supstituisanek.k.elektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p6-supstituisane k..pdf · 1...
TRANSCRIPT
1
Supstituisane k.k.
Značaj
� Sinteza� Aminokiseline
� Biodegradabilni polimeri
� Peptidi
� Industrijska primena� Aminokiseline
� Stočarstvo
� Hiralni katalizatori
� Hidroksikiseline� Kozmetička industrija - kreme
� Biološki značajna jedinjenja� peptidi (belančevine)
2
Podela
� Halogensupstituisane kiseline
� Hidroksi (oksi) kiseline
� Keto (okso) kiseline
� Aminokiseline
Halogensupstituisane kiseline
Br
RCHCOOH
Br
CH3CH
2CHCOOH
Br
R'CHCH2COOH
α-halogensupst. k. β-halogensupst. k.
2-brombutanska k.(α-brombuterna k.)
3
Dobijanje halogensupst. k.
� Halogenovanje alifatičnih kiselina. Hell-Volhard-Zelinsky reakcija
� Adicija halogenovodoničnih k. na α,β-nezasićene k.
� Reakcija halogenovodonika sa hidroksikiselinama
Halogenovanje alifatičnih kiselina. Hell-Volhard-Zelinsky reakcija
� Slično aldehidima i ketonima, α-C–atom alkanskih (alifatičnih) k. može se halogenovati pomoću X2 (Cl2, Br2) u prisustvu kat. količine elementarnog (crvenog) fosfora:
R CH COOH
H
R CH COOH
X
+ X2
P+ HX
2-halogenkarboksilna k.(α-halogensupstituisana k.)
Mogu se zameniti svi α-H–atomi!
4
Halogenovanje alifatičnih kiselina. Hell-Volhard-Zelinsky reakcija
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
CH3COOH
Cl2, P
CH2COOHCl2, P
CHCOOHCl2, P
CCOOH
Br Br
Br
CH3CH
2COOH CH
3CHCOOH CH
3CCOOH
Br2, P Br2, P
Br2, P
nema reakcije
Adicija halogenovodoničnih k. na α,β-nezasićene k.
� Ovo je zapravo 1,4–adicija nukleofilnog reagensa H–Bna α,β-nezasićeni karbonilni sistem:
RCH=CHCOOH RCHCH2COOH
X
HXX2=Cl2, Br2
C
O
C OHCH B C
B
C
C
O H
OH
C
B
C
H
C
O
OH
δ+
δ_
+1,4-adicija αβ
β α
enol-oblik
izomerizacija
αβ
Čini se da je došlo do 1,2-adicije NuH na dvostruku vezu C-C!!!
5
Adicija halogenovodoničnih k. naα,β-nezasićene k.
� Iz α,β-nezasićenih k. konjugovanom adicijom može nastati čitav niz sistema.
RCH CHCOOH
OH
X
NH3
CN
H /H2O
NH3
+
3-hidroksikarboksilna k.
(β-hidroksikiselina)
HX
HCN
RCHCH2COOH
RCHCH2COOH
RCHCH2COO
+
-
RCHCH2COOH
3-halogenkarboksilna k.
(β-halogenkiselina)
3-aminokarboksilna k.
(β-aminokiselina)
3-cijanokarboksilna k.
(β-cijanokiselina)
Reakcija halogenovodonika sa hidroksikiselinama
RCHCH2COOH
OH
RCHCH2COOH
X
HX
X2=Cl2, Br2
6
Reakcije halogensupstituisanih k.
� Kiselost
� Prevoñenje u cijanokiseline
� Prevoñenje u nitrokiseline
� Prevoñenje u oksikiseline
� Prevoñenje u aminokiseline
� Prevoñenje u nezasićene kiseline
Kiselost
CH3
CH2
CH2
COOH
CH3
CH2
CH COOH
Cl
CH3
CH CH2
COOH
Cl
CH2
CH2
CH2
COOH
Cl
Povećana u odnosu na nesupstituisane k.!
1
2
3
4
7
Prevoñenje u druge supst. k.
X
R'CH2CHCOOH
R'CH=CHCOOH
CN
NO2
OH
NH3
R'CH2CHCOOH
R'CH2CHCOOH
R'CH2CHCOOH
R'CH2CHCOO
+
2. CN-
NO2
-
1. OH , H2O-
2. H3O+
2. H3O+
1. KOH (alk.)
NH3, H2O _
1. Na2CO3
2. H3O+
α-cijanokiselina
α-aminokiselina
α-nitrokiselina
α-hidroksikiselina
α,β-nezasićena k.
Hidroksi (oksi) kiseline
OH
RCHCOOH
OH
CH3CH
2CHCOOH
OH
R'CHCH2COOH
α-oksi k. β-oksi k.
2-hidroksibutanska k.(α-hidroksibuterna k.)
8
Dobijanje α-oksikiselina
� Hidroliza α-halogensupstituisanih k.
� Hidroliza cijanhidrina
� Redukcija α-ketokiselina
Hidroliza α-halogen-supstituisanih k.
RCHCOOH
X
RCHCOO
OH
RCHCOOH
OH
OH , H2O-
∆
-H3O
+
9
Hidroliza cijanhidrina
RCCN
OH
H
RCCOOH
OH
H
∆
H3O+
(R') (R')
Redukcija α-ketokiselina
RCCOOH
O
RCHCOOH
OH
H2/Ni
10
Dobijanje β-oksikiselina
� Hidratacija α, β-nezasićenih kiselina
Hidratacija α, β-nezasićenih kiselina
RCH=CHCOOH CH2COOHCR
H
OHH3O
+
11
Reakcije oksikiselina
� Kiselost
� Dehidratacija
� Intramolekulska esterifikacija
Kiselost
CH3
CH2
CH2
COOH
CH3
CH2
CH COOH
OH
CH3
CH CH2
COOH
OH
CH2
CH2
CH2
COOH
OH
Povećana u odnosu na nesupstituisane k.!
1
2
3
4
12
Dehidratacija
R CH CH2
COOH
OH
RCH=CHCOOH ∆
Intramolekulska esterifikacija kod hidroksi supst.k. - lakton
RCHCH2CH
2COO
OH
O
O
R
Na- +
H+
OH -
αβγ
γ-lakton
RCHCH2CH
2CH
2COO
OH
O
O
R
Na- +H+
OH -
αβγδ
δ-lakton
13
Keto (okso) kiseline
O
RCCOOH
O
CH3CH
2CCOOH
O
R'CCH2COOH
α-keto k. β-keto k.-nestabilne (dekarboksilacija)
2-oksobutanska k.(α-ketobuterna k.)
Dobijanje α-ketokiselina
� Hidroliza α,α-dihalogensupstituisanih kiselina
� Hidroliza acilcijanida
� Oksidacija α-oksikiselina
� Piroliza vinske k.
14
Hidroliza α,α-dihalogensupstituisanih kiselina
RCCOOH
X
RCCOO
O
RCCOOH
O
X
OH , H2O-
- H3O+
Hidroliza acilcijanida
R C
Cl
O
R C
O
CN
R C
O
COOH
HCN H3O+
15
Oksidacija α-oksikiselina
R C
OH
COOH
H
R C
O
COOH
CrO3
Piroliza vinske k.
CH3C COOH
O
CH OH
CH OH
COOH
COOH
∆+ H2O + CO2
2-oksopropanska k.(α-ketopropionska k.)
(pirogrožñana k.)
16
Reakcije keto kiselina
� Stvaranje oksima i fenilhidrazona
� Dekarboksilacija
Stvaranje oksima i fenilhidrazona
R
C
CH2
COOH
O
R
C
CH2
COOH
N R'H2N-R'
R’= OH, NH-C6H5
17
Dekarboksilacija
R C
CH2
C
O O
O
H
R C
CH2
OH
R C
CH3
O
+ CO2
Aminokiseline
NH2
RCHCOOH
NH2
CH3CH
2CHCOOH
NH2
R'CHCH2COOH
α-amino k. β-amino k.
2-aminobutanska k.(α-aminobuterna k.)
18
Aminokiseline kao dipol-joni
� Za razliku od amina i k.k., aminokiseline su neisparljive kristalne supstance koje se tope uz razgradnju pri visokim temperaturama
� Nerastvorne su u nepolarnim rastvaračima (petroletar, benzen, etar), a rastvorne u vodi
� Konstantne kiselosti i baznosti su male za –COOH i –NH2 grupe
NH3
RCHCOO-
+
cviter jon
(dipolarni-jon)
Dobijanje α-aminokiselina
� Direktna amonoliza
� Gabriel-ova sinteza
� Strecker-ova sinteza
19
Direktna amonoliza
Br
CH3CH
2COOH CH
3CHCOOH CH
3CHCOO
NH3
Br2, P NH3, višak
+
-
prinos 70%
alanin
Gabriel-ova sinteza
Cl CH2COOC
2H
5
CH2COOH
NH3
N
O
O
N
O
O
CH2COOC
2H
5
+-
ukupan prinos 89%
glicin-hidrohlorid
K- +
kalijum-ftalimid
+
HCl, H2O
Cl
etil-hloracetat
+ ftalna kiselina
:
SN2
20
Gabriel-ova sinteza
N
O
O
Br
COOC2H
5
COOC2H
5
H C
COOC2H
5
COOC2H
5
HN
O
O
C
COOC2H
5
COOC2H
5
N
O
O
C
COOC2H
5
COOC2H
5
N
O
O
RCH3N R
H
COOH
C
COO
COO
NH2
R
K
_+
+_
+
:
_
_
SN2
R-BrSN2
NaOH, H2O1. H , H2O+
2. ∆ ∆
NaOC2H5
+natrijum-ftalat
:
Strecker-ova sinteza
CH3CH
O
CH3CH
NH
CH3
C
NH2
H
CN CH3
C
NH3
H
COO
+
prinos 55%
∆
H+, H2ONH3
-H2O
HCN -
imin 2-aminopropanonitril
21
� Adicija NH3 na α,β-nezasićene kiseline
Dobijanje β-aminokiselina
Adicija NH3 na α,β-nezasićene k.
RCH=CHCOOH RCHCH2COO
NH3
NH3
+
-
22
Reakcije aminokiselina
� Kiselost i baznost aminokiselina. Grañenje soli
� Esterifikacija
� Acilovanje
� Stvaranje diketopiperazina
� Stvaranje laktama
Kiselost i baznost aminokiselina
NH3
RCHCOO
NH2
RCHCOO-
+
+ H2O- ++ H3O
kiselina
Ka=
[H3O+][H2NCHRCOO ]
-
[+H3NCHRCOO ]-
kiselostkiselost amonijumamonijum--jonajona
23
Kiselost i baznost aminokiselina
NH3
RCHCOO
NH3
RCHCOOH-
+
+ H2O-
+
+ OH
baza
Kb=
[OH ][+H3NCHRCOOH]-
[+H3NCHRCOO ]-
baznostbaznost karboksilatnogkarboksilatnog jonajona
Kiselost i baznost aminokiselina
� U vodenom rastvoru kiselost i baznost kiseline i njene konjugovane baze su povezane izrazom:� Ka x Kb = 10-14
� Ka = 1,6 x 10-10 za –NH3+ za glicin (pKa=9,8)
� → Kb = 6,3 x 10-5 za –NH2 → pKb=4,2
� Kb = 2,5 x 10-12 za –COO- za glicin (pKb=11,6)� → Ka = 4 x 10-3 za –COOH (k.k. sa jakom elektron-
akceptorskom grupom –NH3+) → pKa=2,4
24
Kiselost i baznost aminokiselina
NH3
RCHCOO
NH2
RCHCOO-
+
+ H2O-
+ OH-
NH3
RCHCOO
NH3
RCHCOOH-
+
+ H3O
+
+ H2O+
jača kiselina jača baza slabija baza slabija kiselina
jača baza jača kiselina slabija kiselina slabija baza
Povećanjem baznosti rastvora a.k.:
Povećanjem kiselosti rastvora a.k.:
Izoelektrična tačka
� pH vrednost na kojoj je količina protonovane a.k. jednaka količini deprotonovane zove se izoelektrična tačka
� pri ovoj pH a.k. se ne kreću ni prema anodi ni prema katodi
� pri ovoj pH a.k. ima najmanju rastvorljivost – najveća koncentracija dipol-jona
NH3
RCHCOO
NH3
RCHCOOH
NH2
RCHCOO-
+
-
+
H+ H+
OH OH- -
I=(pKa-pKb+14)/2 → I za glicin = 6,1
25
Grañenje soli
NH3
RCHCOO
NH3
RCHCOOH
NH2
RCHCOO
-
+
+Cl
-
-Na
+
HCl
NaOH
Esterifikacija
NH3
RCHCOO
NH3
RCHCOOH
NH3
RCHCOOR'
NH2
RCHCOOR'
-
+
H3O
+
+ H2O
+
+ R'OH
OH-
+
26
Acilovanje
NH3
RCHCOO
NH2
RCHCOO
NH
COR'
RCHCOO
NH
COR'
RCHCOOH
-
+
-OH-
+ R'COX
- H3O+
Stvaranje diketopiperazina
NH3
RCHCOO NN
R O
RO
HH-
+
2∆
+ 2 H2O
ciklični diamid
27
γ-amino supst.k. grade γ-laktame
RCHCH2CH
2COOH
NH2
NH
O
R
∆αβγ
γ-laktam
RCHCH2CH
2CH
2COOH
NH2
N
O
R
αβγδ
δ-laktam
∆
δ-amino supst.k. grade δ-laktame