<img src="http://e-biotechnologia.pl/obrazki/logopl.jpg" ALIGN="left" alt="Wydział Farmaceutyczny UJ" HSPACE=5 VSPACE=70/>
PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Tytuł oryginalny: Materiały dodatkowe – kwasy i pochodne
Autor: dr Marek Żylewski
Uniwersytet Jagielloński (
www)
Wydział Farmaceutyczny Collegium Medicum (
www)
Katedra Chemii Organicznej (
www)
Kierownik: Prof. UJ, dr hab. Marek Cegła
Adres:
ul. Medyczna 9
30-688 Kraków
Kontakt: tel. 012 620 55 00
Hydroliza estrów
Hydrolizę estrów można wykonać zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym.
Reakcja biegnąca w środowisku kwaśnym jest dokładnym odwróceniem reakcji
bezpośredniej estryfikacji, jak to już zostało wspomniane i oczywiście jest procesem
równowagowym. Hydroliza estrów przebiegająca w środowisku zasadowym
(zmydlanie estrów) jest procesem nieodwracalnym, w którego wyniku powstaje sól
kwasu i odpowiedni alkohol:
Transestryfikacja (alkoholiza estrów)
Reakcja estrów z alkoholami jest równowagowym procesem pozwalającym na
otrzymanie nowego estru:

Aby osiągnąć dobre wydajności, stosuje się albo znaczny nadmiar jednego z
substratów, albo oddestylowuje się lotny produkt reakcji.
Aminoliza estrów
Estry są cennymi środkami acylującymi aminy. Reakcje z reguły przebiegają z
dobrymi wydajnościami, ale ze względu na mniejszą reaktywność estrów niż chlorków
czy bezwodników wymagają dłuższego czasu prowadzenia procesu:

Reakcję tą stosuje się w praktyce, kiedy odpowiednie chlorki czy bezwodniki są trudne
do uzyskania.
Reakcja estrów ze związkami Grignarda
Estry reagują ze związkami magnezoorganicznymi analogicznie do chlorków czy
bezwodników. Reakcja rozpoczyna się od addycji cząsteczki związku Grignarda do
grupy karbonylowej estru, a następnie ulega odłączeniu cząsteczka alkoholanu:

Powstały keton natychmiast reaguje z drugą cząsteczką związku Grignarda:
Redukcja estrów
Redukcja grupy estrowej zachodzi dość trudno. W jej wyniku otrzymuje się alkohol,
będący wynikiem redukcji fragmentu pochodzącego od kwasu oraz uwolniony zostaje
alkohol wchodzący w skład estru:

Do redukcji estrów stosować można LiAlH
4 jak również dobre wyniki uzyskuje się
redukując estry za pomocą sodu w alkoholu. Przed odkryciem LiAlH
4 ta ostatnia
metoda była główną reakcją stosowaną do redukcji kwasów karboksylowych – kwas
przeprowadzano w ester i ten dopiero poddawano redukcji z użyciem sodu w alkoholu.
Kondensacja Claisena
Reakcja kondensacji Claisena jest w wielu szczegółach analogiczna do kondensacji
aldolowej. Podobnie jak tamta zachodzi w środowisku silnie zasadowym i rozpoczyna
się od utworzenia karboanionu z cząsteczki estru:

Utworzony karboanion (należy pamiętać, iż podobnie jak w przypadku kondensacji
aldolowej, anion jest tworzony zawsze poprzez oderwanie protonu w pozycji α
względem grupy karbonylowej estru, niezależnie od długości łańcucha), atakuje atom
węgla grupy karbonylowej drugiej cząsteczki estru:

W następnym etapie, poprzez odłączenie anionu alkoholanowego tworzy się
cząsteczka β-oksoestru. Reakcja jednak nie kończy się na tym etapie, ponieważ
powstały β-oksoester tworzy sól w wyniku reakcji z silną zasadą obecną w
mieszaninie reakcyjnej:

Otrzymanie końcowego produktu kondensacji, jakim jest β-oksoester, wymaga
zakwaszenia mieszaniny reakcyjnej:

Ostatni etap reakcji kondensacji Claisena jest bardzo istotny z punktu widzenia
mechanizmu reakcji. Poprzednie bowiem etapy są procesami równowagowymi,
których stała równowagi jest silnie przesunięta w stronę substratów. Tworzenie anionu
β-oksoestru, jako proces nieodwracalny, zaburza położenie równowagi
poprzedzających etapów, powodując pojawianie się kolejnych porcji produktu.
Konsekwencją istnienia tego etapu jest wymóg, aby ester poddawany kondensacji
Claisena posiadał co najmniej dwa atomy wodoru w pozycji α względem grupy
karbonylowej – pierwszy potrzebny jest do utworzenia anionu reagującego z drugą
cząsteczką estru, drugi do utworzenia soli β-oksoestru.
Podobnie jak w przypadku kondensacji aldolowej możliwe jest przeprowadzenie
krzyżowej (mieszanej) kondensacji Claisena. W tym przypadku, aby ograniczyć ilość
możliwych produktów, substraty dobiera się, tak aby tylko jeden z nich posiadał atomy
wodoru w pozycji α i używając tego estru w nadmiarze można z dobrymi
wydajnościami otrzymać jeden produkt:
Reakcja Michaela
Jest to kolejny przykład reakcji addycji do α,β-nienasyconych związków
karbonylowych. Dogodnymi substratami do tej reakcji są związki posiadające
reaktywne atomy wodoru, czyli atomy wodoru grupy CH lub CH
2 stojącej pomiędzy
grupami karbonylowymi. Najczęściej wykorzystywanymi są estry kwasów
malonowego i acetylooctowego oraz ich pochodnych. W pierwszym etapie reakcji
cząsteczka estru reaguje z silną zasadą (alkoholan) – analogicznie rozpoczyna się
reakcja kondensacji Claisena – tworząc karboanion:

Powstały anion reaguje z nienasyconym związkiem karbonylowym, zgodnie z jego
strukturą kanoniczną, obrazującą układ z rozdzielonym ładunkiem:

W ostatnim etapie następuje pobranie protonu z rozpuszczalnika (odtworzenie
katalizatora) i przemiana tautomeryczna formy enolowej w ketonową:

Sumarycznie kondensacja Michaela może być rozpatrywana jako addycja 1,4 kwasu,
jakim jest aktywna grupa CH związku 1,3-dikarbonylowego do α,β-nienasyconego
związku karbonylowego. Reakcja ta stanowi bardzo dobrą metodę rozbudowy i
łączenia różnych fragmentów węglowodorowych w większe struktury. W połączeniu z
łatwą dekarboksylacją pochodnych kwasu malonowego czy β-oksokwasów
kondensacja Michaela może być wykorzystywana do syntezy skomplikowanych
kwasów lub ketonów. Poniższy przykład obrazuje zastosowanie kolejno reakcji
kondensacji, hydrolizy grup estrowych produktu i dekarboksylacji w celu otrzymania
złożonego kwasu monokarboksylowego:
Otrzymywanie estrów
Poniżej zebrano metody otrzymywania estrów:
a) bezpośrednia estryfikacja kwasów alkoholami (nie nadaje się do otrzymywania
estrów fenoli)
b) reakcja chlorków i bezwodników kwasowych z alkoholami i fenolami
c) reakcja soli kwasów karboksylowych z halogenopochodnymi:

d) otrzymywanie estrów metylowych w reakcji kwasów z diazometanem: