Hidrólise e esterificação

Saponification of esters and lactones

• Break an ester with hydroxideAdd hydroxide to an ester, release the alkoxide, and transfer a proton to make carboxylate and alcohol.
• Open a five-membered lactoneDistinguish ring-opening acyl–oxygen cleavage from breaking the tether alkyl–oxygen bond, with explicit solvent proton exchange.
• Hydrolyze an ester with a resonance-stabilized leaving groupDetermine why phenoxide can both depart and accept the carboxylic-acid proton without becoming the final charge carrier.
• Hydrolysis of acetylcholine to cholineDraw hydroxide addition to acetylcholine, loss of the choline alkoxide and proton transfer to give choline and acetate.
• Hydrolysis of aspirin to salicylic acidDraw aspirin hydrolysis at pH 7–9: deprotonation of the acid, carboxylate-assisted water addition to the acetyl group, loss of the phenoxide and proton transfer.
• Labelled saponification gives ¹⁸O-acetateTrack an ¹⁸O label from hydroxide through addition, loss of ethoxide and proton transfer to show acyl–oxygen cleavage in saponification.
• Saponification of ethyl acetate to acetateDraw hydroxide addition to ethyl acetate, loss of ethoxide from the tetrahedral intermediate, and the proton transfer that makes acetate and ethanol.
• Saponification of methyl benzoate to benzoateDraw hydroxide addition to methyl benzoate, expulsion of methoxide and the acid–base step that gives benzoate and methanol.
• Saponification of triacetin to glycerolDraw the three hydroxide additions, alkoxide losses and proton transfers that saponify all three esters of triacetin to glycerol.

Fischer esterification and transesterification

• Finish an acid-catalyzed esterification stageShow neutral water departure and catalyst regeneration from a supplied protonated intermediate.
• Build an ester from an acid and an alcoholComplete Fischer esterification from unactivated starting materials while tracking which oxygen leaves as water.
• Methoxide-catalysed transesterification of triacetin to methyl acetateDraw one methoxide-catalysed ester exchange of triacetin: methoxide addition, loss of the glycerol alkoxide and regeneration of methoxide from methanol.
• Fischer esterification with ¹⁸O-methanol gives labelled methyl acetateFollow the ¹⁸O of labelled methanol through Fischer esterification of acetic acid and show that the water lost contains an oxygen from the acid.
• Fischer esterification of benzoic acid to methyl benzoateDraw protonation, addition, deprotonation, protonation, elimination and deprotonation (PADPED) for benzoic acid and methanol with sulfuric acid.
• Acid-catalysed lactonization to δ-valerolactoneDraw the intramolecular Fischer esterification in which the hydroxyl of 5-hydroxypentanoic acid closes a six-membered lactone ring.
• Glycine methyl ester hydrochloride from glycine, SOCl2 and methanolDraw esterification of glycine in methanol with HCl from SOCl2: amine protonation, carbonyl protonation, methanol addition, proton relay and loss of water.

Acid-catalysed ester cleavage

• Trace an ester hydrolysis in acidComplete all addition, proton-shuttle, elimination and catalyst-regeneration stages of acid-catalyzed hydrolysis.
• An ester that loses its alkyl groupContrast tertiary alkyl–oxygen cleavage with acyl substitution and complete the carbocation elimination branch.
• Acid-catalysed hydrolysis of methyl acetate to acetic acidDraw the six proton-transfer, addition and elimination steps that convert methyl acetate and water into acetic acid and methanol with hydronium as catalyst (methyl acetate).
• TFA removes the Boc group from N-Boc-benzylamine to give benzylamineDraw Boc removal from tert-butyl N-benzylcarbamate with TFA: carbonyl protonation, loss of the tert-butyl cation, its deprotonation to isobutylene, and decarboxylation of the carbamic acid.
• Hydrolysis of methyl mesitoate to mesitoic acid via an acylium ionDraw protonation of the methoxy oxygen of methyl 2,4,6-trimethylbenzoate, loss of methanol to the acylium ion, and capture of the acylium by water on workup.
• Acid hydrolysis of trimethyl orthoacetate to methyl acetateDraw hydrolysis of trimethyl orthoacetate: protonation, loss of methanol to a dialkoxycarbenium ion, water addition, a second methanol loss and deprotonation to methyl acetate.

Hydrolysis of other acid derivatives

• Water replaces an acyl chlorideUse a neutral aqueous nucleophile and account for hydronium plus chloride in the final mixture.
• Split an anhydride into two acidsMap the bridging oxygen and incoming water oxygen into different acid molecules.
• Open a lactam in aqueous acidActivate a ring nitrogen for departure and finish with the correct ammonium/carboxylic-acid speciation.
• Hydrolyze an N-substituted amideAvoid expelling an amide anion and distinguish catalyst regeneration from final amine protonation.
• Replace sulfur at an acyl centerKeep the C–S leaving-group bond distinct from the S–alkyl bond and track thiolate protonation.
• Hydrate a nitrile under basic conditionsFollow hydroxide addition to a nitrile through the imidic acid and amide anion to the primary amide, including each proton transfer.
• Acid hydrolysis of acetanilide to anilinium chlorideDraw the acid-catalysed hydrolysis of acetanilide: carbonyl protonation, water addition, proton relay to nitrogen, loss of aniline and its protonation to anilinium.
• Acid hydrolysis of acetonitrile to acetic acidDraw the full acid hydrolysis of acetonitrile: water addition to the protonated nitrile, tautomerisation to acetamide, then acid hydrolysis of acetamide to acetic acid and ammonium.
• Basic hydrolysis of benzamide to benzoateDraw hydroxide addition to benzamide, expulsion of amide ion by the oxide and the proton transfer that gives benzoate and ammonia.
• Hydroxide opens azetidin-2-one to 3-aminopropanoateDraw hydroxide addition to the β-lactam azetidin-2-one, ring opening by C–N cleavage and the proton transfer to 3-aminopropanoate.
• Basic hydrolysis of methyl N-methylcarbamate to methylamineDraw hydroxide addition to methyl N-methylcarbamate, loss of methoxide, deprotonation, N-protonation and loss of CO2 that liberate methylamine.
• Hydroxide opens phthalimide to 2-carbamoylbenzoateDraw hydroxide addition to one imide carbonyl of phthalimide, ring opening by C–N cleavage and the proton transfer to 2-carbamoylbenzoate.
• Acid hydrolysis of urea to ammonium and CO2Draw acid hydrolysis of urea: O-protonation, water addition, proton relay to nitrogen, loss of ammonia, then N-protonation and decarboxylation of carbamic acid.

Evidências da clivagem de ésteres: marcação isotópica e cinética

• Hidrólise do acetato de 4-nitrofenila a 4-nitrofenóxidoDesenhe o hidróxido clivando o acetato de 4-nitrofenila: adição à carbonila, saída do 4-nitrofenóxido do intermediário tetraédrico e desprotonação do ácido acético a acetato.
• Saponificação do acetato de etila com ¹⁸O no etóxi a ¹⁸O-etanolDesenhe a saponificação do acetato de etila com ¹⁸O no oxigênio do etóxi e acompanhe a marcação: adição do hidróxido, colapso com saída do etóxido marcado e a transferência de próton final que forma acetato e etanol.
• Troca de ¹⁸O de Bender: o benzoato de etila perde a marcação da carbonilaDesenhe como o benzoato de etila com ¹⁸O na carbonila troca sua marcação com a água em meio básico: adição do hidróxido, a transferência de próton entre os dois oxigênios intermediada pela água e a saída do hidróxido marcado.
• N-Acetilimidazol a partir de acetato de 4-nitrofenila e imidazolDesenhe o imidazol atuando como catalisador nucleofílico sobre o acetato de 4-nitrofenila: adição do N3 à carbonila, saída do 4-nitrofenóxido e a transferência de próton que leva ao N-acetilimidazol neutro e ao 4-nitrofenol.
• Hidrólise ácida do benzoato de metila em H₂¹⁸ODesenhe a hidrólise ácida do benzoato de metila em água marcada com ¹⁸O e acompanhe a marcação: protonação da carbonila, adição da água marcada, transferências de próton e saída de metanol não marcado.
• Acetato de terc-butila em H₂¹⁸O: a marcação termina no terc-butanolDesenhe a hidrólise AAL1 do acetato de terc-butila em água com ¹⁸O: protonação da carbonila, ionização ao cátion terc-butila e ácido acético, captura pela água marcada e desprotonação a terc-butanol-¹⁸O.

Hidrólise de outros derivados de ácido

• Hidrólise ácida da acetamida a ácido acéticoDesenhe a hidrólise ácida da acetamida: protonação do oxigênio carbonílico, adição de água, protonação do nitrogênio, saída da amônia e sua captura como amônio, ao lado do ácido acético.
• Hidrólise ácida do ácido aceto-hidroxâmico a hidroxilaminaDesenhe a hidrólise ácida do ácido aceto-hidroxâmico a ácido acético e cloreto de hidroxilamônio.
• Hidrólise básica da benzanilida a benzoato e anilinaDesenhe a saponificação da benzanilida: adição do hidróxido à carbonila da amida, saída do ânion anilida e a transferência de próton que forma benzoato e anilina.
• Hidrólise ácida da benzonitrila a ácido benzoicoDesenhe a hidrólise ácida completa da benzonitrila: adição de água ao íon nitrílio, tautomerização do ácido imídico a benzamida e hidrólise ácida da benzamida a ácido benzoico e amônio.
• Hidrólise básica da butanonitrila a butanoatoDesenhe a hidrólise básica completa da butanonitrila: adição do hidróxido à nitrila, transferências de próton que formam a butanamida e, depois, a saponificação da butanamida a butanoato e amônia.
• Hidrólise básica da ε-caprolactama a 6-amino-hexanoatoDesenhe o hidróxido abrindo o anel da ε-caprolactama: adição à carbonila da lactama, abertura do anel pela saída do nitrogênio e as transferências de próton que formam o 6-amino-hexanoato.
• Hidrólise ácida do DMF a ácido fórmicoDesenhe a hidrólise ácida da N,N-dimetilformamida: protonação da carbonila, adição de água, protonação no N, saída da dimetilamina e sua captura como dimetilamônio, ao lado do ácido fórmico.
• Hidrólise ácida da N,N-dimetilbenzamida a ácido benzoicoDesenhe a hidrólise ácida da N,N-dimetilbenzamida a ácido benzoico e cloreto de dimetilamônio.
• Hidratação ácida da propionitrila a propanamidaDesenhe a hidratação controlada da propionitrila: protonação pelo ácido sulfúrico, adição de água ao íon nitrílio e as duas transferências de próton que convertem o ácido imídico em propanamida.
• Hidrólise básica da 2-pirrolidinona a 4-aminobutanoatoDesenhe a abertura do anel da 2-pirrolidinona por hidróxido: adição tetraédrica, expulsão do nitrogênio do anel e as transferências de próton mediadas pela água que levam ao 4-aminobutanoato (ânion do GABA).

Transferência biológica de acila: esterases e β-lactamas

• Desacilação por esterase: hidrólise da O-acetilserinaDesenhe a metade de desacilação de uma serina esterase: ataque da água assistido pelo imidazol à O-acetilserina e, em seguida, o colapso com o oxigênio da serina capturando o próton do imidazólio, formando ácido acético e serina.
• Burst da quimotripsina: o acetato de 4-nitrofenila acila a serinaDesenhe a acilação rápida da quimotripsina pelo acetato de 4-nitrofenila, com serina e um imidazol como modelo da His57: ataque da serina assistido por base e, em seguida, saída do 4-nitrofenol protonado pelo imidazólio.

Esterificação de Fischer e transesterificação

• Transesterificação do acetato de etila a acetato de metilaDesenhe a troca, catalisada por ácido, do grupo etóxi do acetato de etila por metóxi, formando acetato de metila e etanol em metanol.
• Esterificação de Fischer do ácido adípico a adipato de dietilaDesenhe os dois ciclos de esterificação de Fischer que convertem os dois grupos carboxila do ácido adípico em adipato de dietila.
• Síntese de Fischer do acetato de isoamila (óleo de banana)Desenhe a esterificação de Fischer que une ácido acético e álcool isoamílico em acetato de isoamila, o éster com aroma de banana.
• Esterificação de Fischer a fenilacetato de etilaDesenhe a esterificação catalisada por ácido do ácido fenilacético com excesso de etanol, formando fenilacetato de etila.
• Esterificação de Fischer a propanoato de isopropilaDesenhe as seis etapas PADPED que unem ácido propanoico e isopropanol em propanoato de isopropila, com ácido sulfúrico como catalisador.
• Esterificação de Fischer formando acetato de (S)-sec-butilaDesenhe a esterificação de Fischer do ácido acético com (S)-butan-2-ol e mostre que o acetato de (S)-sec-butila se forma com retenção.
• Tentativa de Fischer com terc-butanol leva a isobutilenoDesenhe por que aquecer terc-butanol com ácido acético e ácido sulfúrico leva a isobutileno por E1 em vez de um éster de Fischer.
• Lactonização do ácido 2-(hidroximetil)benzoico a ftalidaDesenhe o fechamento de anel catalisado por ácido do ácido 2-(hidroximetil)benzoico, formando a lactona de cinco membros ftalida.

Saponificação de ésteres e lactonas

• Clivagem do mesitoato de metila com LiI a 2,4,6-trimetilbenzoatoDesenhe a única etapa SN2 em que o iodeto remove o grupo metila do mesitoato de metila, formando 2,4,6-trimetilbenzoato e iodometano.
• Saponificação da β-propiolactona a 3-hidroxipropanoatoDesenhe a adição de hidróxido à β-propiolactona, a abertura do anel por clivagem acila–oxigênio e as duas transferências de próton que levam ao 3-hidroxipropanoato.
• O hidróxido abre a cumarina a (Z)-cumarinatoDesenhe a adição de hidróxido à cumarina, a abertura do anel com fenóxido como grupo abandonador e a desprotonação que leva ao diânion (Z)-cumarinato.
• Saponificação da δ-valerolactona a 5-hidroxipentanoatoDesenhe como o hidróxido aquoso a quente abre a δ-valerolactona a 5-hidroxipentanoato: adição, abertura do anel e, em seguida, as duas transferências de próton.
• Saponificação do malonato de dietila a malonatoDesenhe os dois ciclos de adição de hidróxido e saída de etóxido que convertem o malonato de dietila no diânion malonato e em etanol.
• Saponificação do tereftalato de dimetila a tereftalatoDesenhe os dois ciclos de adição de hidróxido e saída de metóxido que transformam o tereftalato de dimetila no diânion tereftalato e em metanol.
• Saponificação da ε-caprolactona a 6-hidroxi-hexanoatoDesenhe a abertura do anel da ε-caprolactona por hidróxido via BAC2 e as transferências de próton que terminam no 6-hidroxi-hexanoato.
• Saponificação do 4-nitrobenzoato de etila a 4-nitrobenzoatoDesenhe a adição de hidróxido ao 4-nitrobenzoato de etila, a saída do etóxido e a transferência de próton que leva ao 4-nitrobenzoato e ao etanol.
• Saponificação do acetato de (R)-sec-butila a (R)-butan-2-olDesenhe a saponificação do acetato de (R)-sec-butila e mostre por que o (R)-butan-2-ol se forma com retenção de configuração.
• Saponificação do acetato de vinila a acetaldeído e acetatoDesenhe como o hidróxido cliva o acetato de vinila e acompanhe o grupo abandonador enolato até ele se tornar acetaldeído.

Transferência de acila biológica: esterases e β-lactâmicos

• Penicilina G acila a serina: abertura do anel β-lactâmicoDesenhe como a penicilina G inativa uma transpeptidase: ataque do oxigênio da serina, assistido por base, à carbonila β-lactâmica e, em seguida, abertura do anel com o nitrogênio da lactama captando um próton, formando o éster peniciloil–serina.
• Acetilcolinesterase: acilação da serina pela acetilcolinaDesenhe a metade de acilação da acetilcolinesterase com serina e um modelo de imidazol para a histidina: ataque da serina à acetilcolina assistido por base geral e, em seguida, o colapso com o oxigênio da colina recuperando o próton.

Saponification of esters and lactones

• Name the product actually presentSeparate a basic reaction mixture from a later acidic workup.
• Open a cyclic ester without losing carbonMap lactone hydrolysis to a hydroxycarboxylate product.

Hidrólise de anidridos e cloretos de ácido

• Cloreto de benzoíla e água: produtos da hidrólisePreveja os produtos quando um cloreto de acila é hidrolisado apenas por água.
• Anidrido propanoico e água: produtos da hidrólisePreveja os produtos e suas quantidades quando um anidrido carboxílico simétrico é hidrolisado.

Hidrólise de ésteres catalisada por ácido; marcação isotópica

• Produtos da hidrólise ácida do acetato de metilaPreveja os produtos da hidrólise de éster catalisada por ácido, incluindo o estado de protonação do ácido formado.

Hidrólise de amidas

• N-Metilacetamida aquecida em HCl aquoso: produtosPreveja os produtos, com seus estados de carga, da hidrólise de uma amida secundária em ácido aquoso a quente.
• N-Metilacetamida aquecida em NaOH aquoso: produtosPreveja os produtos, com seus estados de carga, da hidrólise de uma amida secundária em base aquosa a quente.
• Abertura do anel da 2-pirrolidona em HCl aquoso a quentePreveja o produto de abertura do anel, com seu estado de carga, da hidrólise de uma lactama de cinco membros em ácido aquoso forte.

Fischer esterification: conditions, equilibrium

• Fischer esterPredict the ester formed when propanoic acid is heated with methanol and catalytic acid.

Alternativas para a síntese de ésteres

• Lactona formada a partir do ácido 5-hidroxipentanoico em meio ácidoPreveja o tamanho do anel e a estrutura da lactona formada por esterificação intramolecular de um hidroxiácido.

Saponification: product state, irreversibility

• Open a lactonePredict the product of saponifying a cyclic ester.
• NaOH on ethyl benzoatePredict the products of saponifying an ester, including the charge state of the acid.
• After acidificationPredict what the carboxylate from a saponification becomes on acidic work-up.

Gorduras, sabões e detergentes; saponificação de triglicerídeos

• Saponificação do triestearato de glicerila: produtosPreveja os produtos da saponificação de uma gordura (triglicerídeo) com excesso de hidróxido.

Transesterificação

• Transesterificação do benzoato de metila em etanol catalisada por ácidoPreveja os produtos quando um éster troca seu grupo alcoxi com um grande excesso de outro álcool.

Fischer esterification and transesterification

• Distinguish alcoholysis from hydrolysisPredict transesterification when the medium supplies alcohol rather than water.

Transesterificação

• Classifique a formação de biodiesel a partir do trioleato de glicerilaClassifique a conversão de um triglicerídeo de óleo vegetal em ésteres metílicos e glicerol, e indique o papel do metóxido.

Hidrólise de ésteres catalisada por ácido; marcação isotópica

• Hidrólise do benzoato de metila: HCl 1 M ou NaOH 1 M?Compare a hidrólise catalisada por ácido e a saponificação do benzoato de metila quanto à força do nucleófilo e à reversibilidade.

Hidrólise de amidas

• Acetato de metila vs. N-metilacetamida: qual se hidrolisa mais rápido?Compare um éster e uma amida quanto à velocidade de hidrólise usando a doação por ressonância e a basicidade do grupo abandonador.

Velocidades relativas de hidrólise

• Trifluoroacetato de etila vs. acetato de etila: velocidade de hidróliseExplique uma diferença de velocidade na hidrólise de ésteres pelo efeito indutivo de um substituinte no carbono acílico.
• Ordene quatro ésteres metílicos pela velocidade de saponificaçãoOrdene ésteres metílicos pela velocidade de hidrólise básica a partir do congestionamento no carbono vizinho à carbonila.

Fischer esterification and transesterification

• Decide the direction from activitiesCalculate the reaction quotient for a reversible esterification.

Fischer esterification: conditions, equilibrium

• Yield from KCalculate the equilibrium yield of a Fischer esterification from its equilibrium constant.

Saponification: product state, irreversibility

• Base needed for a diesterCount the equivalents of hydroxide consumed when a diester is fully saponified.

Gorduras, sabões e detergentes; saponificação de triglicerídeos

• Mols de NaOH para saponificar o tripalmitato de glicerilaConte quantos mols de hidróxido um triglicerídeo consome quando é completamente saponificado.

Fischer esterification and transesterification

• Repair an acidic mechanismRecognize necessary protonation before favorable hydroxyl departure.

Fischer esterification: conditions, equilibrium

• tert-Butanol failsExplain why Fischer esterification fails with a tertiary alcohol and name a better route.

Saponification of esters and lactones

• Follow an ester oxygen labelUse specified acyl–oxygen cleavage to locate an isotope in a hydrolysis product.

Fischer esterification: conditions, equilibrium

• Which O leaves as water?Use the Fischer mechanism to track which oxygen ends up in the water by-product.

Hidrólise de ésteres catalisada por ácido; marcação isotópica

• Hidrólise ácida do acetato de etila com ¹⁸O no etoxi: onde fica a marcação?Use a clivagem acila–oxigênio na hidrólise de ésteres catalisada por ácido para prever onde termina uma marcação ¹⁸O no alcoxi.

Fischer esterification and transesterification

• Choose an equilibrium leverDistinguish shifting composition from changing a catalyst concentration.

Alternativas para a síntese de ésteres

• Éster metílico de um ácido benzoico com acetal usando diazometanoEscolha uma esterificação branda para um ácido carboxílico que contém um acetal sensível a ácido.

Fischer esterification: conditions, equilibrium

• Fischer conditionsChoose conditions that give a high yield of ester from a carboxylic acid and an alcohol.

Hidrólise de amidas

• Hidrólise parcial da benzonitrila a benzamidaEscolha condições que hidratem uma nitrila à amida sem prosseguir até o ácido carboxílico.

Saponification of esters and lactones

• Audit the net role of hydroxideExplain why saponification consumes base overall.

Gorduras, sabões e detergentes; saponificação de triglicerídeos

• Por que o estearato de sódio forma borra em água duraExplique a borra de sabão pela baixa solubilidade dos carboxilatos de ácidos graxos de cálcio e magnésio.
• Como as micelas de estearato de sódio removem gorduraExplique a ação do sabão a partir da estrutura anfifílica de um carboxilato de ácido graxo e da formação de micelas.

Saponification: product state, irreversibility

• Why saponification is irreversibleExplain why ester hydrolysis in base goes to completion while acid hydrolysis is an equilibrium.