+esterifikacija44

DobijanjeHOCH 2CH 2OH1,2-etandiol(etilen-glikol)KMnO 4 /H 2 SO 4HOOC COOHetan-dikiselina(oksalna k.)Br 22 KCNH 2C CH 2BrCH 2CH 2Br CN CH 2CH 2CNCCl 4etenbutanodinitril1,2-dibrometan+H , H 2 O∆HOOCCH 2 CH 2 COOHbutan-dikiselinaHOOC(CH 2) 2COOHbutan-dikiselina1) LiAlH 4 , aps. etar+ HOCH 2(CH 2) 2CH 2OH2) H , H 2 O1,4-butandiolSOCl 22 KCNCl(CH 2) 4Cl NC(CH2 ) 4CN H +, H 2 O∆heksandinitril1,4-dihlorbutanHOOC(CH 2) 4COOHheksan-dikiselina1) Mg, aps. etar2) CO 2+3) H , H 2 OReakcije dikarboksilnih k. Kiselost Dekarboksilacija Dehidratacija Malonestarska sinteza45

Kiselost Dikarboksilne k. koje imaju –COOH grupena krajevima ugljovodoničnog lanca:KiselinapK a1pK a2HOOC–COOHoksalna1,274,28HOOCCH 2COOHmalonska2,855,70HOOC(CH 2) 2COOHćilibarna4,195,64HOOC(CH 2) 3COOHglutarna4,355,42Kiselost Dikarboksilne k. imaju 2 Ka pričemu je Ka 1 > Ka 2 (teže je uklonitiH + iz anjona nego iz neutralnogmolekula)HOOCpentan-dikiselinaCOOHK a1+H +_OOCK a2COOH+_H +OOCCOO_46

Kiselost Dve –COOH grupe meñusobno utiču jednana drugu svojim –I efektom (sarastojanjem se smanjuje). Jak –I efekat jedne –COOH grupeomogućava lakše odvajanje H + iz druge._δO_δO_δO_δOHOCδ +Cδ +OHHOCδ +Cδ +OHHOOCCH 3COOH pK a= 4,76 (K a= 1,75 x 10 -5 )COOHpK a1= 1,27 (K a1= 5400 x 10 -5 )pK a2= 4,28 (K a2= 5,2 x 10 -5 )Dekarboksilacija Etan- i propan-dikiselina se dekarboksilujuHOOC COOH∆HCOOH + CO 2etan-dikiselina metanska k.(oksalna k.)(mravlja k.)HOOC CH 2COOH∆CH 3 COOH + CO 2propan-dikiselina etanska k.(malonska k.)(sircetna k.)Lako dekarboksilovanje malonske kiseline:H. .O. . .: O:HOC CCH2 O∆CO 2 +HOC CH 2HOenol-oblikHOOCCH 3Dekarboksilacija je veoma olakšana mogucnoscu obrazovanja6-clanog ciklicnog prelaznog stanja(karbonilni O jedne -COOH grupe se ponasakao akceptor protona iz -OH grupe druge -COOH grupe)47

Dehidratacija Butan- i pentan-dikiselina zagrevanjemdaju ciklične anhidride (dehidratacija)COOHCOOHbutan-dikiselina(cilibarna k.)COOHCOOHpentan-dikiselina(glutarna k.)∆- H 2O∆- H 2OOOO(anhidridcilibarne k.)OOO(anhidridglutarne k.)Dekarboksilacija+dehidratacijaHeksan- i heptan-dikiselina zagrevanjem dajuciklične ketoneHOOCheksan-dikiselina(adipinska k.)COOHBa(OH) 2; ∆- H 2O- CO 2OciklopentanonBa(OH) 2; ∆HOOC COOH O- H 2Oheptan-dikiselina- CO 2 cikloheksanon48

Dietil-malonatO O+ - ..CH 3 CH 2 OCCHCOCH 2 CH 3 + Na : OCH .. 2 CH 3jaca k.pK a= 13HDietil-malonat seu reakciji sajakim bazamaponaša kaokiselina:: O: : O:Na + .. ..-..CH 3CH 2O..C CH C OCH .. 2CH 3+ CH 3 CH 2 OHslabija k.pK a= 15,9.. -: O: : O :....CH 3CH 2O..C CH C OCH .. 2CH 3: O: ..: O: ....CH 3CH 2O..C CH C OCH .. 2CH 3rezonanciona stabilizacija anjonaDietil-malonatU strukturi dietil-malonata H–atomi metilenskegrupe su kiseli: deluje "–I" efekat 2 karbonilne grupe (destabilizujemolekul – olakšava odlazak H + ) anjon koji nastaje odlaskom H + je stabilizovanrezonancijomCH 3CH 2O-δ H -δ: O: : O:δδ +C C Cδ + δ +HOCH 2CH 349

Malonestarska sinteza Dietil-malonat se koristi kao prekursor(polazno jedinjenje) u sintezi alkil- idialkilsirćetnih k. Postupak se zove malonestarska sinteza! Zasniva se na: velikoj kiselosti metilenskih H–atoma ustrukturi dietil-malonata veoma lakoj dekarboksilaciji malonske kiselinei supstituisanih malonskih kiselina.Malonestarska sintezaO H OCH 3CH 2O C C C OCH 2CH 3HH COCH 2CH 3O H OHCH 3CH 2O C C C OCH 2CH 3COOHCH 3CH 2O C C CH C COOHRRO R'RO(monosupstituisana sircetna k.)R'R(disupstituisana sircetna k.)50

Malonestarska sintezaHCO 2CH 2CH 3C H+ -Na OC 2H 5C 2H 5OHHCO 2CH 2CH 3-C: Na+RXalkilovanjeCO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3HCO 2CH 2CH 3C R+Na-OC 2H 5C 2H 5OH+NaCO 2CH 2CH 3-: C RR'XalkilovanjeCO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3(dietil-alkilmalonat)CO 2CH 2CH 3R'CRCO 2CH 2CH 3(dietil-dialkilmalonat)Malonestarska sintezaHCO 2CH 2CH 3CRCO 2CH 2CH 3(dietil-alkilmalonat)-OH /H 2O∆-COOCOOH+H /H 2O∆H C RH C R- CO 2COO-COOHsupstituisana malonska k.HCOOHC RHCO 2CH 2CH 3COO-COOH-OH /H+2OH /HR' C R2O∆R' C R R' C R∆- CO 2CO 2CH 2CH 3COO-COOH(dietil-dialkilmalonat) disupstituisana malonska k.R'COOHC RHPravila i ograničenja S N 2 reakcija važe i za fazealkilovanja!!!Osim 1° i 2° halogenalkana mogu se koristiti i drugajedinjenja koja u molekulu sadrže polarizovanu vezuCX:ORCX X CH X2COR' CH 2 CR'alkanoil-halogenid α-halogenestar α-halogenketonOO51

ZADATAK Koristeći dietil-malonat i ostalereaktive, prikažite sintezu: 3-fenilpropanske kiseline 2-etilbutan-dikiselineSinteza 3-fenilpropanske kiselineCO 2CH 2CH 3COOHHCHHCCH 2CO 2CH 2CH 3HHCO 2CH 2CH 3C H+Na-OC 2 H 5C 2 H 5 OHHCO 2CH 2CH 3-C: Na+CH 2ClCO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3HCO 2CH 2CH 3C CH 2CO 2CH 2CH 3OH-/H 2 O∆H-COOC CH 2-COO+H /H 2 OHCOOHC CH 2COOH- 2COOH∆COH CHCH 23-fenilpropanska k.52

Sinteza 2-etilbutan-dikiselineCO 2CH 2CH 3COOHHCHHOOCCH 2C CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3HHCO 2CH 2CH 3C H+Na-OC 2H 5C 2H 5OHHCO 2CH 2CH 3-C: Na+CH 3CH 2BrCO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3HCO 2CH 2CH 3C CH 2CH 3+Na-OC 2H 5C 2H 5OH+NaCO 2CH 2CH 3-: C CH 2CH 3BrCH 2CO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3CO 2CH 2CH 3α-halogensupstituisana k. bi istisnulaslabiju, dietil-malonat, iz njene soliSinteza 2-etilbutan-dikiselineCO 2CH 2CH 3CH 3CH 2O 2CCH 2C CH 2CH 3HOOCCH 2COOHCO 2CH 2CH 3C CH 2CH 3COOH-OH /H 2O∆∆- CO 2-OOCCH 2HOOCCH 2COOH-COOC CH 2CH 3-COOC CH 2CH 3H2-etilbutan-dikiselina+H /H 2O53