Carboxylic acids and their derivatives. Introduction to Carboxylic Acids O O OH O Acetylsalicylic acid (Aspirin, a widely used analgesic) HO NH2 O HO 4-Aminosalicylic acid used in

Carboxylic acids and their derivatives

1. Introduction to Carboxylic Acids

O

O

OH

O

Acetylsalicylic acid(Aspirin, a widely used

analgesic)

HO

NH2

O

HO

4-Aminosalicylic acidused in the treatment of tuberculosis

OHO

Isotretinoin(Used in the treatment of acne

2. Nomenclature of Carboxylic acids

X- Monocarboxylic acids

Alkane + oic acid

Cycloalkanecarboxylic acid

2. Nomenclature of Carboxylic acids

O

OH

Pentanedioic acid

O

HO

- Diacids

Alkane + dioic acid

ลงทา้ยดว้ยคาํวา่ -ic acid สว่นใหญจ่ะมาจากภาษาลาตนิหรอืกรกี

Methanoic acid Formic acid

Ethanoic acid Acetic acid

Propanoic acid Propionic acid

Ethanedioic acid Oxalic acid

2-Hydroxypropanoic acid Lactic acid

IUPAC name Common name

การอา่นชือ่สามญั(Common names)

3. Structure and Physical Properties of Carboxylic acids

• ประกอบดว้ยหมู ่carboxyl

• สตูรท ัว่ไป R‐COOH หรอื Ar‐COOH

• จํานวนคารบ์อนนอ้ย จะละลายนํา้ไดด้ ีและการละลายจะลดลงเมือ่จํานวนคารบ์อนเพิม่ข ึน้

COOH CO2H

• มขี ัว้สงู จดุเดอืด จดุหลอมเหลวสงูกวา่ aldehyde และ ketone

HCl CH3COOH CH3CH2OHpKa = -7 pKa = 4.72 pKa = 16

Acidity

Ka = [RCOO-][H+] and pKa = -log Ka [RCOOH]

4. The Acidity of Carboxylic acids

3 2 2 3 2-

3+

33

-3

-

2 3+

Ka = 16

Ka = 4.7

1. Inductive effect

3 2-

< <

2. Resonance effect

CO

O- CO

O-EWG EDG

Electron-withdrawing group stabilizes carboxylate and strengthens acid

Electron-donating groupdestabilized carboxylate and weaken acid

EWG EDG

EDG –NH2, OH, OCH3

EWG –F, Cl, Br, I, NO2’

3.1 Substituent Effects on Acidity

Weaker acid Stronger acid

- จาํนวนหมูด่งึอเิล็กตรอนมาก ความเป็นกรดจะเพิม่มาก

- ผลของinductive ซึง่ข ึน้อยูก่บัระยะทางของหมูด่งึอเิล็กตรอน

3 2

pKa 2.86 4.05 4.52

Stronger Acid Weaker acid

3.2 Substituent Effects in Substituted Benzoic acid

p p

3 2

Weaker acid Stronger acid

4.1 Oxidation of alkylbenzene

4. ปฏกิริยิาการเตรยีมกรดคารบ์อกซลิกิ

4.2 Oxidative cleavage of alkene

4.3 Oxidation of primary alcohol and aldehyde

4.4 Hydrolysis of Nitrile

4.5 Carboxylation of Grignard Reagents

3 2 2 2 3 2 2 2

2

3+

2 23

+

3 2 2 2 2

5.ปฏกิริยิาของกรดคารบ์อกซลิกิ

5.1 Reaction with base

+2

3 2 16 3 2 16+

2

Carboxylate salt มกัจะละลายนํา้

5.2 Nucleophilic Acyl Substitution

- +

- Acid Chloride

- Acid Anhydride

- Ester

2

+

2

3

+ 3

5.3 Reduction Reaction

4

3+

cis3 2 7 2 7 2

2

2

3

3+

p2

2 2

p

3 2 7 2 7

5.3 Decarboxylation Reaction

6. อนพุนัธข์องกรดคารบ์อกซลิกิ (Carboxylic acid derivatives)

Acid chloride

Acid anhydride

Ester

1 2 1 22

6. อนพุนัธข์องกรดคารบ์อกซลิกิ (Carboxylic acid derivatives)

Amide

6.1 ปฏกิริยิาของอนพุนัธก์รดคารบ์อกซลิกิ

Acyl substitution by Nucleophilic Addition-Elimination

6.1 ปฏกิริยิาของอนพุนัธก์รดคารบ์อกซลิกิ

หมูเ่อซลิมคีวามวอ่งไวตอ่ Nu-มากกวา่

หมูเ่อซลิมคีวามวอ่งไวตอ่ Nu-นอ้ยกวา่

6.2 Acid Chlorides

สตูรท ัว่ไป

การอา่นชือ่ ตดั-ic หรอื-oic acid ทิง้ แลว้ลงทา้ยดว้ย -yl chloride หรอื -oyl chloride

6.2 Acid Chlorides

6.3 Acid anhydride

สตูรท ัว่ไป

การอา่นชือ่ อา่นชือ่ทัง้IUPAC หรอื common name แบบกรดคาร์ บอกซลิกิจะตดัคําวา่ acid ทิง้ เตมิคําวา่ anhydride แทน เชน่

- Cyclic anhydride

2

2

o

2

o2

ปฏกิริยิาของ acid anhydrides

6.4 Esters

สตูรท ัว่ไป

การอา่นชือ่ โดยอา่นหมูa่lkylหรอื arylทีม่าจากแอลกอฮอล ์(R group ทีเ่ชือ่มพันธะกบัออกซเิจน) กอ่น ตามดว้ยชือ่ของ คารบ์อกซลิกิ เปลีย่น –ic acid เป็น –ate

เชน่

Cyclic ester เรยีกวา่ lactones

O

O

A five-membered lactone

O

O

A seven-membered lactone

การเตรยีมเอสเทอร์

3 22 4

23 3 2 3

กลไก

Ester from Acid chlorides

6 5 3 2 6 52 3

-

Ester from Acid anhydrides

3 3

3

33 2 33

2 3

sec sec

Hydrolysis of Ester

สตูรท ัว่ไป

1. Acid Catalyzed

Hydrolysis of Ester

กลไก

1. Acid Catalyzed

Hydrolysis of Ester

สตูรท ัว่ไป

2. Base Catalyzed (Saponification)

3 22 2 2 3 3- +

3 2 2

Hydrolysis of Ester

กลไก

2. Base Catalyzed (Saponification)

6.5 Amides

สตูรท ัว่ไป

การอา่นชือ่ ตดัคําวา่-oic acid หรอื –ic acid ออก แลว้เปลีย่นเป็น –amide ถา้อะตอมของไนโตรเจนมaีlkyl group การอา่นจะ

ระบตุําแหน่งดว้ย N- หรอืมaีlkyl group 2 หมู ่ก็จะเป็น N,N-di

เชน่

6.5 Amides

Cyclic amide เรยีกวา่ lactam เชน่

Penicillin

6.5 Amides

การเตรยีม

3

2

2

2

ปฏกิริยิาของ Amides

Hydrolysis of Amides

ปฏกิริยิาของ Amides

Hydrolysis of Amides