Karboksilne Kiseline i Derivat

Cheatsheet Content

### Uvod u Karboksilne Kiseline: Srce Organske Hemije Karboksilne kiseline su super važne organske molekule. Možete ih naći svuda oko nas – od sirćeta u kuhinji (sirćetna kiselina) do sastojaka koji daju miris maslacu (buterna kiselina). Ono što ih čini posebnim je njihova **karboksilna grupa (-COOH)**. #### Šta je Karboksilna Grupa? Zamislite je kao "glavu" molekula karboksilne kiseline. Ona se sastoji od dva dela: 1. **Karbonilna grupa ($\text{C}=\text{O}$)**: To je ugljenik dvostruko vezan za kiseonik. 2. **Hidroksilna grupa ($\text{-OH}$)**: To je atom kiseonika vezan za atom vodonika, isto kao kod alkohola. Obe ove grupe su vezane za **isti atom ugljenika**. Upravo ova kombinacija daje karboksilnim kiselinama njihova jedinstvena svojstva. #### Opšta Formula Najčešće ih predstavljamo kao **R-COOH**. * **R** može biti bilo šta: drugi atomi ugljenika (koji čine lanac), vodonik, ili čak prsten. * **-COOH** je karboksilna grupa. #### Zašto su "Kiseline"? Kao što im ime kaže, karboksilne kiseline su... kiseline! To znači da mogu otpustiti proton ($\text{H}^+$) u vodenom rastvoru. Iako su slabije od jakih mineralnih kiselina (kao što je sumporna kiselina), jače su od alkohola. **Ključna Razlika:** Kada karboksilna kiselina izgubi proton, nastaje **karboksilatni anjon ($\text{R-COO}^-$)**. Ovaj anjon je veoma stabilan zbog nečega što se zove **rezonancija**. To znači da se negativni naboj ne nalazi samo na jednom atomu kiseonika, već je "razmazan" između oba kiseonika, što čini molek stabilnijim. Stabilniji anjon = jača kiselina. $$\text{R-COOH} \rightleftharpoons \text{R-COO}^- + \text{H}^+$$ (Karboksilna kiselina $\rightleftharpoons$ Karboksilatni anjon + Proton) ### Kako Dati Ime Karboksilnim Kiselinama? (Nomenklatura) Razumevanje imenovanja je pola posla! Postoje dva glavna načina: **IUPAC nomenklatura** (sistemska, "zvanična") i **trivijalna nomenklatura** (stara, često korišćena imena). #### IUPAC Nomenklatura (Sistemski Nazivi) Ovo je "pravilni" način imenovanja koji koristi međunarodna hemijska zajednica. 1. **Nađite najduži lanac:** Pronađite najduži lanac atoma ugljenika koji Uključuje karboksilni ugljenik ($\text{C}$ iz $\text{-COOH}$ grupe). 2. **Karboksilni ugljenik je uvek broj 1:** Ugljenik karboksilne grupe je uvek prvi ugljenik u lancu (C-1). Ovo je važno za numerisanje supstituenata. 3. **Osnovno ime:** Uzmite ime alkana sa istim brojem ugljenika u lancu. 4. **Zamenite sufiks:** Zamenite završetak "-an" sa **"-oinska kiselina"**. **Primeri:** * **1 ugljenik:** Metan $\rightarrow$ **Metanoinska kiselina** * Struktura: $\text{H-COOH}$ * Trivijalno ime: Mravlja kiselina (nalazi se u mravima, koprivi) * **2 ugljenika:** Etan $\rightarrow$ **Etanoinska kiselina** * Struktura: $\text{CH}_3\text{-COOH}$ * Trivijalno ime: Sirćetna kiselina (glavni sastojak sirćeta) * **3 ugljenika:** Propan $\rightarrow$ **Propanoinska kiselina** * Struktura: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{-COOH}$ * Trivijalno ime: Propionska kiselina * **4 ugljenika:** Butan $\rightarrow$ **Butanoinska kiselina** * Struktura: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{-COOH}$ * Trivijalno ime: Buterna kiselina (daje miris užeglom maslacu) #### Imenovanje Sa Supstituentima Ako na lancu imate druge grupe (supstituente), numerišite ih u odnosu na C-1. * **Primer:** $\text{CH}_3\text{CH}(\text{Cl})\text{COOH}$ * Najduži lanac sa -COOH ima 2 ugljenika (etanoinska kiselina). * Karboksilni ugljenik je C-1, pa je hlor na C-2. * Ime: **2-Hloretanoinska kiselina** #### Dikarboksilne Kiseline (Dve -COOH Grupe) Ako molekul ima dve karboksilne grupe, završetak je **"-dioinska kiselina"**. * **Primer:** $\text{HOOC}-(\text{CH}_2)_2-\text{COOH}$ * Ukupno 4 ugljenika. * Ime: **Butandioinska kiselina** * Trivijalno ime: Ćilibarna kiselina #### Ciklične Karboksilne Kiseline Kada je -COOH grupa direktno vezana za prsten (ciklični sistem), koristi se sufiks **"-karboksilna kiselina"**. * **Primer:** Cikloheksan sa -COOH grupom $$\text{C}_6\text{H}_{11}\text{COOH}$$ * Ime: **Cikloheksankarboksilna kiselina** #### Aromatične Karboksilne Kiseline Kada je -COOH grupa vezana za benzenski prsten, osnovno ime je **benzojeva kiselina**. * **Primer:** Benzenski prsten sa -COOH grupom $$\text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}$$ * Ime: **Benzojeva kiselina** ### Kiselost i Reaktivnost Karboksilnih Kiselina Kao što smo spomenuli, karboksilne kiseline su kiseline. Ali šta utiče na to koliko su jake? #### Faktori koji Utječu na Kiselost 1. **Rezonantna Stabilizacija:** Ovo je najvažniji faktor. Negativni naboj na karboksilatnom anjonu je deljen između dva atoma kiseonika, što ga čini stabilnijim. Što je konjugovana baza stabilnija, to je kiselina jača. 2. **Efekat Supstituenata:** * **Elektron-odvlačeće grupe:** Grupe koje "vuku" elektrone prema sebi (npr. halogeni kao $\text{-Cl}$, $\text{-Br}$, ili nitro grupa $\text{-NO}_2$) stabilizuju karboksilatni anjon (raspršuju negativni naboj) i **povećavaju kiselost**. Što je bliže karboksilnoj grupi, to je efekat jači. * Primer: Trihlorsirćetna kiselina ($\text{CCl}_3\text{COOH}$) je mnogo jača od sirćetne kiseline ($\text{CH}_3\text{COOH}$). * **Elektron-donirajuće grupe:** Grupe koje "guraju" elektrone (npr. alkil grupe kao $\text{-CH}_3$, $\text{-CH}_2\text{CH}_3$) destabilizuju karboksilatni anjon (koncentrišu negativni naboj) i **smanjuju kiselost**. * Primer: Mravlja kiselina ($\text{HCOOH}$) je jača od sirćetne kiseline ($\text{CH}_3\text{COOH}$) jer metil grupa u sirćetnoj kiselini malo smanjuje kiselost. #### Fizička Svojstva * **Tačka ključanja:** Karboksilne kiseline imaju visoke tačke ključanja jer mogu formirati jake vodonične veze između molekula, čak i dimere (dva molekula se spoje). * **Rastvorljivost u vodi:** Niže karboksilne kiseline (do 4-5 ugljenika) su dobro rastvorljive u vodi zbog vodoničnih veza sa vodom. Duži lanci su manje rastvorljivi jer nepolarni ugljovodonični deo molekula postaje dominantniji. ### Važne Reakcije Karboksilnih Kiselina: Kako se Ponašaju? Karboksilne kiseline su reaktivne i mogu učestvovati u mnogim reakcijama, uključujući one koje dovode do stvaranja njihovih derivata. 1. **Formiranje Soli (Neutralizacija):** * Kao kiseline, reaguju sa bazama (npr. $\text{NaOH}$, $\text{KOH}$, $\text{NaHCO}_3$) da bi formirale so i vodu. * Ovo je osnovna kiselinsko-bazna reakcija. $$\text{R-COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{R-COONa} + \text{H}_2\text{O}$$ (Karboksilna kiselina + Natrijum hidroksid $\rightarrow$ Natrijum karboksilat (so) + Voda) * Primer: Natrijum acetat ($\text{CH}_3\text{COONa}$) je so sirćetne kiseline. 2. **Redukcija do Alkohola:** * Karboksilne kiseline je teško redukovati. Za to je potreban jak redukcioni agens kao što je **litijum-aluminijum hidrid ($\text{LiAlH}_4$)**. * Redukcijom nastaju primarni alkoholi. $$\text{R-COOH} \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{R-CH}_2\text{OH}$$ (Karboksilna kiselina $\xrightarrow{\text{Redukcija}}$ Primarni alkohol) 3. **Esterifikacija (Fišerova Esterifikacija):** * Reakcija karboksilne kiseline sa alkoholom, obično uz prisustvo kiselog katalizatora (npr. koncentrovana $\text{H}_2\text{SO}_4$). * Nastaju estri i voda. Ova reakcija je reverzibilna. $$\text{R-COOH} + \text{R'-OH} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{R-COOR'} + \text{H}_2\text{O}$$ (Karboksilna kiselina + Alkohol $\xrightarrow{\text{Katalizator}}$ Estar + Voda) 4. **Formiranje Derivata:** * Karboksilne kiseline su polazna tačka za sintezu svih ostalih derivata: acil halogenida, anhidrida i amida. O ovome ćemo detaljnije kasnije. ### Acil Halogenidi (Kiselinski Halogenidi): Najreaktivniji Derivati Acil halogenidi su, pojednostavljeno rečeno, karboksilne kiseline kod kojih je **-OH grupa zamenjena atomom halogena** (najčešće hlorom, pa su to acil hloridi). #### Opšta Formula **R-CO-X**, gde je **X** halogen (Cl, Br, I). #### Zašto su Najreaktivniji? Atom halogena je dobar odlazna grupa (lako se odvaja), a takođe je i elektronegativan, što čini ugljenik karbonilne grupe veoma elektronski siromašnim (elektrofilnim). To ih čini "gladnim" za reakciju sa nukleofilima. #### Imenovanje Acil Halogenida 1. **Osnovno ime:** Uzmite ime odgovarajuće karboksilne kiseline. 2. **Zamenite sufiks:** Zamenite završetak "-oinska kiselina" sa **"-oil halogenid"**. 3. **Primeri:** * Od Etanoinske kiseline: **Etanoil hlorid** * Struktura: $\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-Cl}$ * Trivijalno ime: Acetil hlorid * Od Propanoinske kiseline: **Propanoil bromid** * Struktura: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{-C}(=\text{O})\text{-Br}$ * Od Benzojeve kiseline: **Benzoil hlorid** * Struktura: $\text{C}_6\text{H}_5\text{-C}(=\text{O})\text{-Cl}$ #### Strukturne Formule * **Etanoil hlorid:** $$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-Cl}$$ * **Benzoil hlorid:** $$\text{C}_6\text{H}_5\text{-C}(=\text{O})\text{-Cl}$$ #### Reakcije Acil Halogenida: Graditelji Molekula Zbog svoje visoke reaktivnosti, acil halogenidi su odlični "gradivni blokovi" za sintezu drugih derivata karboksilnih kiselina. 1. **Hidroliza (sa vodom):** Brzo reaguju sa vodom da bi se vratili u karboksilnu kiselinu. $$\text{R-CO-X} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{R-COOH} + \text{HX}$$ (Acil halogenid + Voda $\rightarrow$ Karboksilna kiselina + Halogenovodonična kiselina) 2. **Reakcija sa Alkoholima (Stvaranje Estara):** Reaguju sa alkoholima da bi formirali estre. $$\text{R-CO-X} + \text{R'-OH} \rightarrow \text{R-COOR'} + \text{HX}$$ (Acil halogenid + Alkohol $\rightarrow$ Estar + Halogenovodonična kiselina) 3. **Reakcija sa Aminima (Stvaranje Amida):** Reaguju sa amonijakom ili primarnim/sekundarnim aminima da bi formirali amide. Potrebna su dva ekvivalenta amina jer se jedan troši na neutralizaciju nastale $\text{HX}$. $$\text{R-CO-X} + 2\text{R'NH}_2 \rightarrow \text{R-CONHR'} + \text{R'NH}_2 \cdot \text{HX}$$ (Acil halogenid + Amin $\rightarrow$ Amid + So amina) 4. **Reakcija sa Karboksilatnim Jonima (Stvaranje Anhidrida):** Mogu reagovati sa solima karboksilnih kiselina da bi stvorili anhidride. $$\text{R-CO-X} + \text{R'-COO}^- \rightarrow \text{R-CO-O-CO-R'} + \text{X}^-$$ (Acil halogenid + Karboksilatni jon $\rightarrow$ Anhidrid + Halogenidni jon) #### Priprema Acil Halogenida Najčešće se dobijaju iz karboksilnih kiselina reakcijom sa: * **Tionil hloridom ($\text{SOCl}_2$):** Ovo je najčešći metod. $$\text{R-COOH} + \text{SOCl}_2 \rightarrow \text{R-COCl} + \text{SO}_2 \uparrow + \text{HCl} \uparrow$$ (Karboksilna kiselina + Tionil hlorid $\rightarrow$ Acil hlorid + Sumpor dioksid + Hlorovodonik) * **Fosfor pentahloridom ($\text{PCl}_5$):** $$\text{R-COOH} + \text{PCl}_5 \rightarrow \text{R-COCl} + \text{POCl}_3 + \text{HCl}$$ * **Fosfor tribromidom ($\text{PBr}_3$):** Za dobijanje acil bromida. $$3\text{R-COOH} + \text{PBr}_3 \rightarrow 3\text{R-COBr} + \text{H}_3\text{PO}_3$$ ### Anhidridi Kiselina: Dve Kiseline Spojene u Jedno Anhidridi kiselina su kao da ste uzeli dve molekule karboksilne kiseline i **uklonili molekul vode** između njih. Otuda i ime "anhidrid" (bez vode). Sastoje se od dve acil grupe povezane atomom kiseonika. #### Opšta Formula **R-CO-O-CO-R'** * Ako su obe R grupe iste, anhidrid je **simetričan**. * Ako su R i R' različite, anhidrid je **mešoviti**. #### Imenovanje Anhidrida Kiselina 1. **Simetrični Anhidridi:** * Uzmete ime odgovarajuće karboksilne kiseline i zamenite reč "kiselina" sa **"anhidrid"**. * **Primeri:** * Od Etanoinske kiseline: **Etanoinski anhidrid** * Struktura: $(\text{CH}_3\text{CO})_2\text{O}$ ili $\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-O-C}(=\text{O})\text{-CH}_3$ * Trivijalno ime: Sirćetni anhidrid * Od Benzojeve kiseline: **Benzojev anhidrid** * Struktura: $(\text{C}_6\text{H}_5\text{CO})_2\text{O}$ 2. **Mešoviti Anhidridi:** * Imenujete obe karboksilne kiseline (alfabetskim redom) i dodate reč "anhidrid". * **Primer:** $\text{CH}_3\text{CO-O-CO-CH}_2\text{CH}_3$ * Od etanoinske i propanoinske kiseline. * Ime: **Etanoinska propanoinska anhidrid** #### Strukturne Formule * **Etanoinski anhidrid:** $$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-O-C}(=\text{O})\text{-CH}_3$$ #### Reakcije Anhidrida Kiselina Anhidridi su reaktivniji od estara, ali manje reaktivni od acil halogenida. 1. **Hidroliza (sa vodom):** Reaguju sa vodom da bi se podelili na dve molekule karboksilne kiseline. $$\text{R-CO-O-CO-R'} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{R-COOH} + \text{R'-COOH}$$ (Anhidrid + Voda $\rightarrow$ Dve karboksilne kiseline) 2. **Reakcija sa Alkoholima (Stvaranje Estara):** Reaguju sa alkoholima, dajući estar i jednu molekulu karboksilne kiseline. $$\text{R-CO-O-CO-R'} + \text{R''-OH} \rightarrow \text{R-COOR''} + \text{R'-COOH}$$ (Anhidrid + Alkohol $\rightarrow$ Estar + Karboksilna kiselina) 3. **Reakcija sa Aminima (Stvaranje Amida):** Slično kao sa alkoholima, daju amid i karboksilnu kiselinu. $$\text{R-CO-O-CO-R'} + \text{R''NH}_2 \rightarrow \text{R-CONHR''} + \text{R'-COOH}$$ (Anhidrid + Amin $\rightarrow$ Amid + Karboksilna kiselina) #### Priprema Anhidrida 1. **Dehidratacija Karboksilnih Kiselina:** Grejanjem dve molekule karboksilne kiseline uz eliminaciju vode (često potrebni posebni uslovi). 2. **Reakcija Acil Halogenida sa Karboksilatnom Soli:** Ovo je praktičniji laboratorijski metod. $$\text{R-COCl} + \text{R'-COONa} \rightarrow \text{R-CO-O-CO-R'} + \text{NaCl}$$ (Acil hlorid + Natrijum karboksilat $\rightarrow$ Anhidrid + Natrijum hlorid) ### Estri: Mirisi Voća i Cveća Estri su verovatno najpoznatiji derivati karboksilnih kiselina jer su odgovorni za prijatne mirise voća, cveća i parfema. U njima je **-OH grupa karboksilne kiseline zamenjena -OR' grupom** (gde je R' alkil ili aril grupa). #### Opšta Formula **R-COOR'** #### Imenovanje Estara Imenovanje estara je malo drugačije. Razdvojite molekul na dva dela: 1. **Deo koji dolazi od alkohola (R'-O-):** Prvo se imenuje **alkil grupa** koja je vezana za kiseonik. 2. **Deo koji dolazi od karboksilne kiseline (R-CO-):** Zatim se imenuje deo koji potiče od karboksilne kiseline. Uzmete ime kiseline i zamenite sufiks "-oinska kiselina" sa **"-oat"**. * Ako je Trivijalno ime kiseline "sirćetna kiselina", estar će biti "acetat". **Primeri:** * $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$: * Od alkohola: Metil grupa ($\text{CH}_3$) * Od kiseline: Etanoat (od etanoinske kiseline, 2 ugljenika) * Ime: **Metil etanoat** * Trivijalno ime: Metil acetat * $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOCH}_2\text{CH}_3$: * Od alkohola: Etil grupa ($\text{CH}_2\text{CH}_3$) * Od kiseline: Propanoat (od propanoinske kiseline, 3 ugljenika) * Ime: **Etil propanoat** * $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOCH}_3$: * Od alkohola: Metil grupa ($\text{CH}_3$) * Od kiseline: Butanoat (od butanoinske kiseline, 4 ugljenika) * Ime: **Metil butanoat** * Trivijalno ime: Metil butirat (miris ananasa) * $\text{C}_6\text{H}_5\text{COOCH}_2\text{CH}_3$: * Od alkohola: Etil grupa ($\text{CH}_2\text{CH}_3$) * Od kiseline: Benzoat (od benzojeve kiseline) * Ime: **Etil benzoat** #### Strukturne Formule * **Metil etanoat:** $$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-O-CH}_3$$ #### Reakcije Estara Estri su manje reaktivni od acil halogenida i anhidrida, ali su i dalje podložni nukleofilnoj acilnoj supstituciji. 1. **Hidroliza (Razgradnja vodom):** * **Kiselo-katalizovana hidroliza:** Reverzibilna reakcija koja vraća estar u karboksilnu kiselinu i alkohol. $$\text{R-COOR'} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{R-COOH} + \text{R'-OH}$$ (Estar + Voda $\xrightarrow{\text{Katalizator}}$ Karboksilna kiselina + Alkohol) * **Bazno-katalizovana hidroliza (Saponifikacija):** Ireverzibilna reakcija koja daje karboksilatnu so i alkohol. Ovo je proces pravljenja sapuna (saponifikacija masti i ulja, koja su estri). $$\text{R-COOR'} + \text{NaOH} \rightarrow \text{R-COONa} + \text{R'-OH}$$ (Estar + Natrijum hidroksid $\rightarrow$ Natrijum karboksilat (sapun) + Alkohol) 2. **Transesterifikacija:** Reakcija estra sa drugim alkoholom, pri čemu se alkoksi grupa estra zamenjuje novom alkoksi grupom. Ovo je važno u industriji biogoriva. $$\text{R-COOR'} + \text{R''-OH} \xrightleftharpoons{\text{H}^+ \text{ ili } \text{OH}^-} \text{R-COOR''} + \text{R'-OH}$$ (Estar + Drugi alkohol $\rightleftharpoons$ Novi estar + Stari alkohol) 3. **Reakcija sa Grinjarovim Reagensima:** Estri reaguju sa dva ekvivalenta Grinjarovog reagensa da bi dali tercijarne alkohole. $$\text{R-COOR'} + 2\text{R''MgX} \rightarrow \text{R-C}(\text{OH})(\text{R''})_2 + \text{R'OMgX}$$ (Estar + Grinjarov reagens $\rightarrow$ Tercijarni alkohol) 4. **Redukcija:** Poput karboksilnih kiselina, estri se mogu redukovati $\text{LiAlH}_4$ do primarnih alkohola. $$\text{R-COOR'} \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{R-CH}_2\text{OH} + \text{R'-OH}$$ (Estar $\xrightarrow{\text{Redukcija}}$ Dva alkohola) #### Priprema Estara * **Fišerova Esterifikacija:** Najčešći metod, reakcija karboksilne kiseline sa alkoholom (pogledajte ranije). * **Iz Acil Halogenida ili Anhidrida:** Reakcija sa alkoholima. Ovo je brže i efikasnije od Fišerove esterifikacije, posebno ako želimo da izbegnemo vodu kao nusproizvod. ### Amidi: Stabilni i Svestrani Derivati Amidi su derivati karboksilnih kiselina kod kojih je **-OH grupa zamenjena amino grupom** ($\text{-NH}_2$, -NHR' ili -NR'R''). Oni su esencijalni u biologiji, jer su peptidne veze u proteinima zapravo amidne veze! #### Opšta Formula * **Primarni amid:** $\text{R-CO-NH}_2$ (jedna R grupa vezana za C, dve H za N) * **Sekundarni amid:** $\text{R-CO-NHR'}$ (jedna R grupa za C, jedna R' grupa za N, jedna H za N) * **Tercijarni amid:** $\text{R-CO-NR'R''}$ (jedna R grupa za C, dve R' i R'' grupe za N) #### Imenovanje Amida 1. **Primarni amidi:** * Uzmete ime odgovarajuće karboksilne kiseline i zamenite sufiks "-oinska kiselina" sa **"-amid"**. * **Primeri:** * Od Etanoinske kiseline: **Etanamid** * Struktura: $\text{CH}_3\text{CONH}_2$ * Trivijalno ime: Acetamid * Od Propanoinske kiseline: **Propanamid** * Struktura: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CONH}_2$ * Od Benzojeve kiseline: **Benzamid** * Struktura: $\text{C}_6\text{H}_5\text{CONH}_2$ 2. **Sekundarni i Tercijarni Amidi:** * Supstituenti (alkil grupe) vezani za atom azota se navode kao prefiksi, koristeći lokant **"N-"** da bi se označilo da su vezani za azot. * **Primeri:** * $\text{CH}_3\text{CONHCH}_3$: * Glavni lanac je etanamid. Metil grupa je na azotu. * Ime: **N-Metiletanamid** * $\text{CH}_3\text{CON}(\text{CH}_3)_2$: * Glavni lanac je etanamid. Dve metil grupe su na azotu. * Ime: **N,N-Dimetiletanamid** #### Strukturne Formule * **Etanamid:** $$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-NH}_2$$ * **N-Metiletanamid:** $$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{-NH-CH}_3$$ #### Reakcije Amida Amidi su **najmanje reaktivni** derivati karboksilnih kiselina. To je zbog toga što je azotov slobodni elektronski par delimično delokalizovan (rezonancija) sa karbonilnom grupom, što stabilizuje amidnu vezu i smanjuje elektrofilnost karbonilnog ugljenika. 1. **Hidroliza (Razgradnja vodom):** Zahteva jake kisele ili bazne uslove i povišenu temperaturu. * **Kisela hidroliza:** Daje karboksilnu kiselinu i amonijum so (ili so amina). $$\text{R-CONH}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{H}^+ \rightarrow \text{R-COOH} + \text{NH}_4^+$$ (Amid + Voda + Kiselina $\rightarrow$ Karboksilna kiselina + Amonijum jon) * **Bazna hidroliza:** Daje karboksilatnu so i amonijak (ili amin). $$\text{R-CONH}_2 + \text{NaOH} \rightarrow \text{R-COONa} + \text{NH}_3$$ (Amid + Baza $\rightarrow$ Karboksilatna so + Amonijak) 2. **Redukcija do Amina:** Pomoću jakog redukcionog agensa $\text{LiAlH}_4$, amidi se mogu redukovati do amina (C=O veza se redukuje do $\text{CH}_2$). $$\text{R-CONH}_2 \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{R-CH}_2\text{NH}_2$$ (Amid $\xrightarrow{\text{Redukcija}}$ Amin) 3. **Hofmanova Premeštanje Amida (Hofmann Rearrangement):** * Jedinstvena reakcija primarnih amida sa bromom i jakom bazom. * Rezultat je amin sa jednim atomom ugljenika manje nego originalni amid. Ovo je korisno za skraćivanje ugljovodoničnih lanaca. $$\text{R-CONH}_2 + \text{Br}_2 + 4\text{NaOH} \rightarrow \text{R-NH}_2 + 2\text{NaBr} + \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$$ (Primarni amid $\rightarrow$ Amin sa manje ugljenika) #### Priprema Amida * **Iz Acil Halogenida ili Anhidrida:** Reakcija sa amonijakom, primarnim ili sekundarnim aminima. Ovo je najefikasniji metod. * **Iz Estara:** Reakcija estra sa amonijakom ili aminima. Manje efikasno jer su estri manje reaktivni. * **Dehidratacija Amonijum Karboksilata:** Grejanjem amonijumove soli karboksilne kiseline. $$\text{R-COONH}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{R-CONH}_2 + \text{H}_2\text{O}$$ (Amonijum karboksilat $\xrightarrow{\text{Grejanje}}$ Amid + Voda) ### Relativna Reaktivnost Derivata Karboksilnih Kiselina: Nukleofilna Acilna Supstitucija Razumevanje reaktivnosti je ključno za predviđanje i planiranje sinteza. Svi ovi derivati reaguju putem mehanizma **nukleofilne acilne supstitucije**, gde nukleofil napada karbonilni ugljenik, a zatim se odvajajuća grupa (leaving group) eliminiše. **Redosled opadajuće reaktivnosti:** **Acil halogenidi > Anhidridi > Estri $\approx$ Karboksilne kiseline > Amidi** #### Objašnjenje Reaktivnosti Ova razlika u reaktivnosti zavisi od dva glavna faktora: 1. **Dobra odlazna grupa:** Što je grupa koja se odvaja stabilnija kao anjon, to je bolja odlazna grupa i reaktivnost je veća. * Halogenidi ($\text{Cl}^-$) su odlične odlazne grupe. * Karboksilatni anjoni ($\text{R-COO}^-$) su takođe relativno dobre odlazne grupe. * Alkoksi grupe ($\text{R-O}^-$) su manje stabilne. * Amino grupe ($\text{R-NH}^-$) su veoma loše odlazne grupe. 2. **Stabilizacija rezonancijom:** * Kod amida, slobodni elektronski par na azotu može da rezonira sa karbonilnom grupom, što smanjuje parcijalni pozitivni naboj na karbonilnom ugljeniku i čini ga manje podložnim nukleofilnom napadu. Zato su amidi najmanje reaktivni. #### Međusobna Konverzija Derivata Ovaj redosled reaktivnosti znači da je generalno moguće konvertovati reaktivniji derivat u manje reaktivni, ali ne obrnuto (osim pod posebnim uslovima). * Na primer, acil halogenid se lako može pretvoriti u anhidrid, estar ili amid. * Ali amid se ne može direktno pretvoriti u acil halogenid. **Opšta šema konverzije (od reaktivnijeg ka manje reaktivnom):** $$\text{Acil halogenid} \rightarrow \text{Anhidrid} \rightarrow \text{Estar} \rightarrow \text{Amid}$$ Ovo je izuzetno važno u organskoj sintezi, jer omogućava hemičarima da izaberu pravi reagens za željenu transformaciju. ### Detaljniji Pregled Sintetskih Metoda za Derivate Da bi ste bolje razumeli, evo rezimea kako se svaki derivat može dobiti. #### 1. Sinteza Acil Halogenida (Najčešće Acil Hloridi) * **Polazni materijal:** Karboksilna kiselina * **Reagensi:** * **Tionil hlorid ($\text{SOCl}_2$):** Najčešće korišćen. Prednost je što su nusprodukti ($\text{SO}_2$ i $\text{HCl}$) gasovi i lako se uklanjaju. $$\text{R-COOH} + \text{SOCl}_2 \rightarrow \text{R-COCl} + \text{SO}_2 \uparrow + \text{HCl} \uparrow$$ * **Fosfor pentahlorid ($\text{PCl}_5$):** $$\text{R-COOH} + \text{PCl}_5 \rightarrow \text{R-COCl} + \text{POCl}_3 + \text{HCl}$$ * **Fosfor tribromid ($\text{PBr}_3$):** Za dobijanje acil bromida. $$3\text{R-COOH} + \text{PBr}_3 \rightarrow 3\text{R-COBr} + \text{H}_3\text{PO}_3$$ * **Važno:** Direktna reakcija sa $\text{HCl}$ ili $\text{HBr}$ obično nije efikasna. #### 2. Sinteza Anhidrida * **Polazni materijal:** * **Karboksilne kiseline:** Dehidratacija grejanjem (često sa dehidratacionim sredstvom) dve molekule kiseline. $$\text{2 R-COOH} \xrightarrow{\text{Grejanje, Npr. } \text{P}_2\text{O}_5} \text{R-CO-O-CO-R} + \text{H}_2\text{O}$$ * **Acil halogenid i Karboksilatna so:** Ovo je češći i efikasniji metod u laboratoriji. $$\text{R-COCl} + \text{R'-COONa} \rightarrow \text{R-CO-O-CO-R'} + \text{NaCl}$$ (Acil hlorid + Natrijum karboksilat $\rightarrow$ Anhidrid + Natrijum hlorid) #### 3. Sinteza Estara * **Polazni materijal:** * **Karboksilna kiselina i Alkohol (Fišerova esterifikacija):** Najčešći metod. Potreban je kiseli katalizator (npr. $\text{H}_2\text{SO}_4$) i uklanjanje vode da bi se ravnoteža pomerila ka proizvodu (estru). $$\text{R-COOH} + \text{R'-OH} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{R-COOR'} + \text{H}_2\text{O}$$ * **Acil halogenid i Alkohol:** Brža i efikasnija reakcija. Često se koristi baza (npr. piridin) da neutrališe nastali $\text{HX}$. $$\text{R-COCl} + \text{R'-OH} \xrightarrow{\text{Piridin}} \text{R-COOR'} + \text{HCl}$$ * **Anhidrid i Alkohol:** Takođe efikasan metod, ali nastaje i karboksilna kiselina kao nusprodukt. $$\text{R-CO-O-CO-R'} + \text{R''-OH} \rightarrow \text{R-COOR''} + \text{R'-COOH}$$ #### 4. Sinteza Amida * **Polazni materijal:** * **Acil halogenid i Amonijak/Amin:** Najčešći i najefikasniji metod. Potrebna su dva ekvivalenta amina (jedan reaguje, drugi neutrališe nastali $\text{HX}$). $$\text{R-COCl} + \text{2 R'NH}_2 \rightarrow \text{R-CONHR'} + \text{R'NH}_2 \cdot \text{HCl}$$ * **Anhidrid i Amonijak/Amin:** Takođe dobar metod, ali nastaje i karboksilna kiselina. $$\text{R-CO-O-CO-R'} + \text{R''NH}_2 \rightarrow \text{R-CONHR''} + \text{R'-COOH}$$ * **Estar i Amonijak/Amin:** Moguće, ali sporije i manje efikasno jer su estri manje reaktivni. $$\text{R-COOR'} + \text{R''NH}_2 \rightarrow \text{R-CONHR''} + \text{R'-OH}$$ * **Karboksilna kiselina i Amonijak/Amin (uz grejanje):** Prvo se formira amonijum karboksilat, koji se zatim zagrevanjem dehidratiše do amida. $$\text{R-COOH} + \text{NH}_3 \rightarrow \text{R-COONH}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{R-CONH}_2 + \text{H}_2\text{O}$$ (Karboksilna kiselina $\rightarrow$ Amonijum karboksilat $\xrightarrow{\text{Grejanje}}$ Amid + Voda)