Карбоновые кислоты и их производные

Карбоновые кислоты и их производные — сложные эфиры, амиды, ангидриды и галогенангидриды кислот — имеют общую ацильную группу и взаимопревращаются посредством нуклеофильного ацильного замещения.

Definition

Эта тема посвящена карбоновым кислотам и семейству ацильных производных, образующихся при замещении гидроксильной группы, объединенных механизмом нуклеофильного ацильного замещения.

Scope

Эта тема охватывает кислотность карбоновых кислот и влияние заместителей, относительную реакционную способность ацильных производных, этерификацию и гидролиз, образование амидов, химию хлорангидридов и ангидридов кислот, а также декарбоксилирование.

Core questions

• Почему карбоновые кислоты более кислые, чем спирты?
• Какая последовательность реакционной способности определяет взаимопревращение ацильных производных?
• Как протекают этерификация и гидролиз, и как они смещаются в каждом направлении?

Key theories

Резонансная стабилизация карбоксилата

Потеря кислотного протона приводит к образованию карбоксилат-аниона, отрицательный заряд которого делокализован в равной степени между двумя атомами кислорода, что объясняет относительно высокую кислотность карбоновых кислот.

Лестница реакционной способности нуклеофильного ацильного замещения

Ацильные производные взаимопревращаются через тетраэдрический интермедиат; более реакционноспособные соединения (хлорангидриды кислот, ангидриды) легко превращаются в менее реакционноспособные (сложные эфиры, амиды), но не наоборот.

Mechanisms

Нуклеофильное ацильное замещение протекает путем присоединения нуклеофила к карбонильной группе с образованием тетраэдрического интермедиата, за которым следует отщепление уходящей группы. Кислотно-катализируемая этерификация по Фишеру является равновесным процессом, смещаемым удалением воды или использованием избытка реагента, в то время как гидролиз амидов и сложных эфиров может быть катализирован кислотой или основанием, причем последний (омыление) является необратимым.

Clinical relevance

Амидная связь является основой белков и бесчисленного множества лекарственных средств; сложноэфирные группы используются в пролекарствах, которые гидролизуются с высвобождением активного вещества. Карбоксильные группы придают кислотность и растворимость многим фармацевтическим препаратам, включая аспирин и нестероидные противовоспалительные препараты.

History

Работы Фишера конца XIX века по этерификации, наряду с систематическим изучением ацильного замещения, установили взаимосвязи реакционной способности среди производных кислот, которые остаются основополагающими для синтеза и биохимии.

Key figures

• Emil Fischer
• Rainer Ludwig Claisen

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Почему хлорангидрид кислоты может образовывать сложный эфир, но не наоборот?

Реакционная способность в ацильном замещении снижается от хлорангидридов кислот к амидам; более реакционноспособное производное легко превращается в менее реакционноспособное, поскольку оно имеет лучшую уходящую группу, тогда как обратное требует специальной активации.

Что такое омыление?

Омыление — это катализируемый основанием гидролиз сложного эфира с образованием соли карбоновой кислоты и спирта; поскольку карбоксилат стабилен и нереакционноспособен, реакция фактически необратима.