Acilazione del carbonio: meccanismo

L’ acilazione del carbonio, uno dei processi sintetici più importanti della chimica organica, ha luogo tra un agente acilante (cloruro acilico, anidride o estere) e un nucleofilo quale un anione enolato in ambiente basico o un enolo in ambiente acido.

Un esempio di acilazione del carbonio è dato dalla reazione di un cloruro acilico con un nucleofilo indicato come Nu-H. La reazione di acilazione del carbonio può essere così generalizzata:

RCOCl + Nu-H → RCONu + HCl

Condensazione degli esteri

Gli esteri alifatici che hanno almeno due atomi di idrogeno in alfa subiscono un’autocondensazione (condensazione di Claisen) per formare un β-chetoestere. La classica sintesi dell’acetoacetato di etile è il prototipo per questo gruppo di reazioni:

2 CH₃COOC₂H₅ + C₂H₅O^– → CH₃CO-CH₂COOC₂H₅ (estere acetacetico) + C₂H₅OH

La reazione è analoga alla condensazione aldolica base-catalizzata.

Nel processo di enolizzazione gli esteri sono meno acidi delle aldeidi e dei chetoni a causa della stabilizzazione per risonanza del gruppo estereo, ma gli ioni etossido sono sufficientemente basici da convertire una piccola quantità di acetato di etile in uno ione enolato, dando luogo a un rapido equilibrio.

Meccanismo

L’attacco dell’enolato su di una molecola di estere è quindi una tipica reazione di sostituzione:

[CH₃COOC₂H₅  ↔ CH₃CO^–O⁺C₂H₅] + C₂H₅O^– → [C^–H₂-COOC₂H₅ ↔ CH₂=CO^–OC₂H₅] + C₂H₅OH

CH₃COOC₂H₅ + C^–H₂-COOC₂H₅ → CH₃CO-CH₂COOC₂H₅ + C₂H₅O^–

Nella reazione è consumato un equivalente di etossido di sodio in quanto il β-chetoestere che si forma è sufficientemente acido da neutralizzare lo ione etossido.

CH₃CO-CH₂COOC₂H₅ + C₂H₅O^– ⇌

 ⇌  [CH₃CO-C^– H-COOC₂H₅ ↔ CH₃CO^– = CH-COOC₂H₅ ↔ CH₃CO-CH=CO^–OC₂H₅] + C₂H₅OH

Dopo che si è completata la condensazione, il sale sodico del β-chetoestere costituisce un fattore critico per il successo della condensazione. La costante di equilibrio per le condensazioni è piccola; ma l’equilibrio è spostato a favore dei prodotti  a favore dei prodotti a causa della successiva conversione del β-chetoestere in un anione enolato, essendo quest’ultimo più stabile della base iniziale, l’alcossido.

La situazione è analoga alla sostituzione di RO^– ed HO^–  in un estere. Gli ioni alcossido portano ad uno scambio reversibile con l’estere in cui i prodotti non sono particolarmente favoriti. Con gli ioni idrossido, invece, il prodotto in equilibrio è un acido carbossilico. Esso  è in grado di reagire con la base per formare un anione carbossilato molto più stabile con conseguente spostamento a destra dell’equilibrio:

R-COOR’ + R’’O^– ⇌ R-COOR’’ + R’O^–

R-COOR’ + HO^– ⇌ R-COOH + R’O^– → R-COO^– + R’OH

In generale, per la condensazione di Claisen c’è bisogno di un estere con un metilene in alfa  ed un secondo estere. Il metilene in alfa agisce da nucleofilo. Il secondo estere  funziona da substrato per la reazione di sostituzione:

R-COR’ _{(substrato o accettore)} + R’’-CH₂-COOR’ _{(componente enolico)} → R-CO-C^– R’’-COOR’ _{(anione enolato del β-chetoestere)} + 2 R’OH