IV. Реакции с электрофильными реагентами

1. Карбоновые кислоты очень слабые нуклеофилы, поэтому сильные электрофилы - H^, PCl₅, PCl(Br)₃, SОCl₂, сначала взаимодействуют с парой электронов карбонильного атома кислорода:

А

) реакция кислоты с H^ используется для усиления электрофильности карбонильного атома углерода (кислотный катализ)

Б ) механизм действия хлористого тионила, приводящий к образованию хлорангидридов кислот

H O: ^S=О H O^ S^Ө=О О

R-C ^+C + Cl Cl R-С ^+ C Cl^- Cl R-СН₂-C + SО₂ + НCl

H OH H OH Cl

В) по аналогии пента- и тригалогенид фосфора образует галогенангидриды кислот

О О О О

RСОН + P(Hal)₅  RСHal + PОHal₃ + НHal; СН₃СОН + PCl₅  СН₃СCl + PОCl₃ + НCl;

Г) монокарбоновые к-ты с SF₄ (SF₄ легко получается из SCl₂ и NaF) образуют трифторпроизводные углеводородов, в которых атомы F находятся у одного атома углерода

СН₃СООН + SF₄ СН₃СF₃ + SО₂ + НF

2. Для проведения реакции с более слабыми электрофилами (синтез сложных эфиров и ангидридов к-т), необходимо “активировать” СООН группу, сначала превратив ее в карбоксилат-анион:

R₁СООН + ^Nа^ӨОН  R₁СОО^Ө + Nа^ + Н₂О,

а) R₁С(О)О^Ө_{(карбоксилат-анион)} + RС(О)Сl _{(хлористый ацил)}  R₁СООСОR_{(ангидриды кислот)} + Сl^Ө

Б) R₁С(О)О^Ө + R^+Сl^- {или RОS(О)Сl}  R₁СООR + Сl^Ө{+ SО₂}

^{алкилхлорид алкилхлорсульфит сложный эфир}

б) Синтез сложных эфиров из серебряных солей карбоновых кислот за счет образования

труднорастворимых галогенидов серебра

R^+-Hal^- + Ag^ + ^ӨOC(O)-R₁  R-OC(O)-R₁+AgHal

V. Реакции нуклеофильных реагентов с реакционными центрами содержащими карбонильный атом углерода в карбоксильной группе и ее производных

В зависимости от природы нуклеофильного атома, несущего избыток электронной плотности, различают: Н-, С-, N-, О- нуклеофилы в реакциях присоединения–отщепления.

1) Реакции восстановления h-нуклеофилами:

а) LiAlH₄ восстанавливает монокарбоновые к-ты (через карбоксилат-анионы, т.к. в карбоксиле имеется «активный H», например Li^[AlH₄]^Ө + R–СOОН  R–СOОAl^ӨH₃Li^_{(комплексная соль)} + Н₂).

В жестких условиях в избытке LiAlH₄ восстановление идет до первичных спиртов с выделением Н₂ путем последовательных переходов гидрид-ионов Н:^Ө к атому С карбоксилата.

4 R–СOОН + 3LiAlH₄  4 Н₂ + 2 LiAlО₂ + [(RСН₂О)₄Al]^ӨLi^{ Н3О} 4 RСН₂ОН + AlСl₃ + LiСl

б) Производные монокарбоновых к-т R–СOZ восстанавливаются до спиртов без выделения Н₂

RСН₂ОН

О^- 1) LiAlH₄ здесь Z = {Hal, ОR, ОСОR - чаще карбэтоксилная группа},

R ₁С^+Z 2) Н₃О^ NаВH₄ можно использовать вместо LiAlH₄ только для Z = Hal

в) Амиды восстанавливаются без выделения Н₂ до первичных, вторичных или третичных аминов

RСН₂Z

О^- 1) LiAlH₄ здесь Z = {NН₂; NНR; N(R)₂}, выход 60-90%,

R ₁С^+Z 2) Н3О^ NаВH₄ не используют.

2) С-нуклеофилы:

В качестве С-нуклеофилов в органическом синтезе чрезвычайно часто используются металлорганические соединения карбанионной природы со связью C^ӨMe^. Типичным примером реакции по карбонильному атому углерода является взаимодействие в эфире или ТГФ производных карбоксильной группы с реактивом Гриньяра  R^Ө(MgХ)^ (алкилмагнийгалогенид).

О^- ОMgХ  MgХZ О + 1) R₂MgХ ОН

R ₁С^+Z + R^Ө(MgHal)^  R₁СZ R₁СR + 2) Н₂О R₁СR₂ + Mg(ОН)Х

С-нуклеофил R (где Z = Hal, ОR, ОСОR, N(R)₂) R _{третичный спирт}

3) О-нуклеофилы: А) В органической химии одними из наиболее изученных механизмов реакцией является синтез сложных эфиров (этерификация⁵), а также реакций гидролиза и переэтерификации в присутствии кислого катализатора. Эти реакции обратимы, поэтому их механизмы легко представить как постадийный процесс в каждом из обоих направлениях (см. “алканолы” ацилирование спиртов).

4) N-нуклеофилы

Для карбоксильной группы характерна поляризация С=О связи в силу большой электроотрицательности кислорода. В результате на карбонильном атоме углерода возникает ⁺, а на атоме кислорода ^ заряды (>С^+=О^). Данные реакции могут протекать в отсутствии или присутствии кислотных катализаторов. Большинство из них протекает как нуклеофильное присоединение  Ad_N

Р еакции конденсации с участием соединений, содержащих аминогруппу общей формулы - NН₂А, где А = Н, R, ОН, NН₂, NНС₆Н₅, NНС(О)NН₂ и др. (аммиак, амины, гидроксиламин, гидразин, фенилгидразин, семикабозид и др.) по схеме напоминает образование сложных эфиров,

Ф

ормализованная схема р-ций образования амидной группы:

R СОН + :NН₂А  RСNНА + Н₂О

О О