ACYLOVÁ SKUPINA: STRUKTURA, VLASTNOSTI, SLOUČENINY A DERIVÁTY - CHEMIE - 2025

Acylová skupina je molekulární fragment, který v organické chemii obvykle pochází z karboxylových kyselin. Jeho vzorec je RCO, kde R je uhlíkový, alkylový nebo arylový substituent, kovalentně vázaný přímo na karbonylovou skupinu, C = O. Je to obvykle jen zlomek struktury organické sloučeniny, jako je biomolekula.

Říká se, že je odvozen od karboxylové kyseliny, RCOOH, protože stačí k odstranění hydroxylové skupiny, OH, k získání acylové skupiny, RCO. Tato skupina zahrnuje širokou skupinu organických (a anorganických) sloučenin. Tato rodina je obecně známá jako acylové sloučeniny (a nikoli azyl).

Strukturální vzorec acylové skupiny. Zdroj: Su-no-G prostřednictvím Wikipedie.

Na horním obrázku máme strukturní vzorec acylové skupiny. Je snadné ji rozpoznat pozorováním jakékoli molekulární struktury, protože je vždy umístěna na koncích a je označena karbonylovou skupinou. Příkladem toho bude molekula acetyl-CoA, která je nezbytná pro Krebsův cyklus.

Začlenění této skupiny do molekuly je známé jako acylační reakce. Acylová skupina je součástí pracovní rutiny v organických syntézách.

Struktura a vlastnosti acylové skupiny

Struktura acylové skupiny závisí na identitě R. Atom uhlíku v postranním řetězci R, stejně jako C = O, ke kterému je připojen, leží ve stejné rovině. Segment RCO prvního snímku je proto plochý.

Tato skutečnost se však může zdát nevýznamná, pokud by to nebylo pro elektronické vlastnosti C = O: atom uhlíku má slabý elektronový deficit. Díky tomu je náchylné k útoku nukleofilními látkami bohatými na elektrony. Acylová skupina je tedy reaktivní a je specifickým místem, kde probíhá organická syntéza.

Sloučeniny a deriváty

V závislosti na řetězcích R nebo atomech, které jsou umístěny vpravo od RCO, se získají různé sloučeniny nebo deriváty acylové skupiny.

- Chloridy

Předpokládejme například, že atom chloru je umístěn vpravo od RCO. To nyní nahrazuje tu sinuositu znázorněnou na prvním obrázku a zůstane jako: RCOCl. Máme tedy deriváty zvané acylchloridy.

Nyní, změnou identity R v RCOCI, získáme několik acylchloridů:

-HCOCl, R = H, methanoylchlorid, drasticky nestabilní sloučenina

CH ₃ COCI, R = CH ₃, acetylchlorid

CH ₃ CH ₂ COCI, R = CH ₂ CH ₃, propionylchlorid

C ₆ H ₅ COCI, R = C ₆ H ₅ (benzenový kruh), benzoylchlorid

Stejné odůvodnění platí pro acylfluoridy, bromidy a jodidy. Tyto sloučeniny se používají při acylačních reakcích s cílem začlenit RCO jako substituent větší molekuly; například na benzenový kruh.

- Radikální

Acyl může na okamžik existovat jako radikál, RCO, pocházející z aldehydu. Tento druh je velmi nestabilní a je okamžitě neúměrný alkylovému zbytku a oxidu uhelnatému:

RC • = O → R • + C≡O

- Kation

Acylová skupina může také vypadat jako kation, RCO ⁺, což je meziprodukt, který reaguje na acylaci molekuly. Tento druh obsahuje dvě rezonanční struktury znázorněné na obrázku níže:

Acylové kationtové rezonanční struktury. Zdroj: Jü

Všimněte si, jak je kladný částečný náboj rozdělen mezi atomy uhlíku a kyslíku. Z těchto dvou struktur, s kladným nábojem na kyslík, je to dominantní.

- Amides

Nyní předpokládejme, že místo atomu Cl umístíme aminoskupinu, NH ₂. Budeme pak amid, RCONH ₂, RC (O) NH ₂ nebo RC = ONH ₂. A konečně změnou identity R získáme rodinu amidů.

- Aldehydy

Pokud místo NH ₂ umístíme atom vodíku, budeme získání aldehydu, RCOH nebo RCHO. Všimněte si, že acylová skupina je stále přítomna, i když přešla na pozadí důležitosti. Aldehydy i amidy jsou acylové sloučeniny.

- Ketony a estery

Pokračujeme-li se stejným zdůvodněním, můžeme nahradit H jiným postranním řetězcem R, který povede ke vzniku ketonu, RCOR 'nebo RC (O) R'. Tentokrát je acylová skupina více „skrytá“, protože jeden z obou konců lze považovat za RCO nebo R'CO.

Na druhé straně, R 'může také být nahrazeno OR', což vede k esteru, RCOOR '. V esterech je acylová skupina viditelná pouhým okem, protože je na levé straně karbonylové skupiny.

- Obecný komentář

Acylová skupina přítomná v různých sloučeninách. Zdroj: Jü.

Horní obrázek globálně představuje vše, o čem se diskutuje v této části. Acylová skupina je zvýrazněna modře a počínaje od horního rohu, zleva doprava, máme: ketony, acylový kationt, acylový radikál, aldehyd, estery a amidy.

Ačkoli je acylová skupina přítomna v těchto sloučeninách, jakož i v karboxylových kyselinách a thioestrech (RCO-SR '), karbonylová skupina se obvykle při definování svých dipólových momentů přikládá větší důležitost. RCO je zajímavější, když se nachází jako substituent nebo když je přímo vázán na kov (kovové acyly).

V závislosti na sloučenině může mít RCO různé názvy, jak je vidět v podkapitole na acylchloridy. Například, CH ₃ CO je znám jako acetyl nebo ethanoyl, zatímco CH ₃ CH ₂ CO, propionyl nebo propanoyl.

Příklady acylové skupiny

Strukturální vzorec Acetyl-CoA. Zdroj: Uživatel: Bryan Derksen (originál) a DMacks (diskuse) (změna barvy).

Jedním z nejreprezentativnějších příkladů acylových sloučenin je acetyl-CoA (horní obrázek). Všimněte si, že je okamžitě identifikován, protože je zvýrazněn modrou barvou. Acylová skupina acetyl-CoA, jak již název napovídá, je acetyl, CH ₃ CO. I když se to nemusí zdát, je tato skupina nezbytná v Krebsově cyklu našeho těla.

Aminokyseliny také obsahují acylovou skupinu, pouze má sklon zůstat bez povšimnutí. Například pro glycin, NH ₂ -CH ₂ -COOH, její acylovou skupinu se stává NH ₂ -CH ₂ -CO segmentu, a nazývá se glycyl. Mezitím za lysin, jeho acylová skupina se stává NH ₂ (CH ₂) ₄ CHNH ₂ CO, který se nazývá lysyl.

Ačkoli to není obvykle diskutováno velmi pravidelně, acylové skupiny mohou také pocházet z anorganických kyselin; to znamená, že centrální atom nemusí být uhlík, ale může být také vyroben z jiných prvků. Například acylová skupina může být také RSO (RS = O), odvozená od sulfonové kyseliny, nebo RPO (RP = O), odvozená od fosfonové kyseliny.

Reference

1. Morrison, RT a Boyd, R., N. (1987). Organická chemie. 5. vydání. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. (10. vydání.). Wiley Plus.
4. Wikipedia. (2020). Acyl skupina. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. února 2020). Definice a příklady skupiny Acyl. Obnoveno z: thinkco.com
6. Laura Foistová. (2020). Skupina Acyl: Definice a struktura. Studie. Obnoveno z: study.com
7. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: skupina Acyl. Obnoveno z: chem.ucla.edu