Molti alimenti, dal sapore “agro, brusco”e prodotti naturali in genere , contengono uno o più acidi carbossilici: l’aceto contiene l’acido acetico e il limone l’acido citrico, il sapore agro delle mele è dovuto all’acido malico. Gli acidi carbossilici sono molto importanti sia dal punto di vista Biochimico che della Chuimica Organica. Sia gli acidi “liberi” che i loro sali sono presenti nei sistemi biologici. Come le aldeidi e chetoni, gli acidi carbossilici presentano il “ gruppo carbonilico” C = O, ma presentano anche il “gruppo idrossilico”. Nomenclatura IUPAC : acido alcan - oico OH COOH Nomenclatura dei Sali : alcan-oato di metallo Es : benzoato di sodio Proprionato di Ca e Na acido 3-idrossi-2,2-dimetil-butanoico COOH acido 10-undecilenico Rappresentazione strutturale : 1.23 A O Geometria trigonale planare LCAO: il C ibrido Sp3 C 120º O 1.36 A H Proprietà Fisiche: • Punti di ebollizione elevati, (HCOOH; acido formico PM 46, P.e 101°), dovuto alla formazione di legami Ponte H H O O C C O H O • C1 – C4 totale solubilità in acqua • C3 – C10 sono responsabili dell’odore di “sporco” ( l’odore di “chiuso “ è dato dall’acido butirrico). In Vetrina : Conservante di alimenti: inibisce la crescita di funghi COO - Na+ H2C Farmaco: trattamento delle infezioni da fungni sulla pelle CH(CH 2)8COO - Zn + OCOCH 3 Farmaco: anti dolorifico (Aspirina) COOH O Droga: HN N N Dietilamide dell'acido lisergico(LSD) Stato di OSSIDAZIONE del carbonio : H H H H H C H C H -2 -4 O OH H O H C C O C O OH H +2 0 +4 Gli acidi carbossilici si ottengono quindi per ossidazione : + KMnO4 R + OH CrO 3 COOH R COOH di un alcano di un alcol primario O + R H Ag+ R COOH di un’aldeide Derivati degli acidi Carbossilici ¾Sono quei composti che mantengono lo stesso Stato di Ossidazione ( + 3 ) del Carbonio nel – COOH O R Acil alogenuro X = alogeno X O R Anidride : condensazione fra due acidi O R O O R Estere : condensazioe fra acido e alcoli R' O O Ammide : condensazioe fra acido e ammina Primaria secondaria e terziaria R N R' ''R O R R NH R C N 'RO 'RO R C OR' O Immide Nitrile Orto estere ACIDITA’ e formazione di Sali CH3CH2OH + H2O CH3CH2O - + H3O+ Ka ≅ 10 -17 CH3COOH CH3COO - + H3O+ Ka ≅ 10 - 5 + H2O Composto PKa HCOOH CH3COOH FCH2COOH ClCH2COOH BrCH2COOH Cl 2CHCOOH PhCOOH H2CO3 3.75 4.75 2.67 2.87 2.90 0.77 4.21 1°ionizz.6.36 2°ionizz.10.25 ¾ Gli acidi Carbossilici sono i composti organici più acidi di tutti, ma confrontati con gli acidi minerali sono acidi deboli O O + H2O R O R O R H O O dissociazione 99% 1% ¾ se R = H invece di un carbonio l’acidità aumenta essendo l’H più elettronegativo . ¾ se sul C in α è presente un atomo di alogeno l’acidità aumenta a causa dell’effetto induttivo elettron accettore , tale effetto diminuisce scendendo nel gruppo:F > Cl > Br > ¾ Se il n° di alogeni legati al C α aumenta , aumenta l’acidità. ¾ Tale effetto diminuisce drasticamente con la distanza : il ClCH2CH2COOH ha la + stessa acidità dell’acido propionico ¾ La forma indissociata è presente a PH acidi mentre la base coniugata RCOO – risulta presente a PH basici ¾ Sali di acidi carbossilici con basi forti danno idrolisi basica . Reattività degli Acidi Carbossilici O R 1 O H 2 Percorso 1 La rottura del legame C – O porta alla sostituzione nucleofila del gruppo OH o O–R. Percorso 2 La rottura del legame O – H porta alla sostituzione elettrofila del H. Sostituzione elettrofila del H ¾ La formazione di sali RCOOH + NaOH → RCOO – Na *. ¾ L’ossigeno dell’anione carbossilato è un buon nucleofilo sia nelle SN1 che SN2. O SN2 R O O Br R O Sostituzione Nucleofila del OH ¾ ESTERIFICAZIONE C3 H7 COOH H2SO4 + C2 H5 OH C3 H7 COO C2 H5 + H2 O Meccanismo : H O OH OH + H 18 O R' + O - H R R R OH OH OH OH OH 18 O R' O H R R R 'R 18 18 O R' - H2O R OH OH OH2 18 O R' Considerazioni : l’uso dell’Ossigeno marcato permette di capire che abbiamo una sostituzione nucleofila da parte dell’ossigeno* dell’alcol. Formazione di alogenuri acilici O COOH EtOOC + SOCL 2 EtOOC + SO 2 Nota : la reazione è con alogenuri di acidi inorganici Cl + HCl Formazione di anidridi COOH O ∆ + P 2O5 O O + 2 H 3PO4 Nota: La reazione è con anidridi inorganiche OVVERO come schema generale : O R δ+ + δ− H O Y Y R Z + R OH H Z Y Z La reazione quindi la possiamo vedere come una addizione di un acido di Bronsted H – Y al C = O e successiva eliminazione di un altro acido H - Z. In generale possiamo parlare quindi di: Sostituzione Nucleofila degli acidi Carbossilici e loro derivati Da un punto di vista più biochimico, possiamo vedere questa reazione come un Trasferimento di un gruppo Acile da Z ad un Nucleofilo Nu O - Nu R O H Z Nu R Z Z : gruppo acilante O R OH Nu Nu R Z prodotto di acilazione Prodotto di addizione Reazioni degli alogenuri acilici H3C RCOCl O ammide + H3C N H NH 2 O O2N O NH 3+ Cl - + HCl O OH Cl estere O2N O O2N H2O + HCl OH acido O2N E' possibile formare un legame C - C con un sistema aromatico : O R O Cl + Al Cl O Al Cl 3 R 4 R O R Acilazione di Friedel-Craft Reazioni delle anidridi RCOOCOR' O RO NH 2 RO O N H ammide + CH 3COOH OH O O O CH 3COOH + estere O O + AlCl3 Anche le anidridi danno l'acilazione aromatica chetone CH 3COOH Come gli acidi carbossilici, l'acido fosforico può essere convertito in anidride : O O HO P O OH OH OH - H 2O pirofosforico P + O P HO O OH + HO OH P OH O HO P OH OH P HO O O O OH - H 2O O P O P OH OH OH OH trifosforico Le due anidridi che si ottengono sono estremamente importanti in biochimica, infatti sono capaci di trasferire energia essendo il legame P - O - P un legame definito ad "alta energia”. Reazioni degli esteri RCOOR' O O + Ph NH 2 + CH 3OH Ph OCH 3 ammide OCOR' NHCH 3 OH + OCOR' OH OCOR' OH estere dell'acido grasso OH trasmetilazione grasso o olio 3 R'COOCH 3 + L’idrolisi degli esteri ( saponificazione dei lipidi ) 18 OH- O + H 2O 'R 18 O18 O + R' OR OR 'R O18 - + ROH OH 'R OR O18H Note : l’idrolisi basica va a completezza perché si forma RCOO- che viene sottratto all'equiibrio, a differenza dell'idrolisi acida, che per spostarla a sinistra bisogna togliere l'acqua.. Si conferma la Sostituzione nucleofila . Polimeri "naturali" HO COOH HO HO COOH COOH copolimero acido lattico e glicolico O O O O O O per suture chirurgiche ha la proprietà di idrolizzare entro sei mesi, quindi "riassorbito" O Lactomero Di interesse biochimico sono gli esteri dell'acido fosforico O O P OH OH OH O OH P O OH OH P O OH P O O O di estere mono estere glicerol fosfato O O O tri estere La reazione tra l'anidride fosforica ed un alcol si chiama FOSFORILAZIONE, un processo molto importante nei sistemi biologici : come trasferimento di energia e come mezzo di solubilizzazione. Reazioni delle ammidi RCONHR' O O- H3O+ O R R NH 2 NH 2+ OH OH - O R O- L’unica reazione è l’idrolisi acida o basica. Polimeri sintetici : Nylon 66 O H2N NH 2 Cl Cl O O H N NH N H HN O Un'eccezione : La Penicillina L'effetto antibiotico è dovuto alla sua forte reattività verso residui -SH di cisteine di pareti cellulari di sistemi biologici, infatti : L'ammide ciclica (β lattame) trasferisce facilmente il gruppo acile perché elimina la tensione d'anello. S NHCOR' N HOOC IN CONCLUSIONE O Possiamo vedere una reattività relativa dei derivati acilici Z alogeno RCOCl (RCO)2 O RCOOR' capacità acilante decrescente RCOO- O R'O- RCOOH OH- RCONHR' R'NH- δ+ R Z Due fattori : ⇒ Carattere elettrofilo del gruppo carbonilico (dipende dalla elettronegatività di Z, e dalla sua coniugazione) ⇒ carattere di buon gruppo uscente di Z quindi quest'ordine rispecchia le frequenze di stiramento dei legami e soprattutto le costanti di acidità dei rispettivi acidi H - Z ( HCl > RCOOH > ROH > RNH2). RIDUZIONE O + H R - R Z ZH Z = O, N Z = OR, OCOR, NHR, Alogeno O O + R'- metallo R R Z R' Omet met = Mg, Li, Na R 'R Z OH R 'R R' Reazione di sostituzione elettrofila sul C in α In virtù della tautomeria, abbiamo lo stesso tipo di reazione dei composti carbonilici. OH COOR Br2 Br COOR OR enolestere Condensazione di Claisen ⇒ Il primo stadio è analogo alla condensazione aldolica . ⇒ Il secondo stadio porta all'eliminazione del gruppo alcolico con formazione di un β cheto estere. OH R COOR R - R COOR + ROH O OR R OR R R O O COOR R - O OR OR R O Se è presente un altro H sul C in α la reazione va a completezza perché si forma l'anione, essendo questo più stabile.