Carbonsäuren und Derivate

Carbonsäuren und ihre Derivate – Ester, Amide, Anhydride und Säurehalogenide – teilen die Acylgruppe und wandeln sich durch nukleophile Acylsubstitution ineinander um.

Definition

Dieses Thema befasst sich mit Carbonsäuren und der Familie der Acylderivate, die durch den Ersatz der Hydroxylgruppe entstehen und durch den Mechanismus der nukleophilen Acylsubstitution vereinheitlicht sind.

Scope

Dieses Thema behandelt die Azidität von Carbonsäuren und den Einfluss von Substituenten, die relative Reaktivität von Acylderivaten, Veresterung und Hydrolyse, Amidbildung, die Chemie von Säurechloriden und Anhydriden sowie die Decarboxylierung.

Core questions

• Warum sind Carbonsäuren saurer als Alkohole?
• Welche Reaktivitätsreihenfolge bestimmt die Umwandlung von Acylderivaten?
• Wie verlaufen Veresterung und Hydrolyse, und wie werden sie in jede Richtung angetrieben?

Key theories

Resonanzstabilisierung des Carboxylats

Der Verlust des sauren Protons führt zu einem Carboxylatanion, dessen negative Ladung gleichmäßig über zwei Sauerstoffatome delokalisiert ist, was die relativ hohe Azidität von Carbonsäuren erklärt.

Reaktivitätsleiter der nukleophilen Acylsubstitution

Acylderivate wandeln sich über ein tetraedrisches Intermediat ineinander um; reaktivere Spezies (Säurechloride, Anhydride) werden leicht in weniger reaktive umgewandelt (Ester, Amide), aber nicht leicht umgekehrt.

Mechanisms

Die nukleophile Acylsubstitution erfolgt durch Addition eines Nukleophils an die Carbonylgruppe zur Bildung eines tetraedrischen Intermediats, gefolgt von der Abspaltung der Abgangsgruppe. Die säurekatalysierte Fischer-Veresterung ist ein Gleichgewicht, das durch die Entfernung von Wasser oder die Verwendung von überschüssigem Reagenz angetrieben wird, während die Hydrolyse von Amiden und Estern säure- oder basenkatalysiert sein kann, wobei letztere (Verseifung) irreversibel ist.

Clinical relevance

Die Amidbindung ist die Verknüpfung von Proteinen und unzähligen Medikamenten; Estergruppen werden in Prodrugs genutzt, die hydrolysieren, um den Wirkstoff freizusetzen. Carbonsäuregruppen verleihen vielen Pharmazeutika, einschließlich Aspirin und den nichtsteroidalen Antirheumatika, Azidität und Löslichkeit.

History

Fischers Arbeit zur Veresterung im späten neunzehnten Jahrhundert, zusammen mit der systematischen Untersuchung der Acylsubstitution, etablierte die Reaktivitätsbeziehungen zwischen Säurederivaten, die bis heute grundlegend für Synthese und Biochemie sind.

Key figures

• Emil Fischer
• Rainer Ludwig Claisen

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Warum kann ein Säurechlorid einen Ester bilden, aber nicht leicht umgekehrt?

Die Reaktivität bei der Acylsubstitution reicht von Säurechloriden bis zu Amiden; ein reaktiveres Derivat wandelt sich leicht in ein weniger reaktives um, da es die bessere Abgangsgruppe besitzt, während der umgekehrte Weg eine spezielle Aktivierung erfordert.

Was ist Verseifung?

Verseifung ist die basenkatalysierte Hydrolyse eines Esters zu einem Carboxylatsalz und einem Alkohol; da das Carboxylat stabil und unreaktiv ist, ist die Reaktion praktisch irreversibel.