If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Kysele a bazicky katalyzovaná hydrolýza amidů.

Mechanismus kysele a bazicky katalyzované hydrolýzy amidů.. Tvůrce: Jay.

Transkript

Už jsme viděli, že amidy jsou obvykle nereaktivní kvůli stabilizaci rezonancí, přesto je můžeme hydrolyzovat za použití drsných reakčních podmínek. Pokud použijeme silnou kyselinu nebo bázi a reakční směs budeme pár hodin zahřívat, dojde k hydrolýze amidů. Podíváme se na tenhle amid. Tuto vazbu můžeme přerušit, pokud použijeme kyselinu a teplo. Vznikne karboxylová kyselina. Podívejme se na mechanismus kysele katalyzované hydrolýzy amidů. Prvním krokem je protonace karbonylového kyslíku. Volný elektronový pár na kyslíku si vezme proton z hydronia a nechá tam tyto elektrony. V minulých videích jsme viděli, že naprotonováním kyslíku karbonylu se karbonyl stává elektrofilnějším. Nakreslíme si sem NH₂ a koukneme se na elektrony. Volný elektronový pár na kyslíku si vezme proton z hydronia a vytvoří tuto vazbu. Kyslík dostane formální náboj +1. Jaké jsou rezonanční struktury této molekuly? Přitáhne si elektrony z karbonylu, tím se stane uhlík elektrofilnější. Bude reagovat s nukleofilem. Přítomným nukleofilem je voda. Nakreslíme si sem vodu. Pokud deprotonujeme hydronium, dostaneme H₂O. Voda se bude chovat jako nukleofil, napadne elektrofil, kterým je uhlík, a elektrony přeskočí sem. Pokud si to nakreslíme, máme nalevo OH s dvěma volnými elektronovými páry. Podívejme se na tyto elektrony. Zelené elektrony se přesunuly na kyslík. Vytvoří se tak vazba mezi uhlíkem a kyslíkem. Kyslík má na sobě dva vodíky, volný elektronový pár a formální náboj +1. Teď modré elektrony. Modré elektrony vytvoří vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem. Kyslík získá formální náboj +1. Tady dole máme NH₂. Dalším krokem, jelikož tu máme formální náboj +1, bude deprotonace, abychom se tohoto náboje zbavili. Opět přijde voda a tentokrát se bude chovat jako báze. Právě jsme viděli vodu v roli nukleofilu, teď se zachová jako báze. Vezme si proton a nechá tam elektrony kyslíku. Tím jsme se zbavili formálního náboje. OH máme na levé straně a navíc ho teď máme také na pravé straně. Ukážeme si ty elektrony. Dojde k deprotonaci, vezmeme si proton, elektrony tu necháme kyslíku. Můžeme si je nakreslit modře, bychom si uvědomili, které to jsou. A tady stále máme NH₂. Tentokrát si NH₂ rozkreslíme. Na dusíku je volný elektronový pár a nakreslíme si sem vodíky. V dalším kroku bude amin fungovat jako báze. Máme tu hydronium, o kterém víme, že je to kyselina, H₃O⁺. Nakreslíme si to všechno sem. Amin se zachová jako báze a hydronium jako kyselina. Amin si vezme proton z H₃O⁺ a nechá elektrony na kyslíku. Udělám si tady na to víc místa Máme tu další acidobazickou reakci. Naprotonujeme amin, protože díky tomu dostaneme lepší odstupující skupinu. Dokreslíme si všechno ostatní. Opět máme OH na obou stranách. Pořád tu máme R skupinu. Máme tu dusík se čtyřmi vazbami. Díky tomu má dusík formální náboj +1. Vyznačíme si elektrony růžově, abychom viděli, jak se pohybují. Elektrony na dusíku si vezmou tenhle proton. Můžeme říct, že je to třeba tenhle proton. Dusík tím získá formální náboj +1. Dostáváme dobře odstupující skupinu. Pokud se podíváme sem, uvidíme, že se tu jako odstupující skupina schovává amoniak. V dalším kroku dojde k opětovnému vytvoření karbonylu. Tyto elektrony se přesunou sem a zformují karbonyl. Uhlík má opět moc vazeb. Elektrony musí přejít na dusík. Nakreslíme si, co vznikne. Máme R skupinu, máme uhlík navázaný dvojnou vazbou na kyslík a na kyslíku je formální náboj +1. Podívejme se na elektrony. Červené elektrony se přesunou sem a opět se tvoří karbonyl. OH je stále navázané na tento uhlík. Modré elektrony jsme odsunuly na dusík a vznikl amoniak. Nakreslíme si sem amoniak. Máme tu amoniak, tedy NH₃ s volným elektronovým párem na dusíku. Řekněme, že modré elektrony jsou ty, které přešly na dusík. Jsme skoro u konečného produktu, karboxylové kyseliny. Stačí už jen deprotonovat. Amonium se zachová jako báze. Vezme si proton, elektrony necháme na kyslíku. Dostaneme karboxylovou kyselinu. Nakreslíme si sem tu karboxylovou kyselinu. Vyznačíme si tyhle elektrony zeleně. Zelené elektrony přejdou na kyslík a dostaneme karboxylovou kyselinu. Nakreslíme si sem OH skupinu. Vezmeme amoniak a přidáme jeden proton, vznikne NH₄⁺, tedy amonný kation. Zkusím ho sem vměstnat. Máme amonný kation, NH₄⁺. Modré elektrony si vezmou proton a vznikne tato vazba. A máme produkty. Připravili jsme karboxylovou kyselinu a amonný kation. Rovnováha posledního kroku je nakloněna k produktům. Díky tomu se v reakci tvoří karboxylová kyselina. Podívejme se na další způsob hydrolýzy amidu. Tentokrát použijeme bázi. Ukázali jsme si to s kyselinou a teď si ukážeme mechanismus s použitím báze. Opět tu máme náš amid. Tentokrát k němu přidáme hydroxid sodný. Hydroxidový anion je lepší nukleofil než voda, takže v tomto mechanismu bude naším nukleofilem přímo hydroxidový anion. Zaútočí na uhlík karbonylu a odsune tyto elektrony na kyslík. Nakreslíme si, co dostaneme. Na levé straně máme kyslík s třemi volnými elektronovými páry a formálním nábojem −1. Tyto elektrony přešly na kyslík. Co dále je navázané na uhlík? Máme tu R skupinu, NH₂ a OH. Nakreslíme si sem OH. Zvýrazníme si volný elekronový pár na hydroxidu sodném. Řekneme, že tyto elektrony na hydroxidu jsou ty, které vytvoří vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem. Teď můžeme obnovit karbonyl. Na dusík bychom měli nakreslit volný elektronový pár, protože když se obnovil karbonyl, přesunuly se tyto elektrony sem, aby umožnily vznik karbonylu a tyhle elektrony se přesunuly na dusík. Nakreslíme, co nám vzniklo. Máme tu R skupinu, obnovený karbonyl, kyslík a vodík. Připravili jsme karboxylovou kyselinu. Zvýrazníme si tyto elektrony modře, ať víme, které jsou které. Podívejme se, co odstoupilo, NH₂. Vyměním si barvy, vrátím se k žluté. Máme tu NH₂, ale co elektrony? Na dusíku už jeden elektronový pár máme, a dostali jsme další. Ukážeme si, odkud se vzal. Tyhle elektrony také přešly na dusík. Dusík tím získává formální náboj −1. Tohle je amidový anion, který je velmi silná báze. Máme tu silnou bázi a kyselinu. Dostaneme acidobazickou reakci. Báze si vezme proton z kyseliny. Tyto červené elektrony si vzaly proton z kyseliny a nechaly tyto elektrony tady. Nakreslíme si produkt. Máme konjugovanou bázi ke karboxylové kyselině, což je karboxylátový anion. Nakreslíme si sem volný elektronový pár na kyslíku. Kyslík má formální náboj −1. Použijeme zelenou. Elektrony přejdou sem na kyslík a vznikne karboxylátový anion. Podívejme se na další produkt. Máme NH₂⁻ a přidáváme proton, tím nám vzniká NH₃, tedy amoniak. Nakreslíme si sem amoniak. Na dusík nakreslíme volný elektronový pár. Červené elektrony si vezmou tenhle proton a vytvoří tuto vazbu. Vznikne amoniak. Rovnováha acidobazické reakce je opět posunuta k produktům, takže reakce probíhá správným směrem. Podporujeme přímou reakci. Nakonec se podíváme na to, jak z karboxylátového aniontu dostaneme karboxylovou kyselinu. V prvním kroku přidáme hydroxid sodný, tím získáme tohle. Pokud bychom chtěli z karboxylátového aniontu připravit karboxylovou kyselinu, potřebujeme zdroj protonů. Karboxylátový anion si vezme proton a vznikne karboxylová kyselina. To jsou dva způsoby, jak hydrolyzovat amid. Podívejme se na tuto reakci. Řekněme, že naším cílem je přejít z benzamidu na kyselinu benzoovou. Právě jsme si ukázali dva způsoby jak to udělat. Jeden způsob je přidáním vody a kyseliny. Dostaneme H₃O⁺ a pokud směs zahřeme, zhydrolyzujeme amid a dostaneme kyselinu benzoovou. To je jeden způsob. Kysele katalyzovaná hydrolýza amidů. Nebo můžeme použít bázi. Pokud bychom chtěli připravit kyselinu, přidali bychom hydroxid sodný a zahřáli bychom to. Na⁺ a OH⁻, opět zahříváme. Dostaneme karboxylátový anion, takže ve druhém kroku musíme naprotonovat. Dostaneme tím kyselinu benzoovou.