13.13: От карбоновых кислот к метиловым эфирам: алкилирование диазометаном

Карбоновые кислоты реагируют с диазометаном в эфирном растворителе посредством алкилирования по карбоксилатному атому кислорода с образованием метиловых эфиров соответствующей кислоты с отличными выходами.

Диазометан — желтый газ с температурой кипения −23 °C. Его удобно получать путём воздействия основания на N-метил-N-нитрозомочевину или N-метил-N-нитрозотолуолсульфонамид.

Механизм этерификации включает протонирование диазометана карбоновой кислотой с образованием карбоксилатной соли и катиона метилдиазония. Катион метилдиазония очень нестабильен из-за присутствия N≡N, который функционирует как отличная уходящая группа.

На заключительном этапе алкилирования атака SN2 на ион метилдиазония карбоксилат-анионом приводит к образованию метилового эфира наряду с удалением газообразного N2.

Однако, диазометан является потенциально взрывоопасным газом и требует мер предосторожности при обращении и хранении. Он подвергается самопроизвольной детонации при контакте с шероховатыми или поцарапанными поверхностями. Поэтому в реакциях с участием диазометана часто рекомендуется использовать отполированную огнём стеклянную посуду и защитный экран против взрыва. Более того, диазометан высокотоксичен и канцерогенен.

Диазометан разлагается в присутствии тепла или света с образованием карбенов и удалением азота.

Карбоновые кислоты после обработки диазометаном подвергаются алкилированию с образованием метиловых эфиров.

Диазометан, газ желтого цвета, образующийся из предшественников, таких как N-метил-N-нитрозомочевина и основание, представляет собой резонансный гибрид трех дипольных структур.

Механически диазометан протонируется карбоновой кислотой с образованием карбоксилат-аниона и катиона метилдиазония.

Катион метилдиазония является крайне нестабильным видом, несущим диазот – отличную уходящую группу.

Затем нуклеофильный карбоксилат-анион атакует катион метилдиазония через механизм S_N2 с образованием метиловых эфиров с одновременным выделением газообразного азота.

Обратите внимание, что этерификация происходит через нуклеофильный карбоксилатный кислород карбоновой кислоты. В отличие от этого, катализируемая кислотой этерификация по Фишеру включает в себя электрофильный карбонильный углерод, который в конечном итоге вступает в реакцию с нуклеофильной алкоксигруппой алкоголя.

Одним из применений алкилирования диазометаном является обнаружение кокаина в образце мочи. Здесь бензоилэкгонин – мочевой метаболит кокаина, превращается в более подходящий метиловый эфир для обнаружения с помощью масс-спектрометрического анализа.

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