Supstituisane karboksilne kiseline

Supstituisane k.k.ZnačajSinteza Amino kiselineBiodegradabilni polimeriPeptidiIndustrijska primena Amino kiseline Stočarstvo Hiralni katalizatoriHidroksi kiseline Kozmetička industrija - kremeBiološki značajna jedinjenja peptidi (belančevine)1

Podela Halogensupstituisane kiseline Hidroksi (oksi) kiseline Keto (okso) kiseline AminokiselineHalogensupstituisane kiselineRCHCOOHBrR'CHCH 2COOHBrα-halogensupst. k. β-halogensupst. k.CH 3CH 2CHCOOHBr2-brombutanska k.(α-brombuterna k.)2

Dobijanje halogensupst. k.Halogenovanje alifatičnih kiselina. Hell-Volhard-Zelinsky reakcijaAdicija halogenovodoničnih k. na α,βnezasićenek.Reakcija halogenovodonika sahidroksikiselinamaHalogenovanje alifatičnih kiselina.Hell-Volhard-Zelinsky reakcijaSlično aldehidima i ketonima, α-C–atom alkanskih(alifatičnih) k. može se halogenovati pomoću X 2 (Cl 2 ,Br 2 ) u prisustvu kat. količine elementarnog (crvenog)fosfora:R CH COOH+ X 2PR CH COOH+ HXHX2-halogenkarboksilna k.(α-halogensupstituisana k.)Mogu se zameniti svi α-H–atomi!3

Halogenovanje alifatičnih kiselina.Hell-Volhard-Zelinsky reakcijaCH 3COOHCl 2, PClCH 2COOHCl 2, PClCHCOOHCl 2, PClClCCOOHClClBrCH 3CH 2COOHBr 2, PCH 3CHCOOHBr 2, PCH 3CCOOHBrBrBr 2, Pnema reakcijeAdicija halogenovodoničnih k. naα,β-nezasićene k.RCH=CHCOOHHXRCHCH 2COOHX 2=Cl 2, Br 2XOvo je zapravo 1,4–adicija nukleofilnog reagensa H–Bna α,β-nezasićeni karbonilni sistem:βCαCOC+OHδ+1,4-adicija βH B Cδ _Čini se da je došlodo 1,2-adicije NuHna dvostruku vezu C-C!!!BαCenol-oblikOCHOHizomerizacijaβCBαCHCOOH4

Adicija halogenovodoničnih k. naα,β-nezasićene k.RCHIz α,β-nezasićenih k. konjugovanom adicijom moženastati čitav niz sistema.CHCOOH+H /H 2OHXNH 3RCHCH 2 COOHOHRCHCH 2 COOHXRCHCH 2 COO-+ NH 33-hidroksikarboksilna k.(β-hidroksikiselina)3-halogenkarboksilna k.(β-halogenkiselina)3-aminokarboksilna k.(β-aminokiselina)HCNRCHCH 2 COOHCN3-cijanokarboksilna k.(β-cijanokiselina)Reakcija halogenovodonika sahidroksikiselinamaRCHCH 2COOHOHHXRCHCH 2COOHXX 2=Cl 2, Br 25

Reakcije halogensupstituisanih k. Kiselost Prevoñenje u cijanokiseline Prevoñenje u nitrokiseline Prevoñenje u oksikiseline Prevoñenje u aminokiseline Prevoñenje u nezasićene kiselineKiselostPovećana u odnosu na nesupstituisane k.!H 2C CH 2CH 2COOHClH 3C CH CH 2COOH32ClH 3C CH 2CH COOH1ClH 3C CH 2CH 2COOH46

Prevoñenje u druge supst. k.CN -R'CH 2CHCOOH α-cijanokiselina-NO 2CNR'CH 2CHCOOHα-nitrokiselinaR'CH 2CHCOOHX1. OH-, H 2O2. H 3 O +NH 3, H 2ONO 2R'CH 2CHCOOHOH _R'CH 2CHCOOα-hidroksikiselinaα-aminokiselina1. KOH (alk.)2. H 3O ++NH 3R'CH=CHCOOHα,β-nezasićena k.Hidroksi (oksi) kiselineRCHCOOHR'CHCH 2COOHOHCH 3CH 2CHCOOHOHOHα-oksi k. β-oksi k.2-hidroksibutanska k.(α-hidroksibuterna k.)7

Dobijanje α-oksikiselina Hidroliza α-halogensupstituisanih k. Hidroliza cijanhidrina Redukcija α-ketokiselinaHidroliza α-halogensupstituisanihk.RCHCOOH-OH , H 2O∆RCHCOO-H 3O + , H 2ORCHCOOHXOHOH8

Hidroliza cijanhidrinaH (R')RCCNOHH 3O + , H 2O∆H (R')RCCOOHOHRedukcija α-ketokiselinaRCHCOOHOH 2/NiRCHCOOHOH9

Dobijanje β-oksikiselina Hidratacija α, β-nezasićenih kiselinaHidratacija α, β-nezasićenihkiselinaRCH=CHCOOHH 3O +ROHC CH 2COOHH10

Reakcije oksikiselina Kiselost Dehidratacija Intramolekulska esterifikacijaKiselostPovećana u odnosu na nesupstituisane k.!H 2C CH 2CH 2COOHOHH 3C CH CH 2COOH32OHH 3C CH 2CH COOH1OHH 3C CH 2CH 2COOH411

DehidratacijaR CH CH 2COOH∆RCH=CHCOOHOHIntramolekulska esterifikacija kodhidroksi supst.k. - laktonγ β αRCHCH 2CH 2COO -Na +OHH +OH -OROγ-laktonOH-δ γ β αRCHCH 2CH 2CH 2COO - Na+OHH +ROOδ-lakton12

Keto (okso) kiselineRCCOOHOR'CCH 2COOHOα-keto k. β-keto k.-nestabilne (dekarboksilacija)CH 3CH 2CCOOHO2-oksobutanska k.(α-ketobuterna k.)Dobijanje α-ketokiselina Hidroliza α,α-dihalogensupstituisanihkiselina Hidroliza acilcijanida Oksidacija α-oksikiselina Piroliza vinske k.13

Hidroliza α,αdihalogensupstituisanihkiselinaXRCCOOH-OH , H 2ORCCOO- H 3 O+ , H 2ORCCOOHXOOHidroliza acilcijanidaROCClROCCNHCN H 3O +ROCCOOH14

Oksidacija α-oksikiselinaROHCHCOOHCrO 3ROCCOOHPiroliza vinske k.HCHCCOOHOHOHCOOH∆OCH 3CCOOH2-oksopropanska k.(α-ketopropionska k.)(pirogrožñana k.)+ H 2O + CO 215

Reakcije keto kiselina Stvaranje oksima i fenilhidrazona DekarboksilacijaStvaranje oksima i fenilhidrazonaRRCOH 2N-R'CNR'CH 2COOHCH 2COOHR’= OH, NH-C 6 H 516

DekarboksilacijaOHORCCH 2COORCR CO H+ CO 2CH 2CH 3AminokiselineRCHCOOHR'CHCH 2COOHNH 2NH 2α-amino k. β-amino k.CH 3CH 2CHCOOHNH 22-aminobutanska k.(α-aminobuterna k.)17

Aminokiseline kao dipol-joniZa razliku od amina i k.k.., aminokiseline suneisparljive kristalne supstance koje se tope uzrazgradnju pri visokim temperaturamaNerastvorne su u nepolarnim rastvaračima(petroletar, benzen, etar), a rastvorne u vodiKonstantne kiselosti i baznosti su male za –COOH i–NH 2 grupeRCHCOO -+NH 3cviter jon(dipolarni-jon)Dobijanje α-aminokiselina Direktna amonoliza Gabriel-ova sinteza Strecker-ova sinteza18

Direktna amonolizaBr 2, PCH 3CH 2COOH CH 3CHCOOH CH 3CHCOO-BrNH 3, višak+NH 3prinos 70%alaninGabriel-ova sintezaOOONkalijum-ftalimid- +K+Cl CH 2COOC 2H 5CH 2COOHetil-hloracetatS N 2N CH 2COOC 2H 5OHCl, H 2O- +Cl NH 3ukupan prinos 89%glicin-hidrohlorid+ ftalna kiselina19

Strecker-ova sintezaOCH 3CHNH 3-H 2 ONHCH 3CHimin+NH 2NH 3HCN H + , H 2 OH 3C C CN-H 3C C COO∆HH2-aminopropanonitril prinos 55%Dobijanje β-aminokiselina Adicija NH 3 na α,β-nezasićene kiseline20

Adicija NH 3 na α,β-nezasićene k.NH 3+RCH=CHCOOHRCHCH 2COO-NH 3Reakcije aminokiselina Kiselost i baznost aminokiselina.Grañenje soli Esterifikacija Acilovanje Stvaranje diketopiperazina Stvaranje laktama21

Kiselost i baznost aminokiselina-RCHCOO+NH 3kiselinakiselost amonijum-jonajona+ H 2ORCHCOONH 2- ++ H 3OKa=-[H 3O + ][H 2NCHRCOO ][ + -H 3NCHRCOO ]Kiselost i baznost aminokiselina-RCHCOO+NH 3baza+ H 2 Obaznost karboksilatnog jonaKb=-RCHCOOH + OH+NH 3-[OH ][ + H 3NCHRCOOH][ + -H 3NCHRCOO ]22

Kiselost i baznost aminokiselinaU vodenom rastvoru kiselost i baznost kiseline injene konjugovane baze su povezane izrazom: Ka x Kb = 10 -14Ka = 1,6 x 10 -10 za –NH 3+ za glicin (pKa=9,8)→ Kb = 6,3 x 10 -5 za –NH 2 → pKb=4,2Kb = 2,5 x 10 -12 za –COO - za glicin (pKb=11,6)→ Ka = 4 x 10 -3 za –COOH (k.k. sa jakom elektronakceptorskomgrupom –NH 3+ ) → pKa=2,4Kiselost i baznost aminokiselinaPovećanjem baznosti rastvora a.k.:-RCHCOO-+ OH - RCHCOO + H 2O+NH 3NH 2jača kiselina jača baza slabija baza slabija kiselinaPovećanjem kiselosti rastvora a.k.:-RCHCOO+NH 3+ H 3O+RCHCOOH + H 2O+NH 3jača baza jača kiselina slabija kiselina slabija baza23

Izoelektrična tačkaRCHCOONH 2-H + H +OH-RCHCOO- OH-+NH 3RCHCOOH+NH 3pH vrednost na kojoj je količina protonovane a.k. jednakakoličini deprotonovane zove se izoelektrična tačkapri ovoj pH a.k. se ne kreću ni prema anodi ni premakatodipri ovoj pH a.k. ima najmanju rastvorljivost – najvećakoncentracija dipol-jonaI=(pKa-pKb+14)/2 → I za glicin = 6,1Grañenje soliHClRCHCOOH-RCHCOO+NH 3Cl - - Na++NH 3NaOHRCHCOONH 224

Esterifikacija-RCHCOOH 3O+RCHCOOH+ R'OHRCHCOOR'+ H 2O+NH 3+NH 3RCHCOOR'+ NH 3OH -NH 2Acilovanje-RCHCOOOH --RCHCOO+ R'COX+ NH 3NH 2- H 3ORCHCOO+NHCOR'RCHCOOHNHCOR'25

Stvaranje diketopiperazinaRO-2 RCHCOO∆HNNH+ 2 H 2O+NH 3ORciklični diamidγ-amino supst.k. grade γ-laktameOγβαRCHCH 2CH 2COOH∆NHNH 2Rγ-laktam26

δ-amino supst.k. grade δ-laktameδγβαRCHCH 2CH 2CH 2COOH∆NONH 2Rδ-laktam27