Karboksilne kiseline

Karboksilne kiseline Značaj Sinteza polimera akrilna i metakrilna k., adipinska k., maleinska k., tereftalna k. Sinteza rastvarača estri Industrija tekstila, kože, graf. boja. mravlja k. Aditivi hrane propionska k., limunska k., sirćetna k. Farmaceutska industrija Masti i ulja 1

Struktura Karboksilna grupa R Ar Naziv karboksilna grupa nastaje sažimanjem naziva karbonil i hidroksil. Podela Na osnovu ugljovodoničnog ostatka: alifatične k.k. opšte formule R aromatične k.k. opšte formule Ar heterociklične k.k. Prema broju karboksilnih grupa: monokarboksilne k. (monokiseline) dikarboksilne k. (dikiseline) polikarboksilne k. (polikiseline). 2

( ) 10 ( ) 7 =( ) 7 mravlja k. sirćetna k. laurinska k. oleinska kiselina (metanska) (etanska k.) (dodekanska k.) (cis9oktadekanska k.) 2 N benzoeva k. pnitrobenzoeva k. fenilsirćetna k. Br N αbrompropionska k. cikloheksan akrilna k. pikolinska k. (2brompropanska k.) karboksilna k. (propenska k.) (piridin2karboksilna k.) Nomenklatura trivijalni nazivi IUPA nomenklatura 3

Trivijalni nazivi Ime mravlja sirćetna propionska buterna palmitinska stearinska oleinska benzoeva Formula ( ) 14 ( ) 16 ( ) 7 =( ) 7 6 5 Trivijalni nazivi Razgranate i supstituisane kiseline dobijaju imena kao derivati kiselina sa ravnim nizom. Za obeležavanje položaja supstituenta koriste se Grčka slova α, β, γ, δ. δ γ β α 4

Trivijalni nazivi αmetilbuterna k. α,βdimetilvalerijanska k. βfenilpropionska k. l γhlorαmetilbuterna k. αhidroksipropionska k. mlečna k. Trivijalni nazivi Aromatične kiseline, Ar, se obično imenuju kao derivati osnovne kiseline, benzoeve: N 2 Br N 2 pbrombenzoeva k. 2,4dinitrobenzoeva mmetilbenzoeva k. 5

IUPA nazivi Imena k.k. izvode se dodavanjem sufiksa ska kiselina imenu ugljovodonika sa istim brojem atoma uključujuči i grupu (najduži niz atoma u kome se nalazi grupa, a koji uključuje najveći broj drugih funkcionalnih grupa). Položaj supstituenata u odnosu na grupu se označava brojevima. Karboksilni atom je uvek 1! IUPA nazivi grupa je funkcionalna grupa najvišeg prioriteta! Zasićene ciklične kiseline imenuju se kao cikloalkankarboksilne kiseline. U ovim jedinjenjima i aromatičnim k.k. atom vezan za grupu je 1! Dikarboksilne kiseline se imenuju kao dikiseline. 6

Nomenklatura prioriteti f.g. Klasa jedinjenja Sufiks Prefiks Primer Karboksilne kiseline ska kiselina karboksi propanska kiselina Anhidridi karb.k. anhidrid ske k. anhidrid propanske k. Estri alkoksikarbonilalkil oat metilpropanoat Acilhalogenidi (Alkanoilhalogenidi) oilhalogenid halogenkarbonil propanoilhlorid Amidi amid karbamoil etanamid Nitrili onitril cijano propanonitril Aldehidi al formil propanal Ketoni on okso propanon IUPA nazivi pentanska k. 2metilbutanska k. 3fenilpropanska k. l 3(4hlorfenil)butanska k. 2butenska k. 5 4 3 2 1 7

IUPA nazivi 5okso4propilheksanska kiselina 5butil6heptenska kiselina (ne 5etenilnonanska kis.) N 2 benzenkarboksilna kiselina 4oksocikloheksankarboksilna kiselina 2aminobenzenkarboksilna kiselina (oaminobenzoeva kiselina, antranilna kiselina) 2 N 4amino2hidroksibenzenkarboksilna kiselina l Br 1brom2hlorciklopentankarboksilna kiselina Nazivi soli karboksilnih kiselina Na ( ) 2 a N 4 natrijumbenzoat kalcijumacetat amonijumformijat (kalcijumetanoat) (amonijummetanoat) Br Br Na natrijumα,βdibrompropionat (natrijum2,3dibrompropanoat) sufiks oat 8

Fizička svojstva k.k. su polarna jedinjenja (polarizovana karbonilna i hidroksilna grupa) i grade vodonične veze po rastvorljivosti u vodi su slične alkoholima vod. veze prve četiri su rastvorne u vodi peta je delimično više k.k. su nerastvorne k.k. su rastvorne u manje polarnim rastvaračima kao što su etri, alkoholi, benzen Fizička svojstva karakterističan miris k.k. imaju više t.k. od odgovarajućih alkohola propionska t.k. 141 o nbutanol t.k. 118 o (ista M.M.) razlog vodonične veze intermolekulske vodonične veze dimeri R.. :. :.. R 9

Soli karboksilnih kiselina slabije kiseline od jakih mineralnih kiselina (sulfatne, hlorovodonične, nitratne) jače k. od alkohola, acetilena, vode sa vodenim rastvorima hidroksida lako grade soli dejstvom min.kiselina ponovo se dobijaju k.k. R R Soli karboksilnih kiselina k.k. i njihove soli imaju suprotna svojstva u pogledu rastvorljivosti soli k.k. za identifikaciju i razdvajanje R Na nerastvorna u vodi RNa 2 rastvorna u vodi R Na 3 RNa 2 2 nerastvorna rastvorna u vodi u vodi 10

Industrijsko dobijanje ugljovodonici 2 katalizator 2 katalizator Et 2 Acetobacter Industrijsko dobijanje najvažniji izvor alifatičnih k.k. su životinjske masti i biljna ulja k.k. od 6 do 18 i više aromatične k.k. se dobijaju oksidacijom alkilbenzena alkilbenzeni iz nafte i katrana kamenog uglja 11

Industrijsko dobijanje l 2 l l l 2, nafta benzotrihlorid, katalizator, 2 ili 2, V 2 5 oksilen naftalen ftalna k. Laboratorijsko dobijanje ksidacija primarnih alkohola nezasićenih ugljovodonika alkilbenzena Preko Grignard ovog reagensa i 2 idroliza nitrila idroliza trihalogenskih derivata idroliza derivata karboksilnih kiselina 12

ksidacija primarnih alkohola R [] R 1 o alkohol k.k. [] a) K 2 r 2 7 / 2 S 4 b) r 3 / 2 S 4 c) KMn 4 / 2 S 4 ili Na/ 2 (kisela ili bazna sredina) d) N 3 e) r 3, 5 5 N, DMF 2metil1butanol KMn 4 Na/ 2 αmetilbuterna k. (2metilbutanska k.) ksidacija primarnih alkohola PD l 2 PD DMF pidinijumdihromat (PD) r 3 N 2 N r 2 2 7 2 Vrsta rastvarača utiče na reakcioni proizvod l 2 daje DMF daje Alilni alkohol daje 13

ksidacija nezasićenih ugljovodonika KMn 4, 2penten etanska k. propanska k. (sircetna k.) (propionska k.) KMn 4, 3 1propinilbenzen Videti alkene i alkine! ksidacija alkilbenzena [] Ar Benzilni položaj!!! Ar [] a) K 2 r 2 7 / 2 S 4 b) KMn 4 / 2 S 4 ili Na/ 2 (kisela ili bazna sredina) c) razbl. N 3 Videti alkilbenzene! K 2 r 7, 2 S 4, 2 N 2 N 1metil4nitrobenzen KMn 4,, 4nitrobenzenkarboksilna k. Br 1brom2metilbenzen Br 2brombenzenkarboksilna k. 14

Reakcija Grignard ovog reagensa i 2 Grignard ovi reagensi reaguju sa ugljendioksidom ( 2 ) veoma slično kao sa karbonilnim jedinjenjima. Reakcija se izvodi: uvoñenjem gasovitog 2 u etarski rastvor Grignard ovog reagensa ili izlivanjem Grignard ovog reagensa na "suvi led" (čvrst 2 ). Nastaje so k.k. koja protonovanjem sa razbl. mineralnom kiselinom daje k.k. Reakcija Grignard ovog reagensa i 2 δ : : : MgX δ δ δ R MgX aps. etar R : : Grignardov reagens δ ili Ar MgX ili Ar MgX so karboksilne kis. / 2 XMg R ili Ar Br MgBr MgBr Mg 2 aps. etar / 2 1brom4(1metilpropil) benzen (pbromsekbutilbenzen) 4(1metilpropil)benzenkarboksilna k. (psekbutilbenzoeva k.) 15

Reakcija Grignard ovog reagensa i 2 Mg 2 / 2 l Mgl Mgl aps. etar 2hlor2metilbutan 2,2dimetilbutanska k. RX može biti 1 o, 2 o ili 3 o alkilhalogenid! idroliza nitrila RN (ili ArN) 2 R (ili Ar) R (ili Ar ) N 4 N 3 16

idroliza nitrila l NaN N 70%, 2 S 4, refluks N DMF 4 fenilacetonitril nbubr NaN DMF nbun vod. alk. Na, refluks nbu nbu diazonijumova so N 75%, 2 S 4, 150160 o otolunitril Produženje niza KMn 4 R R Mg R MgBr 2 R PBr 3 R Br N R N 2 R 17

idroliza trihalogenskih derivata R l 3 ili Ar l 3, 2 R ili 2 R ili Ar Ar () 3 l 3 l 2, 2 2 hν ili metilbenzen trihlormetilbenzen benzenkarboksilna k. (toluen) fenilmetantriol (benzotrihlorid) (benzoeva k.) Reakcije k.k. Kiselost. Stvaranje soli Redukcija Dekarboksilacija Prevoñenje u derivate k.k. Supstitucija na alkil ili arilgrupi 18

Kiselost. Konstanta kiselosti Jonizacija k.k. u vodenom rastvoru R 2 K e R 3 kiselina baza konjugovana baza konjugovana kiselina U stanju ravnoteže, izraz za Ke je K e = [R ] [ 3 ] [ 2 ] [R] Izraz za konstantu kiselosti,ka je K a = [ 2 ]K e = [R ] [ 3 ] [R] 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) Kiselost K.k. su kiselije od ostalih organskih jedinjenja koja imaju kiseli atom: R > 2 > R > > N 3 > R Važno: K.k. su kisele daju. K.k. su kiselije od ostalih organskih jedinjenja koja imaju kiseli atom u grupi polarizacija = u neposrednoj blizini grupe olakšava disocijaciju! Vrednosti Ka k.k. se razlikuju na ravnotežu, koja je kvantitativno izražena vrednošću Ka, utiče struktura kiseline. 19

Kiselost Stabilnost molekula i jona zavisi od strukture i elektronskih efekata! Stanje ravnoteže zavisi od razlika u relativnoj stabilnosti nejonizovane k.k. i karboksilatnog jona. Ravnoteže će biti pomerena u desno (u pravcu jonizacije kiseline) utoliko više ukoliko je: stabilnost k.k. u nejonizovanom stanju manja (njena sposobnost da jonizuje veća), stabilnost nastalog karboksilatnog jona veća (njegova težnja za primanjem manja). Kiselost Kiselost odreñena razlikom u stabilnosti kiseline i njenog anjona! R R slaba disocijacija pka=1618 R R R R neekvivalentne: rezonancija od manjeg značaja pka=45 ekvivalentne: rezonancija od većeg značaja 20

Kiselost E R R mala rezonanciona stabilnost E R R velika rezonanciona stabilnost t.r. t.r. Kiselost k.k. je posledica rezonancione stabilizacije anjona. Stabilizacija i kiselost zbog prisustva karboksilne grupe. Kiselost U nedisosovanom molekulu k.k. deluju 2 elektronska efekta: induktivni efekat ( I) značajan (destabilizuje molekul k.k.) R δ δ k.k. Jak I efekat δ karbonilnog atoma smanjuje stabilnost nedisosovanog molekula kiseline jer olakšava izdvajanje rezonancioni efekat (el. par sa se pomera duž π veze) manje značajan (ide na ruku I efektu jer omogućava lakše izdvajanje ) : : : : : R k.k. neekvivalentne rez. strukture (razdvajanje naelektrisanja) R R Na kiseoniku je "" šarža što olakšava izdvajanje 21

Struktura karboksilatnog anjona R : δ δ : karboksilatni anjon ekvivalentne rez. strukture : : R δ δ R Stabilnost karboksilatnog anjona jako povećana stabilizacija rezonancijom (oslobaña se E). " " šarža je ravnomerno rasporeñena (delokalizovana) na oba atoma. Da bi se ponovo asocirao treba dovesti E ekvivalentnu E rezonancije! Struktura karboksilatnog anjona 0.123 nm 0.127 nm 0.136 nm 0.127 nm Na R preklapanje p orbitala: delokalizacija π elektrona i naelektrisanja 22

Uticaj supstituenata na kiselost svaki faktor koji povećava stabilnost anjona u odnosu na kiselinu povećaće kiselost svaki faktor koji smanjuje stabilnost anjona u odnosu na kiselinu smanjiće kiselost G G G povlači elektrone: stabilizuje anjon, povećava kiselost G otpušta elektrone: destabilizuje anjon, smanjuje kiselost Uticaj supstituenata na kiselost l l 2 l 3 2 N Kiselina mravlja sirćetna hlorsirćetna dihlorsirćetna trihlorsirćetna nitrosirćetna hidroksisirćetna (glikolna) pk a 3,75 4,76 2,87 1,25 0,65 1,68 3,83 23

Uticaj supstituenata na kiselost δ δ mravlja k. pk a = 3,75 δ δ sircentna k. pk a = 4,76 formijatni jon acetatni jon Uticaj supstituenata na kiselost Molekul sirćetne k. je stabilniji od molekula mravlje: prisutna grupa svojim I efektom smanjuje δ na karbonilnom (on slabije povlači e duž σ veze). Stabilnost acetatnog jona je smanjena (povećana je njegova baznost) u odnosu na formijatni: prisutna grupa svojim I efektom povećava " " šaržu na karbonilnom (ceo anjon je destabilizovan i olakšano je vezivanje ). je jača baza od, pa je jača kiselina od! 24

Uticaj supstituenata na kiselost l δ δ hlorsircentna k. pk a = 2,87 Molekul hlorsirćetne k. je manje stabilan od molekula mravlje: prisutni l svojim I efektom povećava δ na karbonilnom (on jače povlači e duž σ veze). Stabilnost hloracetatnog jona je povećana (smanjena je njegova baznost) u odnosu na formijatni: usled I efekta l " " šarža nije skoncentrisana samo na atomima nego je delimično raspršena i na ostale atome u nizu. l je slabija baza od, pa je l jača kiselina od! l hloracetatni jon Uticaj supstituenata na kiselost : : N : : δ : : N δ : : nitrosircentna k. anjon nitrosircetne k. pk a = 1,68 Anjon nitrosirćetne k. je stabilniji (slabija baza) od anjona hlorsirćetne k.: N 2 grupa je zbog "" šarže na N elektronegativnija (jači I) i jače privlači e od l. 2 N je slabija baza od l, pa je 2 N jača kiselina od l! 25

Uticaj supstituenata na kiselost δ δ hidroksisircentna k. pk a = 3,83 anjon hidroksisircetne k. Anjon hidroksisirćetne k. je stabilniji (slabija baza) od anjona sirćetne k.: usled I efekta grupe " " šarža nije skoncentrisana samo na atomima nego je delimično raspršena i na ostale atome u nizu. je slabija baza od, pa je jača kiselina od! Induktivni efekat Induktivni efekat opada sa rastojanjem i zanemarljiv je ako se njegov uticaj posmatra preko više od 4 atoma l Kiselina (l) (l) l buterna αhlorbuterna βhlorbuterna γhlorbuterna pk a 4,82 2,86 4,05 4,53 26

Uticaj supstituenata na kiselost Poredak kiselosti halogen supstituisanih k.k. slične strukture je u skladu sa relativnim I efektom atoma halogena (veća elektronegativnost jači I efekat)! F l Br I Kiselina fluorsirćetna hlorsirćetna bromsirćetna jodsirćetna pk a 2,56 2,87 2,9 4,17 Kiselost Kiselost k.k. zavisi od vrste hibridizacije atoma za koji je vezana grupa! ibridna orbitala sp Udeo s orbitale sp 3 1/4 sp 2 1/3 1/2 Što je u hibridnoj orbitali veći udeo s orbitale elektroni su bliže jezgru (pojavljuje se induktivan efekat privlačenja elektrona ka jezgru atoma). 27

Kiselost Elektronegativnost hibridizovanih atoma opada u nizu: sp > sp 2 > sp 3 sp 3 Kiselina propionska pk a 4,78 2 sp 2 akrilna 4,25 sp propiolna 1,79 Kiselost Akrilna k.: nasuprot I efektu sp 2 deluje R efekat (povećana el. gustina na karbonilnom ) koji smanjuje kiselost: δ : : : 2 δ R efekat = veze Meñutim, kako I efekat sp 2 preovlañuje nad R ef. = veze, akrilna k. je ipak nešto jača k. od propionske. Propiolna k.: R efekat postoji i kod veze ali je zanemarljiv u odnosu na jak I efekat sp. 28

Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. U nedisosovanom molekulu benzoeve k. deluju 2 elektronska efekta: induktivni efekat ( I) sp 2 povećava kiselost (olakšava izdvajanje destabilizuje molekul) sp 2 pk a = 4,20 δ δ Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. rezonancioni efekat (R) benzenovog prstena smanjuje kiselost (povećana el. gustina na karbonilnom i tako otežava izdvajanje stabilizuje molekul) : : : : : : : Da bi došlo do rezonancije grupa i fenilno jezgro moraju biti u koplanarnom položaju! 29

Benzoeva kiselina je jača kiselina od cikloheksankarboksilne kiseline sp 3 < sp2 pka 4,87 4,20 ikloheksankarboksilna k. grupa je vezana za sp 3 cikloheksilgrupa je donor elektrona (I) ka grupi. Benzoeva k. grupa je vezana za sp 2 zbog sp 2 preko koga je vezana za grupu, fenilgrupa je ovde, poput = veze (npr. kod akrilne k.) slabiji elektron donor ka grupi nego zasićeni (sp 3 ) atom I efekat sp 2 preovlañuje nad R efektom! Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. Z Supstituent pk a p : δ N δ : : I efekat N 2 grupe N 2 3,44 4,58 δ δ I efekat grupe 30

Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. pnitrobenzoeva k. : : : : : : : N N : : : : R efekat N 2 grupe veoma povoljno! (smanjena el.gustina na karb. atomu) : : : N N : : : : veoma anjon pnitrobenzoeve k. povoljno! (R i I ef. N 2 grupe deluju u istom smeru) Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. N : : N : : rezonancione strukture pnitrobenzoeve kiseline N : : N : :............... narocito povoljno! (povecanje δ na karbonilnom atomu) N N N : : : : : : : narocito povoljno! rezonancione strukture pnitrobenzoatnogjona N : 31

Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k. phidroksibenzoeva k. : : R efekat grupe : (povecana el. gustina na karb. ) veoma nepovoljno! anjon phidroksibenzoeve k. (R i I ef. grupe deluju u suprotnim smerovima, R je daleko jaci) : Kiselost benzoeve i supstituisanih benzoevih k... : rezonancione strukture phidroksibenzoeve kiselina (povecana el. gustina na karbonilnom )........ : narocito nepovoljno! rezonancione strukture phidroksibenzoatnogjona 32

Dobijanje soli 2 Zn ( ) 2 Zn 2 2 cinkacetat ( ) 10 Na laurinska k. ( ) 10 Na 2 natrijumlaurat Na Na 3 2 2 ili Na 2 3 Bikarbonatni test Reakcija k.k. sa bikarbonatima (bikarbonatni test) je karakteristična za k.k. Za razliku od k.k. fenoli pokazuju negativan bikarbonatni test! Bikarbonatni test: Na 3 2 Na 2 2 3 2 3 2 2 33

Reakcije sa amonijakom i derivatima amonijaka Baze poput amonijaka i njegovih derivata (amina (1, 2, 3 ), hidroksilamina, hidrazina) reaguju sa k.k. dajući odgovarajuće soli 3 : : : : : N 3 3 : N 4 amonijumetanoat (amonijumacetat) : : : : : : N 2 : N 3 metilamin metilamonijummetanoat (metilamonijumformijat) : : : N 2 : N 3 hidroksilamin hidroksilamonijumbenzoat 2 N N 2 3 NN 2 hidrazin hidrazinijumbutanoat (hidrazinijumbutirat) Redukcija Redukcija sa litijumaluminijumhidridom (LiAl 4 ) R ili Ar 1) LiAl 4, TF 2), 2 R ili Ar 1 o alkohol 1) LiAl 4 2), 2 1) LiAl 4 2), 2 3metilbenzenkarboksilna k (mmetilbenzoeva k.) (3metilfenil)metanol (mmetilbenzilalkohol) 2cikloheksenkarboksilna k. 2cikloheksenilmetanol 34

Dekarboksilacija Izdvajanje molekula 2 iz molekula k.k. kat. R R ili ili Ar Ar ugljovodonik Pri dekarboksilovanju k.k. ugljovodonični ostatak prima iz grupe, uz nastajanje odgovarajućeg ugljovodonika i izdvajanje 2. Reakcija se često vrši destilacijom soli k.k. u prisustvu "natron kreča" (smeša Na i a). Na Na, a Na 4 2 Na, a 2 natrijumbenzoat Dekarboksilacija U reakciji se odigrava dekarboksilovanje karboksilatnog anjona. Što je kiselina jača, jače disocira, daje stabilniji karboksilatni anjon dekarboksilacija je brža. R : R : 2 R 35

Dekarboksilacija Lako se dekarboksiluju npr. trihlorsirćetna i 2,4,6 trinitrobenzoeva k. veoma jake k. l l 2 100 o l l l l trihlorsircetna k. trihlormetan 2 l l l l l l l l stabilan karboksilatni anjon l 2 Dekarboksilacija 2 N N 2 2 N 2 100 o N 2 2 N 2 2,4,6trinitrobenzenkarboksilna k. (2,4,6trinitrobenzoeva k.) N 2 1,3,5trinitrobenzen 2 N N 2 2 N N 2 2 N N 2 2 N 2 N 2 stabilan karboksilatni anjon N 2 36

Prevoñenje u derivate k.k. R R Z (Z= l, R', R', N 2 ) prevoñenje u hloride k.k. (alkanoilhloridi) prevoñenje u anhidride prevoñenje u estre (alkilalkanoati) prevoñenje u amide (alkanamidi) Prevoñenje u hloride k.k. R ili Ar Sl 2 Pl 3 Pl 5 R ili Ar l tionilhlorid (Sl 2 ) je najpogodniji 37

Prevoñenje u hloride k.k. Pl 5 100 o l Pl 3 l benzoilhlorid refluks Sl 2 79 o l S 2 l n 17 35 refluks Sl 2 79 o n 17 35 l S 2 l oktadekanoilhlorid 50 o 3 Pl 3 3 l etanoilhlorid (acetilhlorid) 3 P 3 Prevoñenje u anhidride Reakcijom k.k. sa alkanoilhloridima R lr' RR' l Mogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R R') anhidridi l etanska k. etanoilhlorid (sircetna k.) (acetilhlorid) anhidrid etanske k. (acetanhidrid) Reakcijom k.k. sa acetanhidridom 2R acetanhidrid (dehidrataciono sredstvo) R R 2 2 ( ) 2 2 propanska k. anhidrid propanske k. 38

Prevoñenje u estre. Esterifikacija Kiselo katalizovana reakcija katalizator jon R R' R 2 R' reaktivnost pri esterifikaciji > 1 o > 2 o (> 3 o ) > > R > R 2 > R 3 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 esterifikacija Prevoñenje u estre. Esterifikacija U stanju ravnoteže izraz za konstantu ravnoteže esterifikacije, Ke, je: v 1 = v 2 k 1 [R][R'] = k 2 [RR'][ 2 ] Reakcija esterifikacije spada u reakcije nukleofilne acilne supstitucije. Esterifikacija je kiselo katalizovana adiciono eliminaciona reakcija! 39

Prevoñenje u estre. Esterifikacija 2 5 1 mol 8 mol 4fenilbutanska k. 2 S 4, refluks 2 2 5 prinos 8588 % etil4fenilbutanoat ( ) 4 2 2 5 adipinska kiselina t.k. 78 o toluen (t.k. 110 o ), 2 S 4, refluks 2 5 ( ) 4 2 5 2 2 etiladipat t.k. 245 o prinos 9597% uklanja se kao azeotropska smeša, t.k. 75 o Mehanizam esterifikacije (kisela kataliza) Faza 1: protonovanje karboksilne grupe : : : : : R R R R karbokatjon stabilizovan rezonancijom (aktivirana karbonilna grupa za napad nukleofila) Faza 2: nukleofilni napad alkohola (adicija) : R R' : R R' : R : R' sp 3 tetraedarski intermedijer 40

Mehanizam esterifikacije (kisela kataliza) Tetraedarski intermedijer je ključan podleže kiselo katalizovanom razlaganju u oba smera: protonovanjem alkoksi grupe (R') indukuje se eliminacija alkohola reversnim redosledom faza 1 i 2, protonovanjem bilo kojeg hidroksilne grupe () uz eliminaciju 2 nastaje estar (faza 3). Mehanizam esterifikacije (kisela kataliza) Faza 3: eliminacija vode : R : R' : R R' : 2 R : : 2 R' : R R' protonovani estar : R R' : : R estar R' 41

Mehanizam esterifikacije (kisela kataliza) Uloga kiselog katalizatora, protona: aktivira karbonilnu grupu za nukleofilni napad alkohola (faza 2), transformiše hidroksilnu grupu (loša odlazeća grupa) u dobru odlazeću grupu, vodu (faza 3). Sve faze su povratne pa dodatak viška alkohola ili uklanjanjem vode ili estra iz reakc. smeše, pomera ravnotežu u desno u fazama 2 i 3. idroliza estra vrši se reversnom reakcijom i favorizovana je u prisustvu vode. Kiselo katalizovana hidroliza estra je adiciono eliminaciona reakcija nukleofil je 2, a eliminiše se alkohol. Prevoñenje u amide Reakcijom termičke dekompozicije amonijumsoli k.k. R N 3 R N 4 amonijumso k.k. amonijumalkanoat Na povišenoj T termička disocijacija amonijumsoli postaje značajna, pa će u ravnoteži biti prisutne i znatne količine amonijaka i k.k. Dolazi do sporije, ali termodinamički favorizovanije reakcije amina i kiseline. Iz molekula k.k. i N 3 (nukleofil) adiciono eliminacionom reakcijom nastaje amid. RN 2 2 1 o amid 42

Prevoñenje u amide Analogno reaguju 1 i 2 amini (alifatični i aromatični) nastaju 2, odnosno, 3 amidi! N 2 N 3 N 2 anilinijumacetat 2 o amid Nfeniletanamid (Nfenilacetamid) (acetanilid) Supstitucija na alkil ili arilgrupi Alfahalogenovanje alifatičnih k. EAS 43

Alfahalogenovanje alifatičnih k. ellvolhardzelinsky reakcija R X 2 P R X X 2 =l 2, Br 2 X αhalogen supstituisana k. EAS : dezaktivira i diriguje supstituciju u meta položaju N 3, 2 S 4, N 2 44

Dikarboksilne kiseline malonska k. ćilibarna k. adipinska k. (propandikiselina) (butandikiselina) (heksandikiselina) Br l l 2brompentandikiselina 3,3dimetilpentandikiselina 2,4dihlorpentandikiselina Dikarboksilne kiseline (tereftalna kiselina) 1,2benzendikarboksilna kiselina 1,3 (ftalna kiselina) (izoftalna kiselina) 1,4 cis2butendikiselina (maleinska k.) trans2buten dikiselina (fumarna k.) 45

Dobijanje l dobijaju se metodama za monokarboksilne k. prilagoñene dikarboksilnim k. Na natrijumhloracetat * Na N N natrijumcijanoacetat 2, *Neophodno je koristiti so kiseline: hlorsirćetna kiselina (pka=2,87) će istisnuti N (pka=9,2) iz soli (npr. KN) N je otrovan i nestabilan (polimerizuje) N 4 1. 2 5, 2 5 N 4 2. 2 2 2 5 dietilmalonat Dobijanje svaka grupa se može dalje zasebno prevesti u derivat! N Na 2 S 4 2 N iminoestar, 2 2 dietilpropandioat (dietilmalonat) alkoholiza N Na esterifikacija 46

Dobijanje 1,2etandiol (etilenglikol) KMn 4 / 2 S 4 etandikiselina (oksalna k.) Br 2 2 KN 2 Br Br N N l 4 eten butanodinitril 1,2dibrometan, 2 butandikiselina ( ) 2 butandikiselina 1) LiAl 4, aps. etar ( ) 2 2), 2 1,4butandiol Sl 2 2 KN l( ) 4 l N(2 ) 4 N, 2 heksandinitril 1,4dihlorbutan ( ) 4 heksandikiselina 1) Mg, aps. etar 2) 2 3), 2 Reakcije dikarboksilnih k. Kiselost Dekarboksilacija Dehidratacija Malonestarska sinteza 47

Kiselost Dikarboksilne k. koje imaju grupe na krajevima ugljovodoničnog lanca: Kiselina pk a1 pk a2 oksalna 1,27 4,28 malonska 2,85 5,70 ( ) 2 ćilibarna 4,19 5,64 ( ) 3 glutarna 4,35 5,42 Kiselost Dikarboksilne k. imaju 2 Ka pri čemu je Ka 1 > Ka 2 (teže je ukloniti iz anjona nego iz neutralnog molekula) pentandikiselina K a1 K a2 48

Kiselost Dve grupe meñusobno utiču jedna na drugu svojim I efektom (sa rastojanjem se smanjuje). Jak I efekat jedne grupe omogućava lakše odvajanje iz druge. δ δ δ δ δ δ δ δ pk a = 4,76 (K a = 1,75 x 10 5 ) pk a1 = 1,27 (K a1 = 5400 x 10 5 ) pk a2 = 4,28 (K a2 = 5,2 x 10 5 ) Dekarboksilacija Etan i propandikiselina se dekarboksiluju 2 etandikiselina metanska k. (oksalna k.) (mravlja k.) 2 propandikiselina etanska k. (malonska k.) (sircetna k.) Lako dekarboksilovanje malonske kiseline:..... : : 2 2 enoloblik Dekarboksilacija je veoma olakšana mogucnoscu obrazovanja 6clanog ciklicnog prelaznog stanja (karbonilni jedne grupe se ponasa kao akceptor protona iz grupe druge grupe) 49

Dehidratacija Butan i pentandikiselina zagrevanjem daju ciklične anhidride (dehidratacija) butandikiselina (cilibarna k.) pentandikiselina (glutarna k.) 2 2 (anhidrid cilibarne k.) (anhidrid glutarne k.) Dekarboksilacijadehidratacija eksan i heptandikiselina zagrevanjem daju ciklične ketone heksandikiselina (adipinska k.) Ba() 2 ; 2 2 ciklopentanon Ba() 2 ; 2 heptandikiselina 2 cikloheksanon 50

Dietilmalonat Na : 2 jaca k. pk a = 13 Dietilmalonat se u reakciji sa jakim bazama ponaša kao kiselina: : : : : Na 2 slabija k. pk a = 15,9 : : : : 2 : : : : 2 rezonanciona stabilizacija anjona Dietilmalonat U strukturi dietilmalonata atomi metilenske grupe su kiseli: deluje " I" efekat 2 karbonilne grupe (destabilizuje molekul olakšava odlazak ) anjon koji nastaje odlaskom je stabilizovan rezonancijom δ δ : : : : δδ δ δ 51

Malonestarska sinteza Dietilmalonat se koristi kao prekursor (polazno jedinjenje) u sintezi alkil i dialkilsirćetnih k. Postupak se zove malonestarska sinteza! Zasniva se na: velikoj kiselosti metilenskih atoma u strukturi dietilmalonata veoma lakoj dekarboksilaciji malonske kiseline i supstituisanih malonskih kiselina. Malonestarska sinteza R R (monosupstituisana sircetna k.) R' R R' R (disupstituisana sircetna k.) 52

Malonestarska sinteza 2 Na 2 5 2 5 2 : Na R X alkilovanje 2 2 2 R Na 2 5 2 5 Na 2 : R R' X alkilovanje 2 2 (dietilalkilmalonat) 2 R' R 2 (dietildialkilmalonat) Malonestarska sinteza 2 R 2 (dietilalkilmalonat) / 2 / 2 R R 2 supstituisana malonska k. R 2 / 2 / R' R 2 R' R R' R 2 2 (dietildialkilmalonat) disupstituisana malonska k. R' R Pravila i ograničenja S N 2 reakcija važe i za faze alkilovanja!!! sim 1 i 2 halogenalkana mogu se koristiti i druga jedinjenja koja u molekulu sadrže polarizovanu vezu X: RX X X 2 R' R' alkanoilhalogenid αhalogenestar αhalogenketon 53

ZADATAK Koristeći dietilmalonat i ostale reaktive, prikažite sintezu: 3fenilpropanske kiseline 2etilbutandikiseline Sinteza 3fenilpropanske kiseline 2 2 2 Na 2 5 2 5 2 : Na l 2 2 2 2 / 2 / 2 2 3fenilpropanska k. 54

Sinteza 2etilbutandikiseline 2 2 2 Na 2 5 2 5 2 : Na Br 2 2 2 Na 2 5 2 5 Na 2 : Br 2 2 2 αhalogensupstituisana k. bi istisnula slabiju, dietilmalonat, iz njene soli Sinteza 2etilbutandikiseline 2 2 2 / 2 / 2 2 2etilbutandikiselina 55