Carbonsäuren und ihre Derivate

Präsentation zum Thema: "Carbonsäuren und ihre Derivate"—  Präsentation transkript:

1 Carbonsäuren und ihre Derivate
(einschl. Malonsäureester und Acetessigsäureester) Prof. Ivo C. Ivanov

2 Übersicht und Nomenklatur
Carbonsäuren sind Verbindungen mit der Carboxylgruppe –COOH (–CO2H) Trivialnamen: Eine hohe Oxidationsstufe, die nur noch von der des Kohlendioxids übertroffen wird Prof. Ivo C. Ivanov

3 Gesättigte Carbonsäuren
Prof. Ivo C. Ivanov

4 Nomenklatur: weitere Beispiele
Prof. Ivo C. Ivanov

5 Wasserstoffbrücken. Carbonsäuremoleküle assoziieren zu Dimeren:
Löslichkeit. Die niedermolekularen Carbonsäuren sind in Wasser gut löslich. Ursache sind H-Brücken mit den Wassermolekülen. Höhermolekulare Carbonsäuren wie Palmitinsäure sind in Wasser nur geringfügig löslich, da nunmehr der hydrophobe Charakter der Kohlenwasserstoff-kette überwiegt. Prof. Ivo C. Ivanov

6 Darstellung 1. Aus primären Alkoholen durch Oxidation:
Auch aus Alkylaromaten durch Oxidation: Prof. Ivo C. Ivanov

7 2. Aus Nitrilen oder Estern durch Hydrolyse:
Prof. Ivo C. Ivanov

8 3. Aus alkylierten Malonsäuren durch Decarboxylierung:
4. Aus Kohlendioxid und metallorganischen Verbindungen: Prof. Ivo C. Ivanov

9 5. Synthesen von Carbonsäuren in technischem Maßstab:
(a) Ameisensäure: (b) Essigsäure: aus Ethylen: aus Methylalkohol: Prof. Ivo C. Ivanov

10 (c) Salicylsäure durch Carboxylierung von Natriumphenolat mit CO2 (Kolbe-Schmitt-Reaktion)
Prof. Ivo C. Ivanov

11 Reaktionen von Carbonsäuren
1. Acidität: pKa = —log Ka Die Dissoziationskonstante Ka für Essigsäure beträgt 1,75.10−5, was einem pKa-Wert von 4,75 entspricht. Prof. Ivo C. Ivanov

12 Einfluss von Substituenten: —I-Effekt
Die Ladung des Carboxylat-Ions ist gleichmäßig auf die beiden Sauerstoffatome verteilt: Einfluss von Substituenten: —I-Effekt Prof. Ivo C. Ivanov

13 Die Trifluoressigsäure mit einem pKa von 0,2 besitzt die Acidität einer Mineralsäure. Zum Vergleich hat Phosphorsäure pKa = 2,16 und HF-Säure pKa= 3.14. Prof. Ivo C. Ivanov

14 2. Salze von Carbonsäuren: Carboxylate
Die Alkalisalze höherer Fettsäuren (ab etwa C10) werden Seifen genannt: Prof. Ivo C. Ivanov

15 3. Veresterung von Carbonsäuren mit Alkohol:
Verseifung von Fetten. Seifen gehören zur Gruppe der Tenside: 3. Veresterung von Carbonsäuren mit Alkohol: Prof. Ivo C. Ivanov

16 Mechanismus der Veresterung in Gegenwart einer Säure:
Prof. Ivo C. Ivanov

17 Ester aus Carbonsäurechloriden oder -anhydriden und Alkoholen:
Umesterung: Prof. Ivo C. Ivanov

18 4. Carbonsäurehalogenide
Gase Statt Thionylchlorid können auch Phosphorchloride (PCl3, PCl5) verwendet werden. 5. Reduktion zu primären Alkoholen: Prof. Ivo C. Ivanov

19 6. Decarboxylierung: Ähnliches Verhalten zeigen Cyanessigsäure (NC-CH2-COOH), Nitroessigsäure (O2N-CH2-COOH) u.a. Prof. Ivo C. Ivanov

20 Diese Säuren decarboxylieren unter Einbeziehung des Protons nach einem cyclischen Mechanismus:
Malonsäure Enoltautomer Prof. Ivo C. Ivanov

21 7. Zusammenfassung Prof. Ivo C. Ivanov

22 8. Dicarbonsäuren Prof. Ivo C. Ivanov

23 Zersetzung Prof. Ivo C. Ivanov

24 Bernsteinsäure, Glutarsäure und Phthalsäure verlieren beim Erhitzen Wasser, wobei cyclische Anhydride entstehen. Prof. Ivo C. Ivanov

25 Maleinsäureanhydrid ist ein Dienophil in der Diels-Alder-Reaktion:
Phthalsäureanhydrid in der Firedel-Crafts-Synthese: Prof. Ivo C. Ivanov

26 9. Darstellung von Malonsäure-ethylester
CH-Säure Veresterung Cyanessigsäure-ethylester Imidester-hydrogensulfat Hydrolyse Prof. Ivo C. Ivanov

27 Synthesen mit Malonsäure-diethylester:
(SN) Prof. Ivo C. Ivanov

28 10. Claisen-Esterkondensation: Darstellung von Acetessigsäure-ethylester
Natrium-Salz Prof. Ivo C. Ivanov

29 (SN) Synthesen mit Acetessigsäure-ethylester: Enolat-Ion
Alkyl-methyl-keton (SN) höhere Carbonsäure (Na-Salz) Keton-Synthesen Säure-Synthesen Prof. Ivo C. Ivanov

30 Prof. Ivo C. Ivanov

31 Prof. Ivo C. Ivanov

32 11. Reaktivität von Carbonsäurederivaten
Prof. Ivo C. Ivanov

33 Carbonsäurederivate ergeben bei der sauren oder basischen Hydrolyse eine Carbonsäure:
Prof. Ivo C. Ivanov

34 Halogen-, Hydroxy- und Aminocarbonsäuren
Hell-Volhard-Zelinski-Reaktion: Beispiel zur Anwendung: Die Reaktion von 2-Bromhexansäure mit Ammoniak führt zu der α-Aminocarbonsäure Norleucin: Prof. Ivo C. Ivanov

35 wichtige Hydroxycarbonsäuren:
Prof. Ivo C. Ivanov

36 Beispiel: Synthese von Mandelsäure:
Stereoisomere der Weinsäure L- und D-Äpfelsäure Beispiel: Synthese von Mandelsäure: AN Hydrolyse Cyanhydrin Mandelsäure Prof. Ivo C. Ivanov

37 E N D E Prof. Ivo C. Ivanov