Карбоновые кислоты как ацилирующие реагенты

При реакции ацилирования карбоновыми кислотами в их карбоксильной группе происходит нуклеофильное замещение группы —ОН на другую нуклеофильную частицу

Ацилирование — это реакция нуклеофильного замеще­ния по карбонильному углеродному атому в карбоновых кислотах или их производных, сопровождающаяся образованием связи между их ацильным остатком

и новым нуклеофилом, содержащим атомы: галогенов (га-логенацилирование), кислорода (О-ацилирование), серы (S-ацилирование), азота (N-ацилирование) или углерода (C-ацилирование).

Галогенацилирование. При взаимодействии карбоновых ки­слот или их солей с галогенидами серы (SOCl₂) или фосфора (РСl₅, РОCl3, РС1₃, РВr3), содержащими сильнополярные связи S—Гал или Р—Гал, образуются ацилгалогениды, называемые также галогенангидридами карбоновых кислот, общей формулы

Для ацилгалогенидов характерна высокая электрофильность карбонильного углеродного атома, что вызвано сильными элек-троноакцепторными свойствами связанного с ним атома галоге­на. Ацилгалогениды - очень реакционноспособные вещества, неустойчивые к гидролизу, поэтому их хранят в герметичных емкостях, чтобы избежать контакта с парами воды. Ацилгалогениды являются сильными ацилирующими реагентами и ис­пользуются в органическом синтезе для введения ацильной группы в молекулы органических соединений (карбоновые ки­слоты, спирты, тиолы, амины, арены).

О-Ацилирование карбоновых кислот. При нагревании карбоновой кислоты с сильными водоотнимающими реагентами (Р2О5) происходит реакция ее самоацилирования, сопровождаю­щаяся межмолекулярным отщеплением молекулы воды с обра­зованием ангидрида карбоновой кислоты:

Карбоновые кислоты или их соли легко ацилируются ацилгалогенидами, так как карбонильный углеродный атом послед­них более электрофилен, чем в карбоновых кислотах:

Ангидриды карбоновых кислот как ацилирующие реагенты сла­бее ацилгалогенидов, но сильнее карбоновых кислот.

О-Ацилирование спиртов. Карбоновые кислоты при кислот­ном катализе ацилируют спирты, образуя сложные эфиры (ре­акция этерификации, разд. 17.2):

Для смещения равновесия вправо необходимо удалять из реакционной смеси воду или связывать ее, используя, напри­мер, H₂S0₄ (конц). В организме реакция ацилирования спиртов карбоновыми кислотами осуществляется с помощью соответст­вующего фермента, который не только активирует реагенты, но и способствует удалению воды из реакционного центра в ре­зультате гидрофобных взаимодействий.

S-Ацилирование тиолов. В метаболизме карбоновых кислот большую роль играет их способность при участии АТФ ацилиро-вать кофермент А*, который содержит тиольную группу (—SH), с образованием сложных тиоэфиров, называемых ацилкофермен-тами А (ацил-КоА или RCOSKoA):

кислота

В качестве карбоновой кислоты чаще всего выступает уксусная кислота, которая образует ацетилкофермент А (ацетил-КоА или CH₃COSKoA):

Образование ацилкоферментов А в организме способствует активации карбоновых кислот не только в реакциях ацилирования, но и в реакциях их конденсации и декарбоксилирования, сопровождаемых окислительно-восстановительной дисмутацией (разд. 19.2.4; 19.3.3; 19.4).

В организме S-ацилирование протекает не только с коферментами А, но и с белками, имеющими фрагмент, аналогичный по структуре фрагменту кофермента А, и также содержащими остатки 2-аминоэтантиола и пантотеновой кислоты. Поскольку после ацилирования такие белки способны переносить ацильные группы, то их называют ацилпереносящими белками и обозна­чают исходную форму HSAIIB, а ацильную форму RCOSAIIB:

Ацилпереносящие белки осуществляют перенос различных ацильных групп, но особенно эффективно они переносят аце­тильную группу.

N-Ацилирование аминов. Карбоновые кислоты, реагируя с аминами - первичными (R'NH₂) или вторичными (R'2NH), - об­разуют вначале аммониевые соли, которые при нагревании вы­ше температуры их плавления внутримолекулярно отщепляют воду, превращаясь в амиды карбоновых кислот:

Ацилирование аминов сложными эфирами, ангидридами или галогенангидридами карбоновых кислот происходит в одну стадию:

Эффективнее и легче всего ацилирование аминов происходит с помощью галогенангидридов кислот. Третичные амины NR'3 не образуют амидов.

Рассмотренные реакции ацилирования карбоновыми кисло­тами и их производными, в которых они выступают электро­филами, являются типичными электрофильно-нуклеофильными реакциями, так как они не сопровождаются ни кислотно-основ­ными, ни окислительно-восстановительными, ни комплексообразующими превращениями.

С-Ацилирование. Реакции С-ацилирования карбоновыми ки­слотами и их производными всегда сопровождаются окислитель­но-восстановительной дисмутацией углеродных атомов участни­ков реакции, и поэтому они будут рассмотрены в разд. 19.2.4.

В организме реакции ацилирования чаще всего протекают со спиртами, тиолами, аминами, а также с карбонилсодержащими соединениями. В качестве ацилирующих реагентов в живых системах особенно активны тиоэфиры кофермента А и ацилпереносящие белки, а в органическом синтезе - галогенангидриды и ангидриды карбоновых кислот.