1

KWASY KARBOKSYLOWE

HCOOH

metanowy

(mrówkowy)

CH

3

COOH

etanowy

(octowy)

CH

3

CH

2

COOH

propanowy

(propionowy)

CH

3

CH

2

CH

2

COOH

butanowy …

(masłowy)

CH

3

(CH

2

)

3

COOH

(walerianowy)

OH

COOH

COOH

Br

Cl

kwas 2-hydroksybenzoesowy

kwas 1-bromo-t-2-chloro-1-cyklopentanokarboksylowy

Wa

ż

no

ść

grup funkcyjnych:

RCOOH > RCOOR’ > RCOX > RCONR’

2

. RCN > RCOR’ >

ROH > RNH

2

> RCH=CHR > RC

≡

CR

(COOH)

2

k. etanodiowy

(szczawiowy)

CH

2

(COOH)

2

k. propanodiowy (malonowy)

(CH

2

COOH)

2

k. butanodiowy

(bursztynowy)

HOOCCH=CHCOOH k. but-2-endiowy (cis- maleinowy, trans- fumarowy)

Struktura, wła

ś

ciwo

ś

ci

R

C

O

H

C

O

O

R

H

O

C

O

H

R

O

polarno

ść

, wysokie t.t., t.wrz., zapach, lotno

ść

t.t. [

°°°°

C]

t.wrz. [

°°°°

C]

CH

3

CH

2

OH

-114.7

78.5

CH

3

CHO

-121.0

20.8

CH

3

COOH

16.7

118.2

Wła

ś

ciwo

ś

ci kwasowo-zasadowe

C

O

O

R

H

+ H

2

O

+ H

3

O

K

a

= 10

-4

- 10

-5

RCOO

pK

a

CH

3

COOH

4.8

ClCH

2

COOH

2.9

Cl

3

CHCOOH

0.65

CH

3

CH

2

CHClCOOH

2.8

CH

3

CHClCH

2

COOH

4.06

2

C

CH

3

H

3

C

CH

2

CH

2

COOH

CH

3

NaOH

C

CH

3

H

3

C

CH

2

CH

2

COO Na + H

2

O

CH

3

4,4-dimetylopentanian sodowy

LABORATORYJNE METODY OTRZYMYWANIA

A.

Utlenianie alkoholi 1

°°°°

, aldehydów:

RCH

2

OH

[O]

[O]

RCHO

RCOOH

B.

Reakcja zw. organometalicznych z CO

2

(karboksylowanie zwi

ą

zków Grignarda):

R - MgX + C

O

O

THF

R

C

O

OMgX

R

C

O

OH

H, HOH

+ Mg(OH)X

C.

Hydroliza nitryli:

D.

Rozszczepienie alkenów/alkinów w warunkach utleniaj

ą

cych:

C

C

R

H

R'

R"

R-COOH +

O

C

R"

R'

E.

Utlenianie alkilobenzenów

:

R

[O]

COOH

F.

Synteza malonowa

COOEt

CH

2

COOEt

1. EtO Na

2. R-Cl

COOEt

CH-R

COOEt

1. NaOH

2. H

3

O, T

COOH

CH

2

-R

R-X

CN

R-CN

1. HO

2. H, HOH

RCOOH + NH

3

3

REAKCJE

Substytucja nukleofilowa do grupy karboksylowej (mechanizm addycji + eliminacji):

C

O

O

R

H

+

Nu

C

OH

Nu

R

O

C

O

R

Nu

- trudno odchodz

ą

ca grupa;

- kwasowy H

1.

Otrzymywanie halogenków kwasowych i bezwodników:

RCOOH + PBr

3

R

C

O

O

PBr

2

B

- HBr

Br

R

C

O

Br

+
HOPBr

2

R

C

O

O

H

+

C

O

Cl

R

T

C

R

O

O

C

R

O

+ HCl

zaktywowany przez Cl karbonyl ulega nawet słabemu Nu

Bezwodniki w zw. dikarboksylowych:

H

2

C

H

2

C

C

OH

OH

C

H

2

C

H

2

C

C

O

C

O

O

T

O

O

+ H

2

O

2.

Otrzymywanie estrów

R

C

O

O

H

+

R'OH

H

R

C

O

O

R'

+

H

2

O

4

R

C

O

O

H

H

R

C

OH

O

H

C

R

O

OH

OH

H

3

C

H

CH

3

OH

- H

- H

R

C

O

O

CH

3

C

R

O

OH

OH

H

3

C

H

- H

2

O

Wewn

ą

trzcz

ą

steczkowa estryfikacja:

HOCH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C

O

OH

H

2

SO

4

H

2

C

H

2

C

C

H

2

CH

2

O

C

O

laktony

3. Otrzymywanie amidów

Aminy – Nu i B wzgl

ę

dem kwasów

Tworzenie soli – odwracalne,

∆∆∆∆

→

amidy

R

C

O

O

H

+

NH

3

R

C

NH

3

OH

O

R

C

NH

2

OH

2

O

R

C

O

NH

2

CH

3

CH

2

C

O

OH

+

(CH

3

)

2

NH

T

CH

3

CH

2

C

O

N(CH

3

)

2

laktam

Analogicznie jak hydroksykwasy.

4

. Redukcja do alkoholi

(LiAlH

4

)

R

C

O

O

H

1. LiAlH

4,

THF

2. H, H

2

O

R-CH

2

-OH

NH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C

O

OH

T

H

2

C

H

2

C

N

H

C

H

2

C

O

5

5

.

αααα

- Bromowanie

(reakcja Hella – Volharda – Zielinskiego)

Br

2,

P (

ś

lad)

PBr

3

(

ś

lad)

PBr

3

R-H

2

C

C

O

OH

R-HC

C

O

OH

Br

NaOH

NH

3

R-HC

C

O

OH

OH

R-HC

C

O

OH

NH

2

BIOLOGICZNA AKTYWNO

ŚĆ

KWASÓW

HCOOH – feromon alarmowy

CH

3

COOH – feromon obronny, najpopularniejszy prekursor biosyntetyczny

→

kwasy tłuszczowe,

jednostka izoprenowa

3 CH

3

COOH

ENZYMY

C

H

3

C

CH

2

COOH

OH

CH

2

CH

2

OH

ENZYMY

C

H

3

C

CH

2

CH

2

CH

2

OP O

O

OH

P

OH

O

OH

Kwasy tłuszczowe

(C

12

– C

22

)

NNKT – niezb

ę

dne nienasycone kwasy tłuszczowe, np kw. oleinowy

> 90% cis C=C

CH

3

(CH

2

)

14

COOH

kwas heksadekanowy (palmitynowy), 16:0

CH

3

(CH

2

)

7

-CH=CH-(CH

2

)

7

COOH

kwas cis-oktadek-9-enowy (oleinowy), 18:1

margaryna twarda

35% KT

12% t-NKT

masło

50% KT

3 – 4% t-NKT

KT / t-NKT ?

margaryna mi

ę

kka

15% KT

5% t-NKT

Ro

ś

liny: k. oleinowy + linolowy (18:2) = 70%

Zwierzeta: k. oleinowy (50%) + k. palmitynowy = 70%

Mydła (sole sodowe kwasów tłuszczowych).Tworz

ą

micelle. Mg

+2

, Ca

+2

→

osady

POCHODNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH

R

C

O

X

R

C

O

OR'

R

C

O

NR'

2

R

C

N

R

C

O

O

C

O

R

halogenek

bezwodnik

ester

amid

nitryl

kwasowy

kwasowy

Niezwykle istotne w przyrodzie: zw. zapachowe, woski, tłuszcze, mocznik, białka …

6

REAKCJA SUBSTYTUCJI W POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH

R

C

O

L

+ NuH

C

O

R

L

NuH

R

C

O

Nu

+ H + L

tetraedryczny zw. przej

ś

ciowy

Reaktywno

ść

←

jako

ść

L

R

C

O

L

R

C

O

L

Im wi

ę

kszy udział struktury polarnej, tym krótsze wi

ą

zanie C-L, dłu

ż

sze C-O

REAKTYWNO

ŚĆ

:

R

C

O

X

R

C

O

OR'

R

C

O

NR'

2

R

C

O

O

C

O

R

>

>

>

halogenki acylowe - RCOX – elektroujemno

ść

X, rozmiar orbitala p

Wła

ś

ciwo

ś

ci zasadowe:

R

C

O

L

R

C

OH

L

R

C

O

L

H

H

R

C

OH

L

Wła

ś

ciwo

ś

ci kwasowe

:

O

O

CH

3

-C-OCH

3

O

CH

3

-C-CH

3

O

CH

3

-C-Cl

<

<

<

CH

3

-C-N(CH

3

)

2

pK

a

= ~ 30

pK

a

= ~ 25

pK

a

= ~ 20

pK

a

= ~ 16

HALOGENKI ACYLOWE

O

CH

3

-C-Cl

F

O

C

O

Br

fluorek pentanoilu bromek cykloheksanokarbonylu

7

Reakcje substytucji w halogenkach acylowych:

R

C

O

X

R

C

O

O H

+ HX hydroliza (czesto gwaltowna)

R

C

O

O R'

+ HX estryfikacja

R

C

O

NHR'

R-C-O-C-R

O

O

+ HX

aminoliza

R-CH

2

-OH

HOH

R'OH

R'NH

2

RCOOH

NaBH

4

(LiAlH

4

)

R

C

O

X

+ R'MgX

R

C

O

R'

R'MgX

C

OH

R'

R'

R

BEZWODNIKI KWASOWE

H

3

C

C

O

O

C

O

CH

3

H

3

C

C

O

O

C

O

CH

2

CH

3

bezwodnik octowy

bezwodnik octowo-propanowy

( b. octowo-propionowy)

bezwodnik benzoesowy

bezwodnik glutarowy

bezw. ftalowy

Reaguj

ą

jak chlorki, L = RCOO

-

C

O

O

C

O

C

O

C

O

O

C

C

O

O

O

8

H

3

C

C

O

O

C

O

CH

3

C

2

H

5

OH

H

3

C

C

O

O

C

2

H

5

+ CH

3

COOH

ESTRY

Najwa

ż

niejsza klasa pochodnych kwasowych.

O

CH

3

CH

2

-C-OC

2

H

5

C

OR

O

O

CH

3

-C-OCH

2

CH

2

CHCH

3

CH

3

propanian etylu

octan 3-metylobutylu

alkoksykarbonyl

(zapach banana)

O

C

O

C

C

O

OCH

3

NH

2

O

O

H

3

C

oksa-2-cyklopentanon

5-metylooksacyklopentan-2-on

2-aminobenzoesan metylu (

γ

-butyrolakton)

(

γ

-walerolakton)

(antranilan metylu)

REAKCJE:

1.

Hydroliza

– konieczno

ść

katalizy

Katalizowana kwasowo – odwrotno

ść

estryfikacji (odwracalna)

Katalizowana zasadowo – nieodwracalna (A + E)

2. Transestryfikacja

C

17

H

35

COCH

2

CH

3

O

+ CH

3

OH

H lub CH

3

O

C

17

H

35

COCH

3

O

+ CH

3

CH

2

OH

oktadekanian etylu

laktony

→

hydroksyestry

O

C

O + ROH

HOCH

2

CH

2

CH

2

C

O

OR

+ CH

3

CH

2

OH

3. Tworzenie amidów

R-C-OCH

3

O

+ R'NH

2

T

R-C-NHR'

O

+ CH

3

OH

aminy bardziej Nu ni

ż

alkohole; bez katalizatora, skuteczniej z T

9

4. Tworzenie alkoholi przez działanie odczynnikiem Grignarda

R-C-OCH

3

O

+ R'-MgBr

C

R'

R

OCH

3

OMgBr

R

C

O

R'

R'-MgBr

C

R'

R

R'

OMgBr

H

C

R'

R

R'

OH

magnezowa sól hemiacetalu

3 alkohol

(z mrowczanu - 2 )

°

°

5. Redukcja estrów do alkoholi

R

C

O

O

CH

2

CH

3

1. LiAlH

4,

Et

2

O

2. H , H

2

O

R-CH

2

OH + CH

3

CH

2

OH

6.

Kondensacja Claisena

→

zw.

β

-dikarbonylowe

Enolany estrów ulegaj

ą

r-cji addycji-eliminacji, analogicznej do kondensacji aldolowej:

CH

3

-C-OC

2

H

5

O

CH

3

-C-OC

2

H

5

O

+

C

2

H

5

O Na

C

2

H

5

OH

CH

3

-C-CH

2

-C-

OC

2

H

5

O

O

acetylooctan etylu

CH

3

-C-OC

2

H

5

O

C

2

H

5

O Na

CH

2

-C-OC

2

H

5

O

CH

3

-C-OC

2

H

5

O

H

3

C

C

CH

2

COOC

2

H

5

OC

2

H

5

O

CH

3

-C-CH

2

-C-OC

2

H

5

O

O

C

2

H

5

O Na

CH

2

-C-CH-C-OC

2

H

5

O

O

Na

H

CH

3

-C-CH

2

-C-OC

2

H

5

O

O

pKa = 11

(CH

3

)

2

CH-C-OC

2

H

5

O

brak reakcji Claisena

10

Aniony

β

-dikarbonylowe = nukleofile

- mo

ż

na alkilowa

ć

Synteza malonowa

→

kwasy

karboksylowe

C

2

H

5

O

C

O

C

H

2

C

O

OC

2

H

5

1. C

2

H

5

O Na, C

2

H

5

OH

2. R-Br

C

2

H

5

O

C

O

CH

C

O

OC

2

H

5

R

H

HO

C

O

CH

C

O

OH

R

R-CH

2

-COOH

KWASY

3-Ketokwasy łatwo dekarboksyluj

ą

.

TIOESTRY

Transfer acylu (halogenki, bezwodniki – zbyt
aktywne).
Bardziej aktywne od estrów (RS

-

- słabsza

zasada = lepsza gr. odchodz

ą

ca), ale w

warunkach fizjologicznych nie hydrolizuj

ą

.

ESTRY W NATURZE

Lipidy:

- proste:

tłuszcze, woski;

- zło

ż

one:

fosfolipidy, glikolipidy…

Woski

–

estry długoła

ń

cuchowych kwasów i długoła

ń

cuchowych alkoholi

CH

3

(CH

2

)

n

CO(CH

2

)

m

CH

3

O

wosk pszczeli
n = 24, 26
m = 29, 31

Wosk owczy po oczyszczeniu – lanolina
Woski zło

ż

one: estry cholesterolu, estry witaminy D czy A

Tłuszcze i oleje = triacyloglicerole (TAG) = triglicerydy

Kwasy tłuszczowe – zwykle nierozgał

ę

zione, parzysta il. at. C

Nienasycone – zwykle

cis

Rezerwy energetyczne

→

CO

2

, H

2

O

KT: palmitynowy (16:0), mirystynowy (14:0), laurowy (12:0) )

⇒

LDL, arterioskleroza

Tłuszcze strukturyzowane

– przeestryfikowane w celu wzbogacenia w NKT

czekolada

(masło kakaowe) – trigliceryd z 2 cz

ą

steczkami kwasu stearynowego(18C) i 1 cz

ą

st.

oleinowego (Z) – nie s

ą

odpowiedzialne za LDL! Dodatkowo – fenolowe antyoksydanty.

H

2

C

HC

H

2

C

OCOR

OCOR'

OCOR"

H

3

C

C

O

S

CoA

acetylokoenzym A

11

Fosfolipidy

(składniki

ś

ciany komórkowej)

Fosfoglicerydy

– glicerol zacylowany 2 cz

ą

st. KT i reszt

ą

kw. fosforowego,

który zwi

ą

zany jest z innym niskocz

ą

steczkowym alkoholem np. cholin

ą

.

lecytyny – fosfoglicerydy z cholin

ą

(fosfatydylocholiny – mózg, układ nerwowy).

Inne: fosfatydyloseryny, fosfatydyloetanoloaminy…

Jedna z lecytyn:

H

2

C

HC

H

2

C

OCR

OCOR'

O-P-OR"

R = CH

3

(CH

2

)

14

- k. palmitynowy

R' = CH

3

(CH

2

)

7

CH=CH(CH

2

)

7

- k. oleinowy

O

O

R" = (CH

3

)

3

N(CH

2

)

2

-

O

Fosfolipidy – niezb

ę

dne składniki błon komórkowych. Tworz

ą

micelle (<200Å) lub podwójn

ą

warstw

ę

lipidow

ą

AMIDY

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

CONH

2

pentanoamid

H

3

C

C

O

NH

2

HCONH

2

C

N

Br

O

4-bromo-N-etylo-N-metyloheksanoamid (3 )

formamid (1)

°

acetamid (1 )

°

°

12

N

H

N

S

O

CH

3

CH

3

O

COOH

H

H

RCOHN

H

γγγγ−−−−

butyro

laktam

azacyklopentan-2-on

Pokrewne grupy funkcyjne:

RHN

C

O

NHR

RHN

C

O

OH

RHN

C

O

OR'

kwas karbaminowy

karbaminian (uretan)

Biologicznie istotne – białka…

1.

Hydroliza

(silne kwasy lub silne zasady + grzanie)

NH

2

O

OH

O

+ (NH

4

)

2

SO

4

H

2

SO

4

T

Mechanizm - jak estry

CH

3

CH

2

C

O

NHCH

3

NaOH, T

CH

3

CH

2

C

O

O Na

+ NH

2

CH

3

H

CH

3

CH

2

C

O

OH

+ CH

3

NH

3

2.

Redukcja

Otrzymywanie amin:

CH

3

CH

2

CH

2

C

O

N

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

N

CH

2

CH

3

CH

2

CH

3

CH

3

1. LiAlH

4

2. H , H

2

O

H

3

C

Laktamy

→

aminy cykliczne

3.

Halogenowanie amidów; przegrupowanie Hofmanna

13

RCHCNH

2

O

pK

a

= ok. 30

pK

a

= ok. 22

RCH

2

CNH

2

O

RCH

2

CNH

O

amid jonu enolanowego

anion amidowy

Halogenowanie wobec zasad

→

aminy (n-1 C)

O

X

2,

NaOH

R

-

NH

2

+ CO

2

RCNH

2

O

O

OH

-H

2

O

X-X

- X

O

X

OH

O

X

- H

2

O

O=C=N-R

- X

H

2

O

HO-C-NHR

O

R

-

NH

2

+ CO

2

R

-

-C-N

RCNH

2

RCNH

RCNH

NITRYLE

R

C

N

Ten sam stopie

ń

utlenienia C, przekształcaj

ą

si

ę

w pochodne kwasowe

CH

3

CH

2

C

N

CH

3

C

N

C

N

C

N

propano

nitryl

(propionitryl)

acetonitryl

cykloheksanonitryl
(cyjanocykloheksan)

benzonitryl

REAKCJE NITRYLI:

1. Hydroliza

(kwasowa / zasadowa, T)

R

C

N

H

R

C

N

H

H

2

O

R

C

N

H

OH

2

- H

R

C

N

H

OH

H

R

C

N

H

OH

H

tautomer amidu

R

C

O

NH

2

H

H

2

O

R

C

O

OH

+ NH

4

14

CH

3

(CH

2

)

4

C

N

NaOH, T

CH

3

(CH

2

)

4

C

O

ONa

+ NH

4

3. Redukcja

→

aminy (niepełna – ketony)

R-C

N

R-C

N

(iBu)

2

AlH

R

C

H

N-AlR'

2

R' = iBu

H , H

2

O

R

C

H

O

1. LiAlH

4

2. H , H

2

O

R-CH

2

NH

2