Axit Carboxylic và các Dẫn xuất

Axit carboxylic và các dẫn xuất của chúng — este, amit, anhiđrit và halogenua axit — có chung nhóm acyl và chuyển hóa lẫn nhau thông qua phản ứng thế acyl thân hạch.

Definition

Chủ đề này đề cập đến axit carboxylic và họ các dẫn xuất acyl phát sinh do thay thế nhóm hydroxyl, được thống nhất bởi cơ chế thế acyl thân hạch.

Scope

Chủ đề này bao gồm tính axit của axit carboxylic và ảnh hưởng của các nhóm thế, khả năng phản ứng tương đối của các dẫn xuất acyl, phản ứng este hóa và thủy phân, sự hình thành amit, hóa học của clorua axit và anhiđrit, và phản ứng đề cacboxyl hóa.

Core questions

• Tại sao axit cacboxylic có tính axit mạnh hơn ancol?
• Thứ tự phản ứng nào chi phối sự chuyển hóa lẫn nhau của các dẫn xuất acyl?
• Phản ứng este hóa và thủy phân diễn ra như thế nào, và chúng được thúc đẩy theo mỗi hướng ra sao?

Key theories

Sự ổn định cộng hưởng của cacboxylat

Sự mất đi proton axit tạo ra anion cacboxylat có điện tích âm được giải tỏa đều trên hai nguyên tử oxy, giải thích tính axit tương đối cao của axit cacboxylic.

Thang phản ứng thế acyl thân hạch

Các dẫn xuất acyl chuyển hóa lẫn nhau thông qua một chất trung gian tứ diện; các chất có khả năng phản ứng cao hơn (clorua axit, anhiđrit) dễ dàng chuyển đổi thành các chất ít phản ứng hơn (este, amit), nhưng không dễ dàng theo chiều ngược lại.

Mechanisms

Phản ứng thế acyl thân hạch diễn ra bằng cách cộng một tác nhân thân hạch vào nhóm cacbonyl để tạo thành một chất trung gian tứ diện, sau đó là sự loại bỏ nhóm đi ra. Phản ứng este hóa Fischer xúc tác axit là một cân bằng được thúc đẩy bằng cách loại bỏ nước hoặc sử dụng thuốc thử dư, trong khi phản ứng thủy phân amit và este có thể được xúc tiến bằng axit hoặc bazơ, phản ứng sau (xà phòng hóa) là không thuận nghịch.

Clinical relevance

Liên kết amit là liên kết của protein và vô số loại thuốc; các nhóm este được sử dụng trong các tiền chất thuốc thủy phân để giải phóng hoạt chất. Các nhóm axit cacboxylic tạo tính axit và độ hòa tan cho nhiều dược phẩm, bao gồm aspirin và các thuốc chống viêm không steroid.

History

Công trình của Fischer vào cuối thế kỷ XIX về phản ứng este hóa, cùng với nghiên cứu có hệ thống về phản ứng thế acyl, đã thiết lập các mối quan hệ về khả năng phản ứng giữa các dẫn xuất axit mà vẫn là nền tảng cho tổng hợp và hóa sinh.

Key figures

• Emil Fischer
• Rainer Ludwig Claisen

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Tại sao clorua axit có thể tạo ra este nhưng không dễ dàng theo chiều ngược lại?

Khả năng phản ứng trong phản ứng thế acyl giảm dần từ clorua axit xuống amit; một dẫn xuất có khả năng phản ứng cao hơn dễ dàng chuyển đổi thành một dẫn xuất ít phản ứng hơn vì nó có nhóm đi ra tốt hơn, trong khi chiều ngược lại đòi hỏi sự hoạt hóa đặc biệt.

Xà phòng hóa là gì?

Xà phòng hóa là phản ứng thủy phân este được xúc tiến bằng bazơ để tạo ra muối cacboxylat và ancol; vì cacboxylat ổn định và không phản ứng, phản ứng này thực sự là không thuận nghịch.