funktionella grp med kväve, n - ifm.liu.se · metylamin dimetylamin trimetylamin...
TRANSCRIPT
Funktionella grp med kväve, N Fö 7-2010
AMINER R-NH2 Namnges med alkyl följt av ordet amin. Indelning:
CH3 N
H
H CH3 N
CH3
H CH3 N
CH3
CH3CH3 N
CH3
CH3
CH3
metylamin dimetylamin trimetylamin tetrametylammonium jon
primär sekundär!!!!!!!!!!!!! tertiär!!!!!!!!! !!kvartenär Sekundära och tertiära aminer namnges genom att den mest komplexa (flest kol) alkylgruppen bildar basnamn och övriga alkylgrupper bundna till kvävet behandlas som substituenter med prefixet N-
N-etyl-N-metylpropylamin
N-etylpropylaminpropylamin
N
NHNH2
Aminogruppen kan även behandlas som substituent och betecknas då amino-
CH3 CH CH3
NH2
2-aminopropan
Ex
+ H-ClCH3CH2 NH2Aminer är baser: CH3CH2 NH3 Cl (aq) Ammoniumsalt
Ammoniumjoner är vattenlösliga även med stora R-grupper (se nästa sida och laborationsbeskrivning) Aminer är en organisk motsvarighet till ammoniak med ett pKa-värde på ca 10 Framställning aminer: kan fås genom substitution (SN2) och ev. följande reduktion: Ex.
CH3CH2 Br + NH3 CH3CH2 NH3 Br
R CH2 CNH2
PtR CH2CH2 NH2
R-CH2 Br + Na N3 R-CH2N3
LiAlH4 R-CH2NH2
R-CH2 Br + NaCN
SN2 Reduktion+
(LiAlH4 – Litium aluminiumhydrid är ett starkt reduktionsmedel).
Aminer kan på samma sätt som alkoholer ge vätebindning, med t ex annan amin eller vatten, genom aminogruppens väten och kvävets fria elektronpar, och ger relativt höga kokpunkter för primära och sekundära aminer. Tertiär aminer kan inte vätebindas med varandra
Anilin – en aromatisk bas som är svagare bas än vanliga aminer (R-NH2)
Anilin Resonans ger lägre elektrontäthet på kvävet och därmed lägre basstyrka jämfört med vanliga aminer. Aminer och aniliner kan separeras och renas från blandningar genom extraktion med sur vattenlösning. Amingruppen protoniseras till ammoniumjon och blir lösning i vattenfas. Se bildexempel nedan där olika vattenlösningar fördelas med eter. Kommer praktiseras på laborationen.
Kväveinnehållande aromater
Nikotin
N
NCH3
H
N
Pyridin
N
N
N
N
CH3
CH3
O
O
H3C
Koffein
N
NCOOHH
NH2
H
Histidinen aminosyra
SN
O
O
N
N
HNN
N
CH3O
EtO
CH3
N
HN
S
O
N
CH3
O
CH3
CH3
OH3C
Losec (Omeprazol) Viagra
N
N N
N
H
NH2
N
NO
H
NH2
Adenin- en purin bas Cytosin - en pyrimidin bas
I DNA och RNA ingår bl.a.
DNA (eller RNA) strängarna hålls ihop med vätebindningar mellan en purinbas (Adenin eller Guanin) och en annan pyrimidinbas (Cytosin, Tymin eller Uracil).
Mera om dessa på s. 1044-1048 samt i Biokemikursen.
AMID - ett karboxylsyraderivat (-OH grupp bytt mot –NH2)
Ändelse: -amid
propanamid propionamid
etanamid acetamid
metanamid formamid
C
O
NH2CH3CH2
C
O
NH2CH3
C
O
NH2H
R C
O
N
R'
R''R C
O
NH R'R C
O
NH2
Primär Sekundär Tertiär
Amider erhålls genom reaktion mellan en amin och ett karboxylsyraderivat Sekundära och tertiära amider namnges som N-alkyl substituerade primära amider
C
O
NHCH3 CH3
N
OBr
N-metyletanamid
N,N-dietyl-3-brombutanamid
C
O
NH
CH3
CH3
N,N-dimetylmetanamid N,N-dimetylformamid
(DMF)
Ex.vis Peptdbindning
(R-CH2-NH2)Amidkvävet är mindre basiskt jämfört med aminer
R C
O
NH2R C
O
NH2
Resonans:
Framställning:
+ H2O+ R'-NH
2R C
O
OH R C
O
NH R'
+ reagens
Se även under reaktioner med karboxylsyraderivat
pKa ! 15-17 Amider har generellt relativt höga kok- ochsmältpunkter pga vätebindningar I våra biologiska system förekommer många andra amider förutom peptidbindningar mellan aminosyror, ex.vis cytosin i DNA. Som läkemedel är Lidokain ett exempel på där en amid ingår.
Lidokain - ett lokalbedövningsmedel
4. KONDENSATION – Reaktioner med Karboxylsyraderivat.
RC
O
OH RC
O
L L= lämnande grp Generell mekanism för reaktion mellan karboxylsyraderivaten A-E nedan sker enligt: Nukleofil substitution på karboxylsyraderivat:
L+R C
O
L
Nu
+Nu R
C
O
L R
C
O
Nu
steg1 steg 2
Steg 1: Addition + Steg 2: Elimination ger totalt en Substitutionsreaktion
Olika karboxylsyraderivat och reaktivitet:
A. Syraklorid
B. Karboxylsyraanhydrid
C. Karboxylsyra
D. Ester
E. Amid
R C
O
Cl
RC
O
O
O
CR
OH
O
CR
OR'
O
CR
NH2
O
CR
Cl
RC
O
O
O - H
O - R'
NH2
Reduceradreaktivitet
LR C
O
L
Tabell: Reaktiviteten för kaboxylsyraderivat
L= Starkare
bas
För hög reaktivitet: Lämnande grp ska vara en svag bas (stabil som anjon, uppåt i tabellen För aldeyd och keton med dåliga lämnande grupper (-H resp –R, pKa > 40) sker ingen substitution, i stället sker addition till alkohol genom att syret tar upp ett väte efter steg 1 i den generella mekanismen ovan. Det går lätt att göra en amid från en karboxylsyraanhydrid eller syraklorid (uppifrån och neråt), Men det är svårt att göra någon av A – D från en amid (nerifrån och uppåt i tabellen) Karboxylsyror görs generellt om till t.ex Syraklorid (A) eller Karboxylsyra anhydrid (B) för att kunna få effektiv reaktion med högt utbyte till ester eller amid.
Några reaktioner med karboxylsyra-derivat:
1. Ester Från karboxylsyra Syrakatalyserad esterfiering
+ H2O OH
O
CCH3+ CH3CH2OH
H / H2OO
O
CCH3CH2CH3
Karboxylsyra Alkohol Ester Mekanism :
OH
O
CCH3
H / H2OOH
O
CCH3
H
CH3CH2OH
OH
O
CCH3
H
OCH2CH3
H
OH2
O
CCH3
H
OCH2CH3 OCH2CH3
O
CCH3
H
O
O
CCH3CH2CH3
(-H2O) - H
Protonbyte
Jämviktsreaktion: Hög [ROH] eller borttagande av H2O ⇒ ökad ester bildn. Hög [H2O] ⇒ minskad ester bildning (= Sur ester hydrolys) K ofta ≈ 1 (ex. etyl acetat bildningen ovan) Basisk hydrolys av estrar (saponifiering = förtvålning))
H2ONa + CH3CH2OH + NaOHO
O
CCH3CH2CH3 O
O
CCH3 Mekanism:
Irreversibelt steg
+ CH3CH2OH O
O
CCH3
O
O
CCH3Et
OH
+ CH3CH
2O + OHO
O
CCH3Et OH
O
CCH3
Addition Elimination
Syra-bassteg
Sur hydrolys av estrar är samma sak som reversibel syrakatalyserad esterfiering dvs omvända mekanismen som visas ovan:
+ H2O OH
O
CCH3+ CH3CH2OH
H / H2OO
O
CCH3CH2CH3
Hydrolys
Biodiesel från vegetabiliska oljor: tex rapsolja
H2C
HC
H2C O
O
OC
O
C
O
C
O
C17H33
C17H33
C17H33
+ CH3OH
H2C
HC
H2C OH
OH
OH
CH3OC
O
C17H33+ 3
Glyceryl trioleat Metanol Glycerol Metyl oleat
= Biodiesel
triester alkohol alkohol ester
ex.vis från Rapsolja Estern glyceryl trioleat omförestras med metanol till metyl oleat , vilken kan användas som drivmedel. Oleat är oljesyrans salt. Rapsolja innehåller många olika fettsyror. Vanlig diesel är mättade kolväten i fraktionen C14 – C18. Estrar framställs effektivast från reaktiva syraklorider och karboxylsyraanhydrider
Syraklorid RCOCl Reaktivaste derivatet, andra halogenider än klorid är för reaktiva.
Framställs från karboxylsyran:
OH
O
CCH2CH3 + SOCl2 + SO2 + HCl
Tionyl klorid
C
O
ClCH3 CH2
Propionsyraklorid Schema över olika reaktioner mellan olika karboxylsyraderivat.
R"NH2
R"NH2
O-COR
R-OH
R-OH/H+
H+ /H2O
H+ /H2O
H+ /H2OSOCl2 R"NH2
2. Amider Viktig bindningstyp (peptid) i proteiner inom biokemin
Amider kan bildas enkelt från reaktiva syraklorider och karboxylsyraanhydrider
+ H-Cl
N-FenyletanamidAcetylanilid
NH C
O
CH3
Anilin
+
NH2
Ex.
CH3C
O
O C
O
CH3
Ättiksyraanhydrid
Mekanism sker enligt den generella mekanismen: Mekanism för amidsyntes, ex. Anilin + ättiksyraanhydrid till N-fenyletanamid
H3C O CH3
O O
NH2Ph
CH3
COCH3C
OO
N Ph
H
H
Bas*
CH3
COCH3C
OO
N PhH
H3CC
O
NH PhCH3
CO
O
+
Bas H
Bas* = ex.vis Ph-NH2
Additions-steg
syra-bas steg
Eliminations steg
Peptider är amidbindningar mellan olika aminosyror som sker med enzymer:
CHC
OH
O
H2N
CH3
+ CHC
OH
O
H2N
CH2
Enzymer
Ph
CHC
O
H2N
CH3
CHC
OH
O
NH CH2 Ph
Alanin Fenylalanin en dipeptid Ala-Phe OBS! Amider kan ej göras direkt från karboxylsyra:
H3CC
OH
O
+ H2N RH3C
CO
O
+ H3N R
Syra Bas
Syra-bas jämvikt sker mellan karboxylsyra och amin. Dvs ingen reaktion till amid sker normalt utan speciella reagens.