13.13: Da acidi carbossilici a metilesteri: alchilazione mediante diazometano

Gli acidi carbossilici reagiscono con il diazometano in un solvente etereo tramite alchilazione sull'atomo di ossigeno carbossilato per fornire esteri metilici dell'acido corrispondente con rese eccellenti.

Il diazometano è un gas giallo con punto di ebollizione a -23 °C. Viene convenientemente preparato mediante l'azione di una base su N-metil-N-nitrosourea o N-metil-N-nitrosotoluensolfonammide.

Il meccanismo di esterificazione prevede la protonazione del diazometano da parte dell'acido carbossilico per produrre un sale carbossilato e un catione metildiazonio. Il catione metildiazonio è altamente instabile a causa della presenza di N≡N, che funziona come un eccellente gruppo uscente.

Nella fase finale dell'alchilazione, un attacco S_N2 allo ione metildiazonio da parte dell'anione carbossilato produce un estere metilico, insieme all'eliminazione del gas N_2.

Tuttavia, il diazometano è un gas potenzialmente esplosivo e richiede precauzioni durante la manipolazione e lo stoccaggio. Esplode spontaneamente al contatto con superfici ruvide o graffiate. Pertanto, nelle reazioni che coinvolgono il diazometano sono spesso raccomandati una vetreria lucidata a fiamma e uno schermo anti-esplosione. Inoltre, il diazometano è altamente tossico e cancerogeno.

Il diazometano si decompone in presenza di calore o luce per generare carbeni ed eliminare l'azoto.

Gli acidi carbossilici, dopo il trattamento con diazometano, subiscono alchilazione per dare esteri metilici.

Il diazometano, un gas di colore giallo generato da precursori come la N-metil-N-nitrosourea e una base, è un ibrido di risonanza di tre strutture dipolari.

Meccanicisticamente, il diazometano viene protonato dall'acido carbossilico per generare un anione carbossilato e un catione metildiazonio.

Il catione metildiazonio è una specie estremamente instabile contenente diazoto, un eccellente gruppo uscente.

Successivamente, l'anione carbossilato nucleofilo attacca il catione metildiazonio tramite un meccanismo S_N2 per produrre esteri metilici con il rilascio simultaneo di azoto gassoso.

Si noti che l'esterificazione procede attraverso l'ossigeno carbossilato nucleofilo dell'acido carbossilico. Al contrario, l'esterificazione di Fischer catalizzata da acido coinvolge un carbonio carbonilico elettrofilo che alla fine reagisce con il gruppo alcossidico nucleofilo dell'alcol.

Una delle applicazioni dell'alchilazione da parte del diazometano è quella di rilevare la cocaina in un campione di urina. Qui, la benzoilecgonina, un metabolita urinario della cocaina, viene convertita in un estere metilico più adatto per essere rilevato mediante analisi di spettrometria di massa.

Methyl ester formation – Carboxylic acids react with diazomethane to form methyl esters. Diazomethane – A yellow, explosive, carcinogenic gas used for esterification. SN2 alkylation – Carboxylate ion attacks methyldiazonium to form ester and release N₂. Methyldiazonium ion – Unstable intermediate with N≡N as a leaving group. Safety precautions – Diazomethane must be handled with flame-polished glassware and a blast shield.

Define the Reaction – Describe how diazomethane reacts with carboxylic acids to form esters (e.g., methyl ester) Identify Key Intermediates – Recognize the role of methyldiazonium and carboxylate in the mechanism (e.g., methyldiazonium) Explain Product Formation – Show SN2 attack yields methyl ester and N₂ elimination (e.g., SN2) Explain Mechanism or Process – Outline proton transfer, ion formation, and nucleophilic attack Apply in Context – Handle diazomethane with care due to its toxicity, explosiveness, and carcinogenic nature

What is the role of methanol in diazomethane-based methyl ester formation? How does SN2 alkylation with diazomethane produce methyl esters from carboxylic acids? What safety precautions are necessary when using diazomethane for ester synthesis?

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