Obraz (1082)

410

Jak widać, przyłączenie nukleofila wymaga zmiany hybrydyzacji acylowego atomu węgla z trygonalnej sp² na tetragonalną sp³. Następuje zatem zmiana przestrzennego rozmieszczenia podstawników i większe ich stłoczenie, bo w konfiguracji tetragonalncj są cztery podstawniki przy jednym atomie węgla, a nie tylko trzy, jak w konfiguracji trygonalnej. Z tego powodu przyłączenie nukleofila jest najtrudniejszym etapem podstawienia przy acylowym atomie węgla.

Przedstawiony mechanizm reakcji jest mocno uproszczony. Szczegółowe mechanizmy są o wiele bardziej złożone i zależą od własności substratów acy-lowych i nukleofili. W niektórych przypadkach nukleofilowe podstawienie przy acylowym atomie węgla jest reakcją odwracalną.

Stosunkowo prostym przykładem jest mechanizm syntezy ketonów w reakcji anionów karboksylanowych ze związkami litoorganicznymi. Aniony karboksy-Janowe reagują najtrudniej ze wszystkich związków acylowych ale można je zmusić do reakcji, gdy nukleofil jest tak reaktywny jak kar bo aniony w związkach bioorganicznych. Do reakcji używa się wolnych kwasów karboksylowych, chociaż oznacza to zniszczenie jednego mola substratu bioorganicznego. Pierwszym etapem jest wytworzenie anionu karboksyłanowego w formie soli litowej. Związków bioorganicznych nie stosuje się do syntezy dostępnych w handlu ketonów o prostej budowie, ale dla ilustracji mechanizmu reakcji można się posłużyć najprostszym przykładem syntezy acetonu:

ch₃c'

O-H

CIĘ Lr*

ch₃c + ch₄ 0"Li*

Dalsze reakcje przebiegają zgodnie z ogólnym mechanizmem reakcji związków acylowych z nukleofilami. W pierwszym etapie następuje przyłączenie amonu metylowego do acylowego atomu węgla i na tym kończy się reakcja w bezwodnym środowisku, w jakim trzeba wykonywać wszystkie operacje ze związkami bioorganicznymi (rozdz. 8.9). Ketony powstają dopiero po dodaniu wody do mieszaniny reakcyjnej. Najpierw tworzą się geminalne diołe, które spontanicznie przekształcają się w ketony przez utratę wody:

CIUC

o

CHS LI*

Q"Li⁺

O” u*

I

CHgC-CH.

0~Li⁺

2HjO

OH

I

-- CHj-C—CH₃ + 2 LiOH

OH

geminalny diol

OH

T

CH3-C-CH3 -*- CH3-C-CH3 + HjO

OH    O

przykład syntezy ketonu z kwasu karboksylowego

14.8. Synteza estrów w reakcji kwasów karboksylowych z alkoholami

Odwracalność reakcji i rozpad wiązań C-O

Syntezę estrów z kwasów i alkoholi nazywamy ogólnie estryfikacją. Kwasy karboksylowe najczęściej estryfikuje się w bezpośredniej reakcji z alkoholami Jest to jedna z najczęściej wykonywanych reakcji w chemii organicznej.

Estryiikacja kwasów karboksylowych jest typową reakcją odwracalną. Po dłuższym ogrzewaniu kwasu z alkoholem zostaje osiągnięty stan równowagi w którym mieszanina reakcyjna składa się z kwasu, alkoholu, estru i wody. Całkowite przereagowanie wymaga usuwania jednego z produktów reakcji. Najczęściej usuwa się wodę.