13.13: Kwasy karboksylowe do estrów metylowych: alkilowanie przy użyciu diazometanu

Kwasy karboksylowe reagują z diazometanem w rozpuszczalniku eterowym poprzez alkilowanie przy karboksylanowym atomie tlenu tworząc estry metylowe odpowiedniego kwasu z doskonałą wydajnością.

Diazometan jest żółtym gazem o temperaturze wrzenia -23°C. Dogodnie wytwarza się go przez działanie zasadą na N-metylo-N-nitrozomocznik lub N-metylo-N-nitrozotoluenosulfonamid.

Mechanizm estryfikacji obejmuje protonowanie diazometanu przez kwas karboksylowy z wytworzeniem soli karboksylanowej i kationu metylodiazoniowego. Kation metylodiazoniowy jest wysoce niestabilny ze względu na obecność N≡N, który działa jako doskonała grupa opuszczająca.

W końcowym etapie alkilowania atak SN2 na jon metylodiazoniowy przez anion karboksylanowy powstaje ester metylowy wraz z eliminacją gazowego N2.

Diazometan jest jednak gazem potencjalnie wybuchowym i wymaga środków ostrożności podczas obchodzenia się z nim i przechowywania. Ulega samoistnej detonacji w kontakcie z szorstkimi lub porysowanymi powierzchniami. Dlatego w reakcjach z udziałem diazometanu często zaleca się stosowanie polerowanego płomieniowo szkła i osłony przeciwwybuchowej. Co więcej, diazometan jest wysoce toksyczny, a także rakotwórczy.

Diazometan rozkłada się pod wpływem ciepła lub światła, tworząc karbeny i eliminując azot.

Kwasy karboksylowe po potraktowaniu diazometanem ulegają alkilacji w celu uzyskania estrów metylowych.

Diazometan, gaz o żółtym zabarwieniu wytwarzany z prekursorów, takich jak N-metylo-N-nitrozomocznik i zasada, jest hybrydą rezonansową trzech struktur dipolarnych.

Mechanistycznie diazometan jest protonowany przez kwas karboksylowy w celu wytworzenia anionu karboksylowego i kationu metylodiamiowego.

Kation metylodiazonium jest wyjątkowo niestabilnym gatunkiem zawierającym diazot - doskonałą grupę opuszczającą.

Następnie nukleofilowy anion karboksylowy atakuje kation metylodiazonium poprzez mechanizm SN2, dając estry metylowe z jednoczesnym uwalnianiem gazowego azotu.

Zauważ, że estryfikacja przebiega przez nukleofilowy tlen karboksylowy kwasu karboksylowego. Natomiast katalizowana kwasem estryfikacja Fischera obejmuje elektrofilowy węgiel karbonylowy, który ostatecznie reaguje z nukleofilową grupą alkoksylową alkoholu.

Jednym z zastosowań alkilowania przez diazometan jest wykrywanie kokainy w próbce moczu. W tym przypadku benzoiloekgonina – metabolit kokainy w moczu, jest przekształcana w bardziej odpowiedni ester metylowy, który można wykryć za pomocą analizy spektrometrii mas.

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?

Students – Learn effective strategies for studying and memorizing complex lists Educators – Teach memory techniques with concrete and engaging examples Researchers – Explore cognitive tools used in learning and memory enhancement Science Enthusiasts – Discover fun, structured ways to remember scientific facts