11: مشتقات اسید کربوکسیلیک - واکنش های جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی
- Page ID
- 216523
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)ترکیبات مورد بحث در این فصل همگی از اسیدهای کربوکسیلیک مشتق شده اند و شامل هالیدهای اسید، انیدریدهای اسید، استرها و آمیدها هستند (تیواسترها و آسیل فسفات ها نیز به طور خلاصه ذکر شده اند). همانطور که از طریق فصل ادامه می دهید، باید به دنبال شباهت در رفتار در میان کلاس های مختلف ترکیبات باشید. این شباهت ها را می توان به راحتی درک کرد، هنگامی که شما این واقعیت را درک می کنید که در اکثر واکنش های آنها، مشتقات اسید کربوکسیلیک از طریق مکانیسم جایگزینی آسیل هسته ای واکنش می دهند.
در این فصل، ما نامگذاری انواع مختلف مشتقات کربوکسیلیک اسید را شرح می دهیم و واکنش نسبی این ترکیبات را از نظر سهم رزونانس به حالت پایه هر نوع ترکیب توضیح می دهیم.
ما واکنش های اسیدهای کربوکسیلیک، هالیدهای اسید، انیدریدهای اسید، استرها، آمیدها، پلی آمید ها و پلی استرها را با جزئیات شرح می دهیم و به طور خلاصه در مورد اهمیت بیولوژیکی استرهای تیول بحث می کنیم. این فصل با نگاهی به چگونگی استفاده از طیف سنجی مادون قرمز و طیف سنجی NMR در شناسایی مشتقات ناشناخته کربوکسیلیک اسید به پایان می رسد.
- فصل 1: چرا این فصل؟
- مشتقات کربوکسیلیک اسید یکی از گسترده ترین مولکول ها هستند، هم در شیمی آزمایشگاهی و هم در مسیرهای بیولوژیکی. بنابراین، مطالعه آنها و واکنش اولیه آنها - جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی - برای درک شیمی آلی اساسی است. ما این فصل را ابتدا با یادگیری مشتقات کربوکسیلیک اسید آغاز خواهیم کرد و سپس شیمی واکنش های جایگزینی آسیل را بررسی خواهیم کرد.
- 11.2: نامگذاری مشتقات اسید کربوکسیلیک
- این صفحه قراردادهای نامگذاری مشتقات کربوکسیلیک اسید را مورد بحث قرار می دهد و بر اهمیت شناسایی گروه های عاملی و سلسله مراتب آنها در نامگذاری تأکید می کند. مشتقاتی مانند استرها، آمیدها، و انیدریدها بر اساس ساختارشان نامگذاری میشوند، با پسوندها و پیشوندهای خاصی که برای نشان دادن روابطشان با کربوکسیلیک اسیدها به کار میرود.
- 11.3: واکنش های جایگزینی آسیل هسته دوست
- این صفحه واکنشهای جانشینی آسیل نوکلئوفیلی را بررسی میکند، یک فرایند کلیدی در شیمی آلی که در آن یک نوکلئوفیل به یک کربن کربونیل از یک مشتق کربوکسیلیک اسید حمله میکند. این مکانیسم شامل تشکیل یک واسطه چهار وجهی و به دنبال آن خروج یک گروه ترک است. این بحث شامل نمونه هایی با مشتقات مختلف مانند استرها و آمیدها است که عواملی را برجسته می کند که بر سرعت واکنش و نتایج تأثیر می گذارد.
- 11.4: واکنش اسیدهای کربوکسیلیک
- این صفحه در مورد واکنشهای اسیدهای کربوکسیلیک با تمرکز بر رفتار آنها در واکنشهای جانشینی آسیل نوکلئوفیل بحث میکند. این ماده واکنش پذیری اسیدهای کربوکسیلیک، مشتقات آنها و شرایطی را که بر این واکنش ها تأثیر می گذارد، پوشش می دهد. واکنش های کلیدی شامل استریفیکاسیون، تشکیل کلرید اسید و هیدرولیز استرها است. اهمیت گروه های عملکردی موجود و تأثیر آنها بر واکنش پذیری نیز برجسته شده است. درک این واکنش ها برای سنتز آلی بسیار مهم است
- 11.5: شیمی هالیدهای اسید
- صفحه شیمی هالیدهای اسید توضیح می دهد که چگونه مشتقات اسید کربوکسیلیک، به ویژه هالیدهای اسید، تشکیل می شوند و واکنش پذیری آنها. این ماده تهیه هالیدهای اسیدی را از طریق واکنش با تیونیل کلرید یا تری برومید فسفر و همچنین واکنش پذیری بالای آنها به دلیل ماهیت قطبی پیوند کربن-هالوژن پوشش می دهد. هالیدهای اسیدی تحت واکنش های جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی با الکل ها، آمین ها و آب قرار می گیرند و آنها را به واسطه های مفید در سنتز آلی تبدیل می کند.
- 11.6: شیمی انیدریدهای اسید
- صفحه انیدریدهای اسیدی توضیح می دهد که چگونه آنها مشتقات اسید کربوکسیلیک هستند که در اثر کم آبی دو مولکول اسید کربوکسیلیک تشکیل می شوند. انیدریدهای اسیدی ترکیبات واکنشی هستند که در واکنش های آسیلاسیون استفاده می شوند که شامل جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی هستند. این صفحه جزئیات آماده سازی آنها، واکنش با الکل ها، آب و آمین ها و نحوه استفاده از آنها در شیمی مصنوعی، به ویژه در تولید استرها، آمیدها و اسیدهای کربوکسیلیک را توضیح می دهد.
- 11.7: شیمی استرها
- آنتی بیوتیک های لاکتام، به ویژه بتالاکتام ها مانند پنی سیلین و سفالوسپورین ها، برای مهار سنتز دیواره سلولی باکتری ها بسیار مهم هستند. آنها با هدف قرار دادن پپتیدوگلیکان در باکتری ها کار می کنند. این کلاس از آنتی بیوتیک ها به طور گسترده ای برای درمان عفونت های باکتریایی استفاده می شود، اگرچه مقاومت از طریق آنزیم های بتالاکتاماز یک چالش مهم است. نسخه های اصلاح شده، مانند متی سیلین، به غلبه بر مقاومت کمک می کنند. این آنتی بیوتیک ها نقش مهمی در پزشکی مدرن ایفا می کنند.
- ۱۱.۸: شیمی آمیدها
- آمیدها مشتقات اسید کربوکسیلیک با یک گروه -NH₂، -NHR یا -NR₂ جایگزین گروه هیدروکسیل یک اسید کربوکسیلیک هستند. آنها بر اساس تعداد جایگزین های نیتروژن به عنوان اولیه، ثانویه یا سوم طبقه بندی می شوند. آمیدها برای تثبیت رزونانس آنها قابل توجه هستند، و آنها را کمتر از استرها یا انیدریدها واکنش پذیر می کند. هیدرولیز آمیدها، کاتالیز شده توسط اسیدها یا بازها، اسیدهای کربوکسیلیک و آمین تولید می کند. آمیدها در داروسازی و پلیمرها مانند نایلون مهم هستند.
- 11.9: شیمی تیواسترها و فسفات های آسیل - مشتقات اسید کربوکسیلیک بیولوژیکی
- تیواسترها و آسیل فسفات مشتقات اسید کربوکسیلیک قابل توجه بیولوژیکی هستند. همانند استیل-کوآ به دلیل واکنشپذیری بالا، نقش حیاتی در متابولیسم دارند. آسیل فسفات واسطه های کلیدی در واکنش های بیوشیمیایی، از جمله انتقال انرژی و فعال سازی بسترها هستند. هم تیواسترها و هم آسیل فسفاتها تحت واکنشهای جانشینی آسیل نوکلئوفیلی مشابه سایر مشتقات کربوکسیلیک اسید قرار میگیرند اما به دلیل پیوندهای ضعیفتر با گروههای گوگرد یا فسفات واکنشپذیرتر هستند.
- 11.10: پلی آمید ها و پلی استرها - پلیمرهای مرحله ای
- این بخش در مورد پلی آمیدها و پلی استرها بحث می کند، با تمرکز بر تشکیل آنها از طریق پلیمریزاسیون مرحله ای رشد. پلی آمیدها مانند نایلون از طریق واکنش دی آمین ها با اسیدهای دی کربوکسیلیک تشکیل می شوند، در حالی که پلی استرها مانند PET از واکنش دی ول ها با اسیدهای دی کربوکسیلیک حاصل می شوند. این متن فرایند پلیمریزاسیون، نقش واکنش های تراکم را توضیح می دهد و کاربردها و خواص این پلیمرها را برجسته می کند، از جمله اهمیت آنها در مواد روزمره.
- 11.11: طیف سنجی مشتقات اسید کربوکسیلیک
- این بخش طیف سنجی مشتقات کربوکسیلیک اسید را شامل می شود، از جمله تکنیک هایی مانند مادون قرمز (IR)، رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) و طیف سنجی جرمی (MS). از این روش ها می توان برای شناسایی گروه های عاملی، ویژگی های ساختاری و محیط های شیمیایی خاص در مشتقات کربوکسیلیک اسید مانند استرها، آمیدها و انیدریدها استفاده کرد. جزئیات در مورد داده های طیفی مشخصه، با تمرکز بر تجزیه و تحلیل ارتعاشات پیوند و محیط های الکترونی مورد بحث قرار گرفته است.
- 11.12: مواد شیمی-آنتی بیوتیک های بتالاکتام
- آنتی بیوتیک های لاکتام در پزشکی مدرن ضروری هستند. لاکتامها، به ویژه بتالاکتام ها مانند پنی سیلین و سفالوسپورین ها، با هدف قرار دادن پپتیدوگلیکان، سنتز دیواره سلولی باکتری را مهار می کنند. این بخش ساختار شیمیایی، نحوه عملکرد و اهمیت آنها در مبارزه با عفونت های باکتریایی را برجسته می کند. مقاومت، که اغلب توسط آنزیم های بتالاکتاماز ایجاد می شود، چالش هایی را ایجاد می کند، اما نسخه های اصلاح شده مانند متی سیلین به این مسئله می پردازند.
- 11.14: خلاصه
- این بخش خلاصه ای از واکنش ها و خواص مشتقات کربوکسیلیک اسید را ارائه می دهد. این مکانیسم های کلیدی جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی و کاربردهای آنها در شیمی آلی را با مقایسه رفتار مشتقات مختلف مانند استرها، آمیدها و انیدریدها برجسته می کند. تفاوت واکنش پذیری و پایداری بین این ترکیبات مورد بحث قرار گرفته است. این فصل به عنوان یک بررسی از مفاهیم اصلی مربوط به شیمی مشتقات کربوکسیلیک اسید عمل می کند.
- ۱۱.۱۵: خلاصه واکنشها
- بخش «خلاصه واکنش ها» در مورد واکنش های جایگزینی آسیل نوکلئوفیلی که شامل مشتقات اسید کربوکسیلیک است، بحث می کند. این مکانیسم هایی را که مشتقات مختلف مانند استرها، آمیدها و انیدریدها با نوکلئوفیل ها واکنش نشان می دهند، برجسته می کند. واکنش های کلیدی شامل تبدیل این مشتقات به یکدیگر از طریق فرایندهای جایگزینی است. این خلاصه یک مرور کلی از واکنش پذیری و تحولات مشتقات اسید کربوکسیلیک را ارائه می دهد.
- 11.17: واکنش های تراکم کربونیل
- واکنش های تراکم کربونیل بین دو واکنش دهنده حاوی کربونیل صورت می گیرد که یکی از آنها باید دارای یک اتم آلفا هیدروژن باشد. اولین گام واکنش شامل حذف یک اتم آلفا هیدروژن توسط یک باز است. در مرحله دوم، آنیون انولاتی که از این حذف حاصل می شود، به کربونیل-کربن مولکول واکنش دهنده دوم حمله می کند. در مرحله نهایی، یک پروتون به واسطه چهار وجهی تشکیل شده در مرحله دوم منتقل می شود، اما ممکن است متعاقباً کم آب شود.