De nucleofiele acylsubstitutie is een type substitutiereactie waarbij een nucleofiel bindt aan een koolstofatoom in een carbonyl en een leaving group aan een acylverbinding verdrijft.
Reactiemechanisme De reactie van een nucleofiel met de carbonylgroep van bijvoorbeeld een aldehyde of keton resulteert in een nucleofiele additie met een tetraëdrisch alkoxide als primair reactieproduct. De eerste carbonylgroep is polair. Bij acylverbindingen is het carbonyl-koolstofatoom gebonden aan een substituent dat kan fungeren als leaving group. Door de nucleofiele aanval op de carbonylgroep ontstaat een tijdelijk tetraëdrisch intermediair, waarbij zuurstof een negatieve lading krijgt, een alkoxide. De carbonylgroep, die een thermodynamisch en elektronisch gunstig functionele groep is, zal zich hervormen. Hierbij kunnen twee dingen plaatsgrijpen: het nucleofiel wordt weer afgesplitst of de leaving group wordt afgesplitst. In het geval van koolstofnucleofielen, bij carbanionen wordt de leaving group steeds afgesplitst, omdat een koolstof-koolstofbinding sterk is. In het geval van zuurstof- of stikstofnucleofielen treedt er doorgaans een evenwicht op tussen het oorspronkelijke en het substitutieproduct en kan het evenwicht naar het eindproduct worden verlegd door bijvoorbeeld een overmaat van het nucleofiel te gebruiken.
links|500px|thumb|Reactiemechanisme van de nucleofiele acylsubstitutie De L is de leaving group.
Deze acylsubstitutie is in wezen eigenlijk een tweestapsmechanisme: een nucleofiele additie, gevolgd door een eliminatie. Beide reactiestappen zijn reversibel, behalve wanneer met koolstofnucleofielen wordt gewerkt. De additie, de eerste stap is meestal de snelheidsbepalende stap. Alle reacties van carbonzuren, carbonzure esters, amiden, peptiden en zuurhalogeniden zijn hierop een variatie. Bij de eerste vier stofgroepen wordt vaak een katalysator toegevoegd, een lewiszure katalysator. De vijfde groep reageert onder invloed van biokatalysatoren, van enzymen. Halogenide-ionen zijn goede leaving groupen, zodat deze verbindingen geen katalysator nodig hebben om de reactie uit te kunnen voeren. De werking van de katalysator kan op verschillende punten in het reactiemechanisme aangrijpen: de katalysator bindt in het eerste deel van de reactie aan de zuurstof van de carbonylgroep, waardoor de reactie op het koolstofatoom door lading wegtrekken gemakkelijker verloopt. de katalysator bindt aan het atoom van de leaving group waarmee deze aan het koolstofatoom is gebonden, waardoor de leaving group gemakkelijker ongeladen vertrekt Enzymen verzorgen meestal beide aspecten, hoewel vanuit verschillende aminozuurresiduen rond het reactieve centrum van het enzym.
Voorbeelden {| class="wikitable" ! Uitgangsstof ! Leaving group ! Nucleofiel ! Reactieproduct ! Katalysator |- | Carbonzuur || OH− || Alkoxide || Ester || OH− |- | Carbonzuur || H2O || Alkanol || Ester || H+ |- | Carbonzuur || H2O || Amine || Amide || H+ |- | Zuurchloride || Cl− || Alcohol || Ester || geen |- | Ester || Alkanol || H2O || Carbonzuur || H+ |- | Ester || Alkanol || OH− || Carboxylaat || geen
Toepassingen Tal van condensatiereacties maken gebruik van dit principe. Carbonzuren reageren zo met chloridedonoren, zoals thionylchloride, fosfortrichloride of oxalylchloride, tot zuurchloriden, met alcoholen door verestering tot esters, met amines tot amiden en met carbonzuren via een autocondensatie tot carbonzuuranhydriden.
Esters reageren met grignard-reagentia in een nucleofiele acylsubstitutie en een nucleofiele additie tot tertiaire alcoholen. Esters kunnen ook met enolaten reageren: zo reageert ethylacetaat met aceton tot acetylaceton.
De Baker-Venkataraman-omlegging is een nucleofiele acylsubstitutie die wordt gebruikt voor de synthese van flavonen. Bij de Weinreb-ketonsynthese worden ketonen bereid uit carbonzuur-precursors.
De reductie van esters met lithiumaluminiumhydride verloopt door middel van een nucleofiele acylsubstitutie. Daarna grijpt nog een nucleofiele additie plaats.
Categorie:Reactiemechanisme Categorie:Substitutiereactie