Download Document

‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪1‬‬
‫‪-8‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪© 2014 Pearson Education, Inc.‬‬
A Carbonyl Group
An Acyl Group
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
2
Two Classes of Carbonyl Compounds
These carbonyl compounds have a group
that can be substituted by another group.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
3
Two Classes of Carbonyl Compounds
These carbonyl compounds do not have a group
that can be substituted by another group.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
4
The Class to which a Carbonyl Group Belongs Depends
on the Basicity of the Group Attached to the Acyl Group
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
5
A Carboxyl Group
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
6
Nomenclature of Carboxylic Acids
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
7
Nomenclature of Carboxylic Acids
In systematic nomenclature, the carbonyl carbon is C-1.
In common nomenclature, the carbon next to the carbonyl is the alpha-carbon.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
8
Nomenclature of Carboxylic Acids
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
9
Nomenclature of Carboxylic Acids
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
10
Nomenclature of Acyl Halides
(Acyl Chlorides and Acyl Bromides)
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
11
Nomenclature of Esters
state the substituent attached to the O
delete “ic acid”
add “ate”
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
12
Nomenclature of Carboxylate Ion Salts
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
13
Nomenclature of Carboxylate Ions
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
14
Nomenclature of Lactones
(Cyclic Esters)
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
15
Nomenclature of Amides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
16
Nomenclature of Amides
The substituent attached to the nitrogen is stated first.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
17
Nomenclature of Lactams
(Cyclic Amides)
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
18
Derivatives of Carbonic Acid
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
19
The Structure of a Carbonyl Compound
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
20
The Orbitals Used in Carbonyl Group Formation
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
21
Resonance Contributors
Esters, carboxylic acids, and amines have two resonance contributors.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
22
The Carbonyl Carbon is an Electrophile
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
23
A Nucleophilic Addition–Elimination Reaction
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
24
If the Incoming Nucleophile (Z) is a Stronger Base
Than the Base in the Reactant (Y)
The weakest base is eliminated from the tetrahedral intermediate.
If the incoming nucleophile (Z) is a stronger base
than the base in the reactant (Y),
a new product will be formed.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
25
If the Incoming Nucleophile (Z) is a Weaker Base
Than the Base in the Reactant (Y)
The weakest base is eliminated from the tetrahedral intermediate.
If the incoming nucleophile (Z) is a weaker base
than the base in the reactant (Y),
the reactants will be reformed.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
26
If the Two Groups Have Similar Basicities
A mixture of reactants and products is obtained.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
27
When a Nucleophile Attacks a Carbon,
The Weakest Bond Breaks
When a nucleophile attacks an alkyl halide, the sigma bond breaks.
When a nucleophile attacks a carbonyl compound, the pi bond breaks.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
28
The Relative Reactivities Depend on the Basicity of
the Substituent Attached to the Leaving Group
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
29
A Weak Base Makes Formation of the
Tetrahedral Intermediate Faster
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
30
A Weak Base Makes
Elimination from the Tetrahedral Intermediate Faster
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
31
A Carboxylic Acid Derivative Can Be Converted
Only into a Less Reactive Carboxylic Acid Derivative
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
32
Reaction with a Negatively Charged Nucleophile
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
33
Reaction with a Neutral Nucleophile
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
34
Reactions of Acyl Chlorides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
35
The Mechanism
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
36
Two Equivalents of Amine are Required
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
37
The Reaction of an Ester with Water
a hydrolysis reaction is a reaction with water
that converts one compound into two compounds
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
38
The Reaction of an Ester with an Alcohol
an alcoholysis reaction is a reaction with an alcohol
that converts one compound into two compounds
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
39
The Reaction of an Ester with an Amine
an aminolysis reaction is a reaction with an amine
that converts one compound into two compounds
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
40
The Carbonyl Oxygen is the Oxygen That is Protonated
The acid protonates the atom with the greatest electron density.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
41
The Resonance Contributors Show That
the Carbonyl Oxygen Has the Greatest Electron Density
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
42
The Mechanism for the
Acid-Catalyzed Hydrolysis of an Ester
43
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
Use Excess Water
to Drive the Reaction to the Right
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
44
Transesterification is Catalyzed by Acid
(use excess alcohol to drive the reaction to the right)
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
45
Protonation Makes the Carbonyl Group
More Susceptible to Nucleophilic Addition
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
46
Protonation Makes the Leaving Group
a Better Leaving Group
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
47
The Mechanism for Hydrolysis
of an Ester with a Tertiary Alkyl Group
‫רשות‬
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
48
The Mechanism for Hydroxide-Ion Promoted
Hydrolysis of an Ester
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
49
Acid-Catalyzed Ester Hydrolysis is Reversible
Hydroxide Ion-Promoted Ester Hydrolysis is Irreversible
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
50
Reaction with an Alcohol Can Be
Catalyzed by an Alkoxide Ion
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
51
Reaction of a Carboxylic Acid with an Alcohol
The reaction is catalyzed by acids.
Excess alcohol drives the reaction to the right.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
52
‫‪Fischer esterification‬‬
‫‪-8‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪53‬‬
‫‪54‬‬
‫‪-8‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪© 2014 Pearson Education, Inc.‬‬
Saturated and Unsaturated Fatty Acids
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
55
Fats and Oils are Formed by
Esterifying Glycerol with Fatty Acids
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
56
Fats and Oils
The fatty acid chains pack more tightly together in fats.
Fats are solids at room temperature.
Oils are liquids at room temperature.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
57
Hydrolysis of Fat or Oil in a
Basic Solution Forms a Soap
A soap is a sodium or potassium salt of a fatty acid.
The reaction is called saponification.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
58
Common Soaps
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
59
A Micelle
Long-chain carboxylate ions form micelles.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
60
Phosphoglycerides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
61
A Cell Membrane
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
62
An Enzyme in Snake Venom
Catalyzes the Hydrolysis of Phospholipids
‫הממברנה של כדוריות דם אדומות מתפרקת‬
63
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
Reaction of a Carboxylic Acid with an Amine
A carboxylic acid is an acid and an amine is a base,
so an acid-base reaction occurs.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
64
Heating the Product of the Acid–Base Reaction
Forms an Amide
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
65
The Structure of an Amino Acid
An amino acid can never exist as an uncharged compound.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
66
The pI of Alanine
The isoelectric point (pI) of an amino acid is the
pH at which it has no net charge.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
67
A Tripeptide
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
68
A Polypeptide Chain
The squares indicate the plane of each peptide bond.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
69
Mild Oxidation of a Thiol
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
70
The Mechanism
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
71
Reduction of a Disulfide
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
72
Oxidation of Cysteine Forms Cystine
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
73
Disulfide Bridges
Disulfide bridges contribute to the overall shape of the protein.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
74
Straight and Curly Hair
75
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
Insulin
Insulin has
•two interchain disulfide bridges and
•one intrachain disulfide bridge.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
76
The α-Helix
The α-helix is stabilized by hydrogen bonds.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
77
β-Pleated Sheets
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
78
The Secondary Structure of a Protein
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
79
Stabilizing Interactions
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
80
The Quaternary Structure of Hemoglobin
The individual chains are called subunits.
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
81
Amides Do Not Undergo
Nucleophilic Addition–Elimination Reactions
(unless the reaction is acid catalyzed)
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
82
Why Amides Do Not Undergo
Nucleophilic Addition Reactions
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
83
Amides React with Water and Alcohols
if an Acid Catalyzed is Added
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
84
The Mechanism for the
Acid-Catalyzed Hydrolysis of an Amide
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
85
The Weakest Base is the Best Leaving Group
A protonated amino group is a weaker base than hydroxide ion.
An amino group is a stronger base than hydroxide ion.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
86
Amide Hydrolysis Can Be Promoted
by Hydroxide Ion
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
87
The Mechanism for
Hydroxide-Ion-Promoted Hydrolysis of an Ester
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
88
Nomenclature of Nitriles
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
89
Acid-Catalyzed Hydrolysis of a Nitrile
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
90
The Mechanism
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
91
Synthesis of a Carboxylic Acid
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
92
Synthesis of a Primary Amine
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
93
An Acid Anhydride is Formed When Water is
Lost from Two Molecules of a Carboxylic Acid
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
94
Nomenclature of Acid Anhydrides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
95
Acid Anhydrides are Less Reactive Than Acyl Chlorides
but More Reactive Than Esters
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
96
Reactions of Acid Anhydrides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
97
The Mechanism
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
98
Dicarboxylic Acids
99
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
The Two pKa Values of Dicarboxylic are Different
Why?
The neighboring COOH group withdraws electrons and lowers the first pKa.
Electrostatic interaction between like charges raises the second pKa.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
100
Dicarboxylic Acids Lose Water When Heated
if They Can Form a Five- or Six-Membered Ring
‫על ידי אלימינציה של מים מאמיד מתקבל ניטריל‬
© 2014 Pearson Education, Inc.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
101
Activating Carboxylic Acids
by Converting Them to Acyl Chlorides
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
102
These Reagents Give the Carboxylic Acid
a Better Leaving group Than Chloride Ion
‫רשות‬
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
103
Starting with an Acyl Chloride a Wide Variety
of Carboxylic Acid Derivatives Can Be Synthesized
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
104
Heating Phosphoric Acid Forms
Pyrophosphoric Acid and Triphosphoric Acid
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
105
‫‪ATP‬‬
‫‪106‬‬
‫‪-8‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪© 2014 Pearson Education, Inc.‬‬
Forming an Acyl Phosphate
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
107
Forming an Acyl Adenylate
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
108
The Negative Charges on ATP are Neutralized
at the Active Site of an Enzyme
[Pg. 774]
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
109
A Thioester is More Susceptible to Nucleophilic Addition
Than an Oxygen Ester
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
110
Coenzyme A
Coenzyme A is the thiol used in cells.
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
111
A Carboxylate Ion is First Converted to an Acyl
Adenylate and Then to a Thioester
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
112
Using Acetyl-CoA to Form Acetylcholine
Acetylcholine is a neurotransmitter—a compound that
transmits nerve impulses across the synapses between nerve cells
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
113
‫אספירין‪-‬העשרה‬
‫‪-8‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫‪114‬‬
How Aspirin Reduces Fever and Pain
‫נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬-8
© 2014 Pearson Education, Inc.
115