المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المراقبة
2024-11-24
المشارطة
2024-11-24
الحديث المرسل والمنقطع والمعضل.
2024-11-24
اتّصال السند.
2024-11-24
ما يجب توفّره في الراوي للحكم بصحّة السند (خلاصة).
2024-11-24
من هم المحسنين؟
2024-11-23


The relative reactivity of carboxylic acid derivatives  
  
1737   07:29 مساءً   date: 30-10-2019
Author : ..................
Book or Source : LibreTexts Project
Page and Part : .................

The relative reactivity of carboxylic acid derivatives

The relative reactivity of the carboxylic acid derivatives is an important concept to understand before entering into a detailed examination of nucleophilic acyl substitutions. As a general rule, the carbonyl carbon in an acyl group is less electrophilic than that in an aldehyde or ketone. This is because in carboxylic acid derivatives, the partial positive charge on the carbon is stabilized somewhat by resonance effects from the adjacent heteroatom.

image028.png

Among the carboxylic acid derivatives, carboxylate groups are the least reactive towards nucleophilic acyl substitution, followed by amides, then esters and (protonated) carboxylic acids, thioesters, and finally acyl phosphates, which are the most reactive among the biologically relevant acyl groups.

image030.png

The different reactivities of the functional groups can be understood by evaluating the basicity of the leaving group in each case - remember from section 8.5 that weaker bases are better leaving groups! A thioester is more reactive than an ester, for example, because a thiolate (RS-) is a weaker base than an alkoxide (RO-). In general, if the incoming nucleophile is a weaker base than the ‘acyl X’ group that is already there, the first nucleophilic step will simply reverse itself and we’ll get the starting materials back:

image032.png

This is why it is not possible to directly convert an ester, for example, into a thioester by an acyl substitution reaction – this would be an uphill reaction.

Here’s another way to think about the relative reactivites of the different carboxylic acid derivatives: consider the relative electrophilicity, or degree of partial positive charge, on the carbonyl carbon in each species. This depends on how much electron density the neighboring heteroatom on the acyl X group is able to donate: greater electron donation by the heteroatom implies lower partial positive charge on the carbonyl carbon, which in turn implies lower electrophilicity.

The negatively charged oxygen on the carboxylate group has lots of electron density to donate, thus the carbonyl carbon is not very electrophilic. In amides, the nitrogen atom is a powerful electron donating group by resonance - recall that the carbon-nitrogen bond in peptides has substantial double-bond character - thus amides are relatively unreactive. Amides do undergo acyl substitution reactions in biochemical pathways, but these reactions are inherently slow and the enzymes catalyzing them have evolved efficient strategies to lower the activation energy barrier.

Carboxylic acids and esters are in the middle range of reactivity, while thioesters are somewhat more reactive. The most reactive of the carboxylic acid derivatives frequently found in biomolecules are the acyl phosphates. These are most often present in two forms: the simple acyl monophosphate, and the acyl-adenosine monophosphate.

image034.png

Both are highly reactive to acyl substitution reactions, and are often referred to as ‘activated acyl groups’ or ‘activated carboxylic acids’. The high reactivity of acyl phosphates is due mainly to the ability to form complexes with magnesium ions.

image036.png

The magnesium ion acts as a Lewis acid to accept electron density from the oxygen end of the acyl carbonyl bond, thus greatly increasing the degree of partial positive charge - and thus the electrophilicity - of the carbonyl carbon. The magnesium ion also balances negative charge on the phosphate, making it an excellent leaving group.

In our examination of acyl substitution reactions, we will start with the formation and reactions of the highly reactive acyl phosphates. We will then discuss how thioesters play a key role in the acyl substitution reactions of lipid metabolism. Finally, we will take a look at some important acyl substitution reactions involving esters, as well as the formation and cleavage of the amide linkages in the peptide bonds of proteins.

 




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .