Absztrakt: A karbonsavak funkcionális származékai. Az ecetsav funkcionális származékai - acetamid és acetonitril Kétbázisú telítetlen savak
A Voltaren (ortofen, diklofenak-nátrium) a modern NSAID-ok legjobbjának tekinthető. Egyesíti a kifejezett gyulladáscsökkentő hatást a különösen jó tolerálhatósággal, ami lehetővé teszi a gyógyszer hosszú távú alkalmazását.
Az emésztőrendszerben szinte teljesen felszívódik, a maximális koncentrációt 1-2 óra elteltével éri el A gyógyszer aktívan metabolizálódik, és a vizelettel és az epével ürül ki a kapcsolódó anyagcseretermékek formájában (amelyek egy része gyulladáscsökkentő is). tulajdonságok). A plazmakoncentráció arányos az alkalmazott dózissal. A gyógyszer felhalmozódik a gyulladásos területeken, különösen az ízületi gyulladás során az ízületi folyadékban, ahol a plazmától eltérően hosszú ideig (legfeljebb 7 óráig) szinte változatlan koncentrációban marad (a vérkoncentráció ebben az időszakban jelentősen csökken ). Szoptató nőknek írva gyakorlatilag nem mutatható ki a tejben. Az acetilszalicilsav és a voltaren egyidejű alkalmazása esetén az utóbbi maximális koncentrációja a plazmában körülbelül 30%-kal csökken a voltaren önmagában történő alkalmazásához képest.
A voltaren gyulladásgátló hatása nyilvánvalóan a prosztaglandinszintézis aktív gátlásán alapul. A gyógyszer a legerősebb prosztaglandin-szintetáz inhibitor a modern NSAID-ok között. Mivel ez a gátlás visszafordíthatatlan [Key E. et al., 1974], gyulladáscsökkentő hatása sokkal tovább tart, mint a gyógyszer magas koncentrációja a szervezetben. A Voltaren számos, a gyulladásos folyamat kialakulásában szerepet játszó enzim, köztük a lizoszómális hidrolázok működését is képes gátolni. Bizonyítékok vannak a humán granulocitákból izolált semleges proteáz gátlására.
A voltaren hatásának sajátossága olyan gyorsan megnyilvánuló fájdalomcsillapító hatásnak tekinthető, hogy még feltételezések is születnek a gyulladáscsökkentő hatástól való részleges függetlenségéről. A gyógyszer fontos jellemzőjét az egerek spontán gonartrózisának dinamikájának tanulmányozása során állapították meg. Kiderült, hogy csökkenti a fejlődés gyakoriságát és a folyamat súlyosságát, míg más NSAID-ok (beleértve az indometacint is) súlyosbítják ezt a patológiát.
Ennek valószínűleg az az oka, hogy a Voltaren más gyógyszerekkel ellentétben nem befolyásolja negatívan a porcanyagcserét, különösen a kísérletben nem gátolja a kén beépülését a porc proteoglikánokba.A Voltaren különféle formákban kapható: 25 és 50 mg-os bélben oldódó bevonatú tabletták, 100 mg-os lassú hatóanyag-leadású tabletták (Voltaren-retard), 50 és 100 mg-os kúpok, 75 mg-os ampullákban intramuszkuláris beadásra. A gyógyszert főleg orálisan írják fel tabletta formájában. Az átlagos terápiás dózis 150 mg, ritkábban - 100 mg; ha szükséges, az adagot 200 mg-ra emelik. A fenntartó dózis 75-100 mg lehet. A gyógyszer kúpokban (azonos dózisokban) történő alkalmazása azonos eredményeket ad. Ha különösen gyors hatást szeretne elérni a kezelés első időszakában, alkalmazzon intramuszkuláris Voltaren injekciót (önmagában vagy szájon át vagy kúpokban történő bevétel mellett) 75 mg-ot naponta 1-2 alkalommal. A fájdalom az injekció beadása után 10-45 perccel észrevehetően csökken. A fenntartó terápia ideje alatt nagyon kényelmes a Voltaren-retard, amelyet 100 mg-os adagban (azaz 1 tabletta) naponta egyszer alkalmaznak, a gyógyszer ugyanolyan hatást fejt ki, mint a szokásos 25 mg-os tabletták napi 4 alkalommal történő bevétele. .
A Voltaren-t legelterjedtebben rheumatoid arthritis esetén alkalmazzák, ilyenkor hosszú hónapokig és évekig folyamatosan alkalmazható. Enyhe esetekben jelentős javulás következik be a gyógyszer önmagában történő alkalmazásával. Súlyos betegeknél a rheumatoid arthritis kezelésének általános elvei szerint a voltaren kezelés sikeresen kombinálható bármely tartós hatású (alap) gyógyszerrel. Nagyon jó eredményeket értek el az arthrosisos betegek kezelésében is. Spondylitis ankylopoetica esetén a voltaren ugyanolyan hatásosnak bizonyult, mint a korábban a legjobb gyógyszernek tartott indometacin, és a tolerálhatóság szempontjából a voltaren előnye tagadhatatlan. Meglehetősen nagy dózisokban (150-200 mg/nap) a gyógyszert a köszvény akut rohamának enyhítésére használják; ilyenkor különösen indokolt az intramuszkuláris beadása.
A közelmúltban megállapították, hogy az akut reuma kezelésében a Voltaren az indometacinhoz hasonlóan a prednizolonhoz hasonló terápiás hatást fejthet ki. Ez vonatkozik a betegség minden megnyilvánulására, beleértve a reumás carditist is. Fontos, hogy e három gyógyszer felírásának hosszú távú eredménye azonos volt. Különösen azt találták, hogy a voltaren-kezelés során a valvulitis teljes fordított kialakulása fordulhat elő. A voltaren nyilvánvaló terápiás hatását a reuma lefolyásának más változataiban is megfigyelték, beleértve számos más gyógyszerrel szemben rezisztens beteget is.Jó eredményeket értek el az úgynevezett lágyrész-reumás betegekben (scapulohumeralis periarthritis, bursitis, ínhüvelygyulladás, tenosynovitis), valamint radicularis szindrómák esetén, beleértve az akut fájdalmat is. Az utóbbi esetekben a gyógyszer injekcióit jelzik.
A gyógyszert sikeresen alkalmazzák gyulladásban, fájdalomban és lázban megnyilvánuló nem reumás betegségekben is, különösen thrombophlebitisben, adnexitisben, fertőzésben (megfelelő fertőzésgátló szerekkel kombinálva), posztoperatív időszakban, zúzódásokkal stb. A terápiás hatás nagy jelentőségű voltaren krónikus glomerulonephritis esetén, G. Lagrue és G. Hirbe (1979), M. Sasdelli et al. (1980). Ezek a kutatók úgy vélik, hogy a gyógyszer javítja a betegség prognózisát azáltal, hogy lassítja a veseelégtelenség progressziójának sebességét.
A Voltaren tolerálhatóságában felülmúlja az összes többi NSAID-ot. Lényegében nem okoz súlyos szövődményeket, és ha szükséges, szinte folyamatosan használják. A gyógyszer óvatosan alkalmazható még gyomorfekély esetén is, bár természetesen célszerű kúpokban felírni.
A nagyon ritka mellékhatások közül érdemes szem előtt tartani az enyhe fejfájást, hányingert, hasi fájdalmat, csalánkiütést, vörösvértestek megjelenését a vizeletben (nyilván az összes NSAID-ra jellemző gyenge véralvadásgátló hatás miatt). Az adag csökkentése vagy a gyógyszer abbahagyása után ezek a jelenségek gyorsan eltűnnek. A Voltaren alkalmazásának nincs abszolút ellenjavallata; A gyomor- és nyombélfekély akut stádiumban az orális alkalmazás relatív ellenjavallatának tekinthető.A tolmetin (tolektin) egy meglehetősen népszerű reumaellenes gyógyszer, amely az 1-metil-5p-toluoil-pirrol-2-ecetsav. A szerkezeti képlet egyes részleteiben az indometacinra hasonlít. A tolmetin teljesen felszívódik az emésztőrendszerben, a maximális koncentrációt a vérben 30-40 perc után figyeljük meg, a plazma féltisztítási periódusa körülbelül egy óra. Gyorsan kiválasztódik a vizelettel glükuronidok és inaktív metabolitok formájában. A terápiás hatásmechanizmust nem vizsgálták kellőképpen, a fő jelentőséget a prosztaglandin szintézis gátlásának tulajdonítják.
200 mg-os tablettákban kapható. Egyértelmű pozitív hatásról számoltak be rheumatoid arthritisben, spondylitis ankylopoeticaban, osteoarthritisben, glenohumeralis periarthritisben, epicondylitisben stb. szenvedő betegeknél. A gyógyszer hosszú távú alkalmazásának lehetősége bizonyított, különösen rheumatoid arthritis esetén 2 éves korig. ½ évek. Jó eredményeket értek el a juvenilis rheumatoid arthritisben szenvedő betegek kezelésében. Mint ismeretes, új, nem szteroid gyógyszereket ritkán tanulmányoznak ebben a betegségben. Kiderült, hogy az elért eredményeket tekintve a tolmetin nem marad el az acetilszalicilsavtól, amely még mindig a standard gyulladáscsökkentő gyógyszernek számít a juvenilis rheumatoid arthritis kezelésében. A tolmetin általános pozitív értékelése ellenére azonban ez a gyógyszer olyan gyógyszerek közé tartozik, amelyek fájdalomcsillapító tulajdonságai felülmúlják a gyulladásgátlókat.
A gyógyszer jól tolerálható mind rövid, mind hosszú távú alkalmazás esetén. A nem gyakori mellékhatások közé tartozik az epigasztrikus fájdalom, hányinger, hányás, fejfájás, szédülés, fülzúgás, bőrkiütések, folyadékretenció és emelkedett vérnyomás.
A napi adag 800-1600 mg (általában körülbelül 1200 mg). A gyógyszert gyakran naponta 4-szer veszik be, mivel gyorsan kiürül a szervezetből.
Karboxilcsoportot tartalmazó szerves vegyületek – COUN, a savak osztályába tartoznak.
Biológiailag fontos karbonsavak:
| Savak (triviális név) | Anion név | Sav formula |
| Monobázis | ||
| hangya | formiát | HCOOH |
| ecet | acetát | CH3COOH |
| olaj | butirát | CH3(CH2)2COOH |
| macskagyökér | valerát | CH3(CH2)3COOH |
| Telítetlen savak | ||
| akril | akrilátok | CH2 = CH-COOH |
| tejfű | krotonát | CH 3 – CH = CH - COOH |
| Aromás | ||
| benzoin | benzoát | C6H5COOH |
| Dikarbonsavak | ||
| oxálsav | oxalátok | NOOS – HAMAROSAN |
| malonova | malonátok | NOOS-CH 2 - COOH |
| borostyán | szukcinátok | NOOS-CH 2 – CH 2 -COOH |
| glutaric | glutarátok | NOOS – (CH 2) 3 – COOH |
| Telítetlen dikarbonát | ||
| Fumár (transz-izomer) | fumarátok | HOOC-CH=CH-COOH |
A karbonsavak savas tulajdonságai:
RCOOH RCOO - + H +
A disszociáció során karboxilát anion képződik, amelyben a negatív töltés egyenletesen oszlik el az oxigénatomok között, ami növeli ennek a részecskenak a stabilitását. A karbonsavak erőssége függ a gyök hosszától (minél nagyobb a gyök, annál gyengébb a sav) és a szubsztituensektől (az elektronszívó szubsztituensek növelik a savasságot). A CI 3 COOH sokkal erősebb, mint a CH 3 COOH. A dikarbonsavak erősebbek, mint az egybázisú savak.
A karbonsavak funkcionális származékai:
A karbonsavak nagy reaktivitást mutatnak. Különféle anyagokkal reagálnak és funkcionális származékokat képeznek, pl. a karboxilcsoporton végzett reakciók eredményeként kapott vegyületek.
1. Sók képződése. A karbonsavak a közönséges savak összes tulajdonságával rendelkeznek. Reagálnak aktív fémekkel, bázikus oxidokkal, bázisokkal és gyenge savak sóival:
2RCOOH + Mg → (RCOO) 2 Mg + H 2,
2RCOOH + CaO → (RCOO) 2 Ca + H 2 O,
RCOOH + NaOH → RCOONa + H 2 O,
RCOOH + NaHCO 3 → RCOONa + H 2 O + CO 2.
A karbonsavak gyengék, ezért az erős ásványi savak kiszorítják őket a megfelelő sókból:
CH 3 COONa + HCl → CH 3 COOH + NaCl.
A karbonsavak vizes oldataiban lévő sói hidrolizálódnak:
CH 3 COOC + H 2 O CH 3 COOH + CON.
A karbonsavak és az ásványi savak közötti különbség abban rejlik, hogy számos funkcionális származékot képezhetünk.
2. Karbonsavak funkcionális származékainak kialakulása. Ha a karbonsavakban az OH-csoportot különböző (X) csoportokkal helyettesítjük, a savak funkcionális származékai képződnek, amelyek általános képlete R-CO-X; itt R jelentése alkil- vagy arilcsoport. Bár a nitrilek általános képlete eltérő (R-CN), általában karbonsavak származékainak is tekintik őket, mivel ezekből a savakból előállíthatók.
Savkloridok foszfor-klorid (V) savakon történő hatására kapott:
R-CO-OH + PCl 5 → R-CO-Cl + POCl 3 + HCl.
Anhidridek karbonsavakból képződnek vízeltávolító szerek hatására:
2R-CO-OH + P 2 O 5 → (R-CO-) 2 O + 2HPO 3.
Esters sav kénsav jelenlétében alkohollal való hevítésével keletkeznek (reverzibilis észterezési reakció):
Az észterek savkloridok és alkálifém-alkoholátok reagáltatásával is előállíthatók:
R-CO-Cl + Na-O-R" → R-CO-OR" + NaCl.
Amidok karbonsav-kloridok ammóniával való reakciójával jönnek létre:
CH 3 -CO-Cl + NH 3 → CH 3 -CO-NH 2 + HCl.
Ezenkívül amidok előállíthatók karbonsavak ammóniumsóinak hevítésével: t o
CH 3 -COONH 4 → CH 3 -CO-NH 2 + H 2 O
Amikor az amidokat víztelenítő szerek jelenlétében hevítik, dehidratálódnak, és nitrileket képeznek:
CH 3 -CO-NH 2 → CH 3 -C≡N + H 2 O
3. A karbonsavak tulajdonságai szénhidrogén gyök jelenléte miatt.Így amikor a halogének a savakra hatnak vörös foszfor jelenlétében, halogénnel szubsztituált savak keletkeznek, és a karboxilcsoporttal szomszédos szénatomon (α-atom) a hidrogénatomot halogénnel helyettesítjük: p cr.
CH3-CH2-COOH + Br2 → CH3-CHBr-COOH + HBr
4. Telítetlen karbonsavak addíciós reakciókra képes:
CH 2 = CH-COOH + H 2 → CH 3 -CH 2 -COOH,
CH 2 = CH-COOH + Cl 2 → CH 2 Cl-CHCl-COOH,
CH 2 =CH-COOH + HCl → CH 2 Cl-CH 2 -COOH,
CH 2 = CH-COOH + H 2 O → HO-CH 2 -CH 2 -COOH,
Az utolsó két reakció Markovnyikov uralma ellen irányul.
A telítetlen karbonsavak és származékaik polimerizációs reakciókra képesek.
5. Karbonsavak redox reakciói:
A karbonsavak redukálószerek hatására katalizátorok jelenlétében aldehidekké, alkoholokká, sőt szénhidrogénekké alakulhatnak.
Hangyasav HCOOH számos jellemzőben különbözik, mivel aldehidcsoportot tartalmaz.
A hangyasav erős redukálószer, és könnyen CO 2 -dá oxidálódik. Az "ezüsttükör" reakciót adja:
HCOOH + 2OH → 2Ag + (NH 4) 2 CO 3 + 2NH 3 + H 2 O,
vagy egyszerűsített formában ammóniaoldatban melegítés közben:
HCOOH + Ag 2 O → 2Ag + CO 2 + H 2 O.
A telített karbonsavak ellenállnak a koncentrált kénsavnak és salétromsavnak. Kivétel a hangyasav:
H 2 SO 4 (konc)
HCOOH → CO + H 2 O
6. Dekarboxilezési reakciók. A telített, szubsztituálatlan monokarbonsavak nehezen dekarboxilezhetők hevítés közben a C-C kötés erőssége miatt. Ehhez meg kell olvasztani a karbonsav alkálifém sóját egy lúggal:
CH 3 -CH 2 -COONa + NaOH → C 2 H 6 + Na 2 CO 3
A kétbázisú karbonsavak melegítés közben könnyen leválasztják a CO 2 -t:
HOOC-CH 2 -COOH → CH 3 COOH + CO 2
6. FEJEZET A KARBONSAVAK ÉS FUNKCIONÁLIS SZÁRMAZÉKAI REAKCIÓKÉPESSÉGE6. FEJEZET A KARBONSAVAK ÉS FUNKCIONÁLIS SZÁRMAZÉKAI REAKCIÓKÉPESSÉGE
6.1. Karbonsavak
6.1.1. Általános jellemzők
A karbonsavak olyan vegyületek, amelyek funkciós csoportja a -COOH karboxilcsoport.
A szerves gyök természetétől függően a karbonsavak lehetnek alifás(telített vagy telítetlen) RCOOH és aromás ArCOOH (6.1. táblázat). A karboxilcsoportok száma alapján monokarbonsavra, dikarbonsavra és trikarbonsavra osztják őket. Ez a fejezet csak a monokarbonsavakkal foglalkozik.
A savak szisztematikus nómenklatúráját fentebb tárgyaltuk (lásd 1.2.1). Sok sav esetében triviális neveket használnak (lásd a 6.1. táblázatot), amelyek gyakran előnyösebbek, mint a szisztematikusak.
A karbonsavak a karboxilcsoport miatt polárisak és részt vehetnek az intermolekuláris hidrogénkötések kialakításában (lásd 2.2.3). Az ilyen kötések vízmolekulákkal magyarázzák a rövidebb savak (C1-C4) korlátlan oldhatóságát. A karbonsavmolekulákban megkülönböztethető egy hidrofil rész (COOH karboxilcsoport) és egy hidrofób rész (R szerves gyök). A hidrofób rész arányának növekedésével a vízben való oldhatóság csökken. Az alifás sorozatba tartozó magasabb karbonsavak (C 10-től kezdve) gyakorlatilag nem oldódnak vízben. A karbonsavakat az intermolekuláris asszociáció jellemzi. Így a folyékony karbonsavak, például az ecetsav, dimerek formájában léteznek. Vizes oldatokban a dimerek monomerekre bomlanak.
6.1. táblázat.Monokarbonsavak
Az aldehidekről alkoholokra, majd savakra való átálláskor az asszociációs képesség növekedése az ezen osztályokba tartozó, hasonló molekulatömegű vegyületek forráspontjának változásában tükröződik.
6.1.2. Reakcióközpontok karbonsavakban
A karbonsavak kémiai tulajdonságait elsősorban a karboxilcsoport határozza meg, amely a korábban vizsgált funkciós csoportoktól (alkohol, karbonil) eltérően összetettebb szerkezetű. Magán a csoporton belül p,l konjugáció van az OH csoport oxigénatomjának p pályájának és a C=O csoport π kötésének kölcsönhatása eredményeként (lásd még 2.3.1).
A karbonilcsoport az OH csoporthoz viszonyítva elektronakceptorként, a hidroxilcsoport pedig a +M hatás miatt elektrondonorként működik, elektronsűrűséget adva a karbonilcsoportnak. A karbonsavak elektronszerkezetének sajátosságai több reakcióközpont létezését is meghatározzák (6.1. ábra):
OH-savas centrum az O-H kötés erős polarizációja miatt;
Az elektrofil centrum a karboxilcsoport szénatomja;
N- bázikus központ - a karbonilcsoport oxigénatomja magányos elektronpárral;
Gyenge CH-savcentrum, amely csak savak származékaiban jelenik meg, mivel maguk a savak összehasonlíthatatlanul erősebb OH-savcentrummal rendelkeznek.
6.1. séma.Reakcióközpontok egy karbonsav molekulában
6.1.3. Savas tulajdonságok
A karbonsavak savas tulajdonságai abban nyilvánulnak meg, hogy képesek protont elvonni. A hidrogén megnövekedett mobilitása az O-H kötés polaritásának köszönhető p, p- csatlakozások (lásd a 6.1. ábrát). A karbonsavak erőssége a proton absztrakcióval keletkezett karboxilát ion, az RCOO stabilitásától függ. Egy anion stabilitását viszont elsősorban a benne lévő negatív töltés delokalizációjának mértéke határozza meg: minél jobban delokalizálódik az anionban lévő töltés, annál stabilabb (lásd 4.2.1). A karboxilát ionban a töltés egy p,π-konjugált rendszer mentén delokalizálódik, amely két oxigénatomot tartalmaz, és egyenlően oszlik el közöttük
(lásd 2.3.1).
A karbonsavak pl a értékei a 4,2-4,9 tartományba esnek. Ezek a savak lényegesen savasabbak, mint az alkoholok (pK a 16-18), fenolok (pKa ~ 10) és tiolok (pKa 11-12) (lásd a 4.5. táblázatot).
A telített alkilcsoport hossza és elágazása nem befolyásolja jelentősen a karbonsavak savas tulajdonságait. Általában az alifás monokarbonsavak közel azonos savasságúak (pK a 4,8-5,0), kivéve a hangyasavat, amelynek savassága egy nagyságrenddel magasabb.
A hangyasav magasabb savassága egy másik, az anion stabilitását befolyásoló tényező közreműködésével magyarázható, nevezetesenmegoldása. Vizes környezetben a HCOO kis formiát ion töltése jobban delokalizálódik poláris oldószermolekulák részvételével, mint a nagyobb karboxilát ionokban.
Megjegyzendő, hogy az aromás savak savassága valamivel magasabb, mint az alifás savaké (a benzoesav pKa-értéke 4,2). A benzoátion töltésének delokalizációjában a benzolgyűrű gyenge elektronakceptorként működik, anélkül, hogy részt venne a negatív töltést meghatározó elektronokkal való konjugációban.
A karbonsavak savasságát jelentősen befolyásolják a szénhidrogéncsoportba bevitt szubsztituensek. Függetlenül a mechanizmustól
a szubsztituens elektronikus hatását egy gyökben (induktív vagy mezomer) átadva az elektronvonó szubsztituensek hozzájárulnak a negatív töltés delokalizációjához, stabilizálják az anionokat és ezáltal növelik a savasságot. Az elektrondonor szubsztituensek éppen ellenkezőleg, csökkentik azt.
Vizes oldatokban a karbonsavak gyengén disszociálnak.
A savas tulajdonságok a karbonsavak lúgokkal, karbonátokkal és bikarbonátokkal való kölcsönhatásában nyilvánulnak meg. Az ebben a folyamatban keletkező sók észrevehető mértékben hidrolizálódnak, így oldataik lúgos reakciót mutatnak.
6.1.4. Nukleofil szubsztitúció
A karboxilcsoport sp 2 -hibridizált szénatomján történő nukleofil szubsztitúció a karbonsavak reakcióinak legfontosabb csoportja.
A karboxilcsoport szénatomja részleges pozitív töltésű, azaz elektrofil centrum (lásd a 6.1. ábrát). Nukleofil reagensek támadhatják meg, aminek eredményeként az OH csoport egy másik nukleofil fajjal helyettesíthető.
A hidroxidion gyenge kilépőcsoport, ezért a karboxilcsoporton a nukleofil szubsztitúciós reakciókat savas katalizátorok jelenlétében hajtják végre, különösen akkor, ha gyenge nukleofil reagenseket, például alkoholokat használnak.
A monokarbonsavak legfontosabb reakcióit a 6.2. ábra mutatja be.
6.2. séma.Néhány nukleofil szubsztitúciós reakció karbonsavakban
Az észterezési reakciót erős savak katalizálják.
Az észterezési reakció mechanizmusa. A kénsav katalitikus hatása az, hogy aktivál egy karbonsavmolekulát, amely a fő központban - a karbonilcsoport oxigénatomjában - protonálódik (lásd a 6.1. sémát). A protonálódás a szénatom elektrofilitásának növekedéséhez vezet. A mezomer szerkezetek a pozitív töltés delokalizációját mutatják a kapott kationban (I).
Ezután az alkoholmolekula az oxigénatom magányos elektronpárja miatt csatlakozik az aktivált savmolekulához. A proton ezt követő migrációja jó távozó csoport - egy vízmolekula - kialakulásához vezet. Az utolsó szakaszban egy vízmolekula leválik egy proton egyidejű felszabadulásával (katalizátor visszatérés).
Az észterezés reverzibilis reakció. Az egyensúly jobbra tolása lehetséges a kapott éter reakcióelegyből történő ledesztillálásával, víz desztillálásával vagy megkötésével, vagy valamelyik reagens feleslegével. Az észterezés fordított reakciója az észter hidrolízisét eredményezi karbonsavvá és alkohollá.
Amidok képződése. Ha a karbonsavakat ammóniának (gáz-halmazállapotú vagy oldatban) teszik ki, az OH-csoport közvetlen szubsztitúciója nem következik be, hanem ammóniumsó képződik. A száraz ammóniumsók csak jelentős melegítéssel veszítenek vizet és amidokká alakulnak.
Savanhidridek képződése. A karbonsavak foszfor(V)-oxiddal való hevítése savanhidridek képződéséhez vezet.
6.2. Karbonsavak funkcionális származékai
6.2.1. Általános jellemzők
A karbonsavak funkcionális származékai módosított karboxilcsoportot tartalmaznak, és hidrolízisük során karbonsavat képeznek.
A karbonsavak legfontosabb funkcionális származékai a sók, észterek, tioészterek, amidok és anhidridek (6.2. táblázat). A savhalogenidek a legreaktívabb származékok, amelyeket a szerves kémiában széles körben alkalmaznak, de a nedvességre való rendkívüli érzékenységük, azaz a könnyű hidrolízis miatt nem vesznek részt biokémiai átalakulásokban.
Elnevezéstan.A karbonsavak származékainak elnevezése szerkezetüknek a karbonsav szerkezetével való kapcsolatán alapul, amelyben a közös fragmens acil gyök RC(O)-. Ezeket a gyököket helyettesítési kombinációval nevezzük -olajsav tovább -olaj. Az acil gyökök triviális neveit a táblázat tartalmazza. 6.3.
SókA savak elnevezése a sav anionjának és kationjának (genitivusban) nevének felsorolásával történik, például kálium-acetát. A savas anionok nevei pedig az utótag helyettesítésével jönnek létre -il az acil gyök nevében tovább -nál nél.
Estersa sókhoz hasonlóan nevezik, csak a kation neve helyett a megfelelő alkil vagy aril nevét használják, amelyet az anion neve elé helyeznek és összeírnak.
6.2. táblázat.A karbonsavak néhány funkcionális származéka
vele. A COOR észtercsoport leíró jelleggel is kifejezhető, például „ilyen és ilyen sav R-észtere”.
6.3. táblázat.Az acilgyökök és savszármazékok triviális nevei
Szimmetrikus anhidridek savak elnevezése a sav szó helyettesítésével történik a névben sav tovább anhidrid, például benzoesavanhidrid.
Címek amidok szubsztituálatlan NH csoporttal 2 az utótag helyettesítésével a megfelelő acil gyökök nevéből származtatják -olaj (vagy-il) tovább -amid. Az N-szubsztituált amidoknál a nitrogénatomnál lévő gyökök neve az amid neve előtt a szimbólummal van feltüntetve. N-(nitrogén).
6.2.2. A reakcióképesség összehasonlító jellemzői
A karbonsavak származékai, akárcsak maguk a savak, nukleofil szubsztitúciós reakciókon mennek keresztül az sp 2 -hibridizált szénatomon, és más funkcionális származékokat képeznek. Az ilyen szubsztitúció mechanizmusa eltér a fentebb tárgyalt halogénalkánok és alkoholok sp 3 -hibridizált szénatomján történő nukleofil szubsztitúció mechanizmusától (lásd 4.3).
A nukleofil szubsztitúció tetraéderes mechanizmusa. Először egy nukleofil kötődik a C=O csoport szénatomjához, és instabil köztes aniont képez. A reakciómechanizmust ún tetraéder, mivel a szénatom átkerül a sp 2 - in sp 3 hibrid állapot, és tetraéderes konfigurációt vesz fel.
A második szakaszban a Z részecske leválik az intermedierről, és a szénatom ismét sp 2 hibridizálódik. Így ez a helyettesítési reakció magában foglalja a lépéseket csatlakozásÉs szétválás.
Ennek a mechanizmusnak megfelelően a reakció egy kellően erős nukleofil és egy jó kilépő Z csoport jelenlétében megy végbe, például észterek és más funkcionális karbonsavszármazékok lúgos hidrolízise esetén. A nukleofil támadás könnyűsége a karbonilcsoport szénatomján lévő δ+ részleges pozitív töltés nagyságától függ. A karbonsavak funkcionális származékaiban a Z szubsztituens -I-hatásának növekedésével növekszik, míg az M-hatás növelésével csökken. Ezen hatások következtében a töltés mennyisége, és ezáltal a nukleofil támadásra való képesség a kérdéses vegyületekben a következő sorrendben csökken. A színnel kiemelt Z - kilépő csoportok stabilitásának elemzése ugyanerre a következtetésre vezet (lásd 4.2.1).
A karbonsavszármazékok kevésbé érzékenyek a nukleofil támadásra, mint az aldehidek és ketonok, mivel a karbonil-szénatom elektrofilitása általában csökken
a Z szubsztituens +M hatása miatt.. Emiatt a karbonsavak funkcionális származékainak nukleofil reakcióiban gyakran szükséges a savas katalízis a karbonilcsoport oxigénatomjának protonálásával. Ilyen aktiválásra példa a már tárgyalt észterezési reakció (lásd 6.1.3).
A karbonsavak és funkcionális származékaik alkoholokkal vagy aminokkal való kölcsönhatása következtében acil-maradék kerül be ezeknek a vegyületeknek a molekuláiba. Az ilyen reakciókkal kapcsolatban az általános nevet használjuk - acilezési reakciók. Ebből a helyzetből az észterezési reakció egy alkoholmolekula acilezésének tekinthető.
A funkcionális savszármazékok eltérő reakciókészséggel rendelkeznek az acilezési reakciókban. A legaktívabbak a savkloridok és -anhidridek; Szinte bármilyen savszármazék előállítható belőlük. Maguk a savak és észterek (alifás alkoholmaradékokkal) sokkal kevésbé aktív acilezőszerek. Az ezeket érintő szubsztitúciós reakciókat katalizátorok jelenlétében hajtják végre. Az amidok még nehezebb acilezési reakciókon mennek keresztül, mint a savak és az észterek.
A karbonsavak sói nem rendelkeznek acilező képességgel, mivel a karbonsav-aniont nem tudja megtámadni egy negatív töltésű nukleofil vagy egy magányos elektronpárral rendelkező molekula.
6.2.3. Esters
Az észterek a természetben elterjedt savak származékai. Sok gyógyszer szerkezetében észtercsoportokat tartalmaz.
Az észterezési reakción kívül alkoholok vagy fenolok savanhidridekkel történő acilezésekor sokkal könnyebben képződnek észterek.
Néhány észterreakciót a 6.3. reakcióvázlat mutat be.
6.3. séma.Észter reakciók
Az észterek savas és lúgos környezetben egyaránt képesek hidrolízisre. Amint már említettük (lásd a 6.1.3. pontot), az észterek savas hidrolízise az észterezés fordított reakciója. Bár ez a reakció reverzibilis, a savas hidrolízis könnyen visszafordíthatatlanná tehető nagy feleslegben lévő víz felhasználásával.
Az észterek lúgos hidrolízisénél a lúg reagensként működik (1 mól észterre 1 mól lúg fogy).
Az észterek lúgos hidrolízise irreverzibilis reakció, mivel a keletkező karboxilát-ion nem képes kölcsönhatásba lépni az alkoxidionnal (azonos töltésű részecskék). Ezt a hidrolízist más néven elszappanosításészterek. Ez a kifejezés annak a ténynek köszönhető, hogy a zsírok lúgos hidrolízise során keletkező magasabb savak sóit ún szappanok.
6.2.4. Tioéterek
A tioészterek - az észterek kén analógjai - nagyon korlátozottan használhatók a klasszikus szerves kémiában, de fontos szerepet játszanak a szervezetben. Ismeretes, hogy a katalitikus aktivitás kifejtéséhez a legtöbb fehérje jellegű enzim részvétele szükséges koenzimek, amelyek nem fehérje jellegű, szerkezetükben változatos kis molekulatömegű szerves vegyületek. A koenzimek egyik csoportja az
acil-koenzimek, amelyek acilcsoport-hordozóként működnek. Ezek közül a leggyakoribb acetil-koenzim A.
Az acetil-koenzim A molekula szerkezetének összetettsége ellenére kémiai megközelítésből megállapítható, hogy ez a koenzim tioészterként funkcionál.
A képződésében részt vevő tiol az koenzim A(rövidítve CoASH), amelynek molekulája három komponens - 2-amino-etántiol, pantoténsav és adenozin-difoszfát (a ribóz fragmentum 3-as pozíciójában foszforilálva) - maradékaiból épül fel. Az adenozin-difoszfátot (ADP) a továbbiakban a koenzimek egy másik fontos csoportjának – a nukleozid-polifoszfátoknak – képviselőjeként tárgyaljuk (lásd 14.3.1). A pantoténsav egyrészt amidkötést képez a 2-amino-etán-tiollal, másrészt észterkötést képez az ADP-maradékkal.
Ami az acilezési képességet illeti, az összes acil-koenzim A, beleértve az acetil-koenzim-A-t is, mivel tioészter, az „arany középutat” foglalja el a nagy reakcióképességű anhidridek és az alacsony aktivitású karbonsavak és észterek között. Meglehetősen nagy aktivitásuk elsősorban a kilépő csoport - a CoA-S-anion - megnövekedett stabilitásának köszönhető a savak hidroxid-, illetve alkoxidionjaihoz képest.
Acetil-koenzim A in vivo acetilcsoportok hordozója a nukleofil szubsztrátoknak.
Ilyen módon például hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek acetilezését hajtjuk végre.
Az acetil-koenzim A alkalmazásával a kolin acetilkolinná alakul, amely közvetítő az idegszövetekben az idegi gerjesztés átvitelében (neurotranszmitter) (lásd 9.2 1).
Emellett megjegyezhetjük, hogy maga a koenzim A is fontos szerepet játszik az anyagcsere folyamatokban, tiolként működik. A szervezetben bármely karbonsav aktiválódik reaktív származékokká - tioészterekké - történő átalakulással.
6.2.5. Amidok és hidrazidok
Az észterek mellett a savszármazékok fontos csoportját alkotják a karbonsavak amidjai, amelyek a természetben is elterjedtek. Elég megemlíteni a peptideket és a fehérjéket, amelyek szerkezete számos amidcsoportot tartalmaz.
A nitrogénatom szubsztitúciójának mértékétől függően az amidok mono- vagy diszubsztituáltak lehetnek (lásd 6.2.1).
Az amidokat ammónia és aminok anhidridekkel vagy észterekkel történő acilezésével állítják elő.
Az amidok a legalacsonyabb acilező képességgel rendelkeznek, és sokkal nehezebben hidrolizálódnak, mint más savszármazékok. Az amidok hidrolízisét savak vagy bázisok jelenlétében végezzük.
Az amidok hidrolízissel szembeni nagy ellenállása az amidcsoport elektronszerkezetével magyarázható, amely sok tekintetben hasonló a karboxilcsoport szerkezetéhez. Az amidcsoport egy p,l-konjugált rendszer, amelyben a nitrogénatom magányos elektronpárja konjugált a C=O kötés π-elektronjaival. Az aminocsoport erős +M hatása miatt az amidok karbonilszénének részleges pozitív töltése kisebb, mint a többi funkciós savszármazéké. Ennek eredményeként az amidokban a szén-nitrogén kötés részben kettős jellegű.
A konjugáció következménye az amidcsoport nitrogénatomjának rendkívül alacsony bázikussága is. Éppen ellenkezőleg, az amidok gyenge savas tulajdonságokat fejtenek ki. Következésképpen az amidok amfoter tulajdonságokkal rendelkeznek.
Az Amidák rokonok hidrazidok- hidrazin-H-maradékot tartalmazó karbonsav-származékok 2 NNH 2. Jó néhány gyógyhatású
szerek természetükben hidrazidok, például az izoniazid tuberkulózis elleni gyógyszer (lásd 13.4.1). Az amidokhoz hasonlóan a hidrazidok is hidrolízisen mennek keresztül meglehetősen kemény körülmények között a C-N kötés felhasadásával.
6.2.6. Anhidridek
A savas anhidridek gyakoribbak in vivo mint vegyes anhidridek, beleértve a különféle savak acilmaradékait, amelyek közül az egyik szervetlen (leggyakrabban foszforsav).
Az acil-foszfátok jó acilcsoport-hordozók, mivel a foszfátcsoportok jó kilépő csoportok a nukleofil szubsztitúciós reakciókban.
A szubsztituált acil-foszfátok olyan metabolitok, amelyek részvételével a szervezet az acilmaradékokat különféle vegyületek hidroxil-, tiol- és aminocsoportjaiba viszi át.
6.3. Szulfonsavak
és funkcionális származékaik
Szulfonsavak RSO 3 A H olyan szénhidrogén-származéknak tekinthető, amelyben a hidrogénatomot SO 3 H szulfoncsoport helyettesíti. A legismertebbek az aromás sorozatú szulfonsavak; legegyszerűbb képviselőjük a benzolszulfonsav. A kénsavhoz hasonlóan a szulfonsavak erősen savasak.
A szulfonsavak, akárcsak a karbonsavak, funkcionális származékokat képeznek - sókat, észtereket, amidokat stb.
Az N-szubsztituált amidok nagy jelentőséggel bírnak az orvosi gyakorlatban. szulfanil(n-aminobenzolszulfon)sav - szulfonamid szerek (lásd 9.3).
Megjegyzendő, hogy az ecetsavmolekulába akár egy klóratom bevitele is két nagyságrenddel növeli a savasságot, és a triklór-ecetsav erőssége összemérhető a szervetlen származékokkal.
A savasság változása az a-vajsavról g-vajsavra való áttéréskor azt a korábban kifejtett állítást illusztrálja, hogy az induktív hatás (mind a donor, mind az akceptor) a szomszédos atomon a legszembetűnőbb. Minél távolabb helyezkedik el a klóratom, annál kevésbé hat a savasságra.
Az aromás sorozatban a karboxilát anion stabilitása megnő az aromás gyűrűvel való konjugáció miatt. Így a benzoesav körülbelül 3,6-szor erősebb, mint az ecetsav. A 2,4,6-benzolgyűrű pozícióiban lévő akceptorok növelik, a donorok csökkentik a savasságot. Ezenkívül a 2- és 6-helyzetben lévő szubsztituensek különösen erős hatást fejtenek ki, amelyet a karboxilcsoporthoz való közelségük okoz. Például, pár-klórbenzoesav csak 1,6-szor, in orto A klórbenzoesav 19-szer erősebb, mint a benzoesav.
35. sz. előadás
Karbonsavak és származékaik
Monokarbonsavak.
· Kémiai tulajdonságok. Karbonsav-származékok előállítása: sók, anhidridek, halogenidek, észterek, amidok, nitrilek. Savak dekarboxilezése, redukciója és halogénezése. Szubsztitúciós reakciók az aromás karbonsavak gyűrűjében. A karbonsavak felhasználásának fő módjai.
A karbonsavak származékai.
· Sók. Nyugta. Kémiai tulajdonságok: dekarboxilezés, Kolbe anódos szintézis, karbonilvegyületek előállítása.
· Anhidridek. Előkészítés: savak dehidratálása P 2 O 5 felhasználásával; karbonsavsók savkloridokkal történő acilezése. Kémiai tulajdonságok: reakciók nukleofilekkel (acilezés, észterezés).
· Savkloridok. Nyugta. Kémiai tulajdonságok: reakciók nukleofilekkel (acilezés, észterezés, kölcsönhatás vízzel, ammóniával, aminokkal, fenolokkal), redukció aldehidekké, reakciók szerves magnéziumvegyületekkel. Benzoil-klorid és benzoilezési reakciók.
· észterek. Előkészítés: karbonsavak észterezése (mechanizmusa), alkoholok és alkoholátjaik acilezése acil-halogenidekkel és -anhidridekkel, karboxilát ionok alkilezése. Kémiai tulajdonságok: hidrolízis (sav-bázis katalízis mechanizmusa), átészterezés; ammonolízis, katalitikus hidrogénezés, redukció komplex fémhidridekkel és fémekkel protonforrások jelenlétében.
Monokarbonsavak.
Kémiai tulajdonságok. Karbonsav származékok
Sók
A sók képződése a karbonsavak legegyszerűbb reakciója.
A szénhidrogének karbonsavsók dekarboxilezésével és Kolbe anódos szintézisével történő előállítását az „Alkánok” fejezet tárgyalja.
Anhidridek
A karbonsav-anhidridek előállíthatók intermolekuláris dehidratálással vagy karbonsavak savkloridokkal történő acilezésével. Az acilezési reakció egy acilcsoport (egy karbonsavmaradék, de nem egy aldehid) bevitele.
Az első módszer szimmetrikus anhidrideket, a második szimmetrikus és aszimmetrikus anhidrideket állít elő.
Maguk a karbonsav-anhidridek kémiailag nem különösebben érdekesek. Mint bármely savak anhidridjei, a karbonsav-anhidridek a savak rejtett és reaktívabb formája. Gyakran használják savak helyett az acilezési reakciókban (lásd alább).
Az anhidrideket víz könnyen hidrolizálja a megfelelő savvá.
Savhalogenidek
Az acil-halogenidek karbonsavak származékai, amelyek OH-csoport helyett halogénatomot tartalmaznak. Az esetek túlnyomó többségében a molekula klóratomot tartalmaz, sokkal ritkábban brómot, és soha nem tartalmaz fluort. Amikor az emberek savhalogenidekről beszélnek, szinte mindig savkloridokra gondolnak.
A savkloridokat foszfor-halogenidek (PCl 3, POCl 3, PCl 5) vagy tionil-klorid (SOCl 2) savakkal való reagáltatásával állítják elő. A reakciómechanizmus hasonló az alkoholok OH-csoportjának korábban leírt halogénatommal történő helyettesítéséhez.
A hangyasav-kloridok stabilitása olyan alacsony, hogy nem állíthatók elő.
A savkloridokat, az anhidridekhez hasonlóan, számos reakcióban reagensként használják karbonsavszármazékok előállítására.
Esters
A karbonsavak és alkoholok kölcsönhatása ásványi sav jelenlétében (észterezési reakció) észterekhez vezet.
Az észterezési reakció mechanizmusa:
A kapott semleges köztitermékben az előre és fordított reakció sebessége közel van. A reakcióhozamok általában nem haladják meg az elméleti 70%-át. A hozam növelése érdekében az észtert általában eltávolítják a reakciógömbből.
Az észterezési reakció mechanizmusát izotóposan jelölt alkohollal igazoltuk.
Izotóp nyomjelzőt nem észleltek a vízben. Ezért az észter oxigén alkoholból származik.
Az észterezési reakció teljesen reverzibilis. A fordított reakció a hidrolízis (savas vagy lúgos). A savas hidrolízis mechanizmusa fent látható.
A hidrolízis mechanizmusa lúgok jelenlétében (elszappanosítási reakció):
A savas hidrolízis az észterezéshez hasonlóan teljesen reverzibilis. Az alkáli hidrolízis karbonsavsót képez, ezért visszafordíthatatlan.
Átészterezés
Az észtereket átészterezési reakcióval is előállíthatjuk.
Az átészterezési reakció mechanizmusa nagyon hasonló a hidrolízishez (H-OH - R-OH helyett).
Mivel a reakció teljesen reverzibilis, nagy alkoholfeleslegben (R”-OH) hajtjuk végre, hogy az egyensúlyt jobbra toljuk. Egyes esetekben az átészterezés még jobb eredményeket ad, mint az észterezés.
Az észterezés és átészterezés előnye a reakció egyszerűsége és a kiindulási anyagok elérhetősége, hátránya a reakció reverzibilitása. Irreverzibilis reakciókban észterek keletkeznek karbonsavak anhidridjéből vagy savkloridjaiból.
Éterek előállítása anhidridekből.
Észterek előállítása savkloridokból.
A funkcionális származékok karbonsavak olyan származékai, amelyekben az OH-csoportot egy Z nukleofil részecske helyettesíti.
3. sz. táblázat Karbonsavak funkcionális származékai R─ C(O)Z
6.1. Elnevezéstan.
A karbonsavszármazékok nómenklatúrája nagyon egyszerű, és magának a karbonsavnak a nevein alapul. A savanhidrideket például úgy nevezzük el, hogy hozzáadjuk a " anhidrid " a megfelelő sav nevére.
A vegyes anhidridek megnevezéséhez fel kell sorolnia mindkét savat, amelyek az anhidridet alkotják.
Az acil-halogenidek jelölésére a „-” savvégződés új " helyébe "- olaj " a halogén nevének hozzáadásával.
Amidok jelölésére a végződés "-ova ", amely a savakra jellemző, helyébe a "- amid "vagy a befejezés" karbonsav " helyébe " karboxamid ».
A nitrogén-szubsztituált amidok előtagja jelzi ezeket a szubsztituenseket.
Az észterek neve úgy van megszerkesztve, hogy a név első részét az oxigénatomhoz kapcsolódó alkilcsoport jelölése foglalja el. A név második része a karbonsav megjelölése, amelyben a „- új " lecserélve a végződésre "- nál nél ».
A nitrileknek számos elnevezési rendszer létezik. Az IUPAC nómenklatúra szerint alkanitrileknek nevezik őket, i.e. az alkán nevéhez a „-” végződés kerül nitril " A nitrilcsoport szénatomja mindig először van számozva.
Egy másik elnevezési rendszerben a „- új " helyébe "- onitril "vagy a kifejezés" karbonsav " helyébe "- karbonitril ».
A fejezet zárásaként bemutatjuk a karboxilcsoport származékainak néhány tipikus funkciós csoportjának nevét: COOR - a csoport ún. « alkoxi-karboxil» , CONH 2 – « karbamoil» , COCl – « kloroformil» ,CN – « cián» . Így nevezik ezeket a csoportokat a polifunkcionálisan szubsztituált cikloalkánokban és alkánokban.
6.2. A karbonsavszármazékok kémiai tulajdonságai.
A funkcionális származékok, mint a karbonsavak, képesek acilezési reakciókon menni, ezért tekinthetők acil származékok különféle nukleofilek. Az acilezési reakciók a karbonsavak egyéb funkcionális származékainak képződéséhez vezetnek.
Nukleofil szubsztitúciós reakcióhoz sp 2-hibrid acil szénatom, kétlépcsős addíciós-eliminációs mechanizmus valósul meg. Az első lépésben egy nukleofil szer hozzáadódik egy karbonsav-származékhoz, és töltéssel (anionos nukleofil ágens esetén) vagy betainnal (semleges nukleofil ágens esetén) tetraéderes intermediert képez. A második szakaszban a Z kilépő csoport leválik erről az intermedierről anion vagy semleges molekula formájában, és létrejön a végső szubsztitúciós termék.
Általában a reakció reverzibilis, de ha ZÉs Nu bázikusságukban és nukleofilitásukban nagymértékben különbözik, visszafordíthatatlanná válik. A kilépő csoport felszámolásának hajtóereje Z egy π kötés kialakulása az oxigén és a karbonil szénatom között anionos tetraéderes intermedierből. Elvileg mindkét szakasz befolyásolhatja a reakció sebességét, azonban általában a nukleofil szer adagolásának első szakasza lassú, és meghatározza a teljes folyamat sebességét. Mind a sztérikus, mind az elektronikus tényezők fontosak a karbonsavszármazékok reaktivitásának számszerűsítésében. A nukleofil reagens karbonil-szénatomon történő támadásának szterikus akadálya a sorozat reakcióképességének csökkenését okozza:
A funkcionális származékok reaktivitása az acilezési reakciókban (acilezési képesség) a Z részecske természetétől függ, és korrelál a kilépő Z-anion stabilitásával:
minél stabilabb az anion, annál nagyobb az acilszármazék reaktivitása.
Az acil-halogenidek és -anhidridek a legnagyobb acilező aktivitással rendelkeznek, mivel acilmaradékaik jó kilépő csoportokkal - halogenidionokkal és karbonsavak anionjaival - kombinálódnak. Az észterek és amidok gyengébb acilezőképességet mutatnak, mivel az alkoxid- és amidionok nem stabil anionok és nem jó kilépőcsoportok. Az acilezési képesség értékelésének ezt a megközelítését az alábbiakban mutatjuk be, a karbonsavak legfontosabb funkcionális származékainak összehasonlításán keresztül:
6.3. Savhalogenidek.
A savhalogenidek a karbonsavak funkcionális származékai, amelyek általános képlete RC(O)Hal.
A savhalogenidek erős, tolakodó szagú folyadékok vagy szilárd anyagok, amelyek erősen irritálják a bőrt és a nyálkahártyákat. Az acil-kloridok és az acil-bromidok gyakorlati jelentőséggel bírnak.
