Ακυλομάδα

Στη χημεία, μια ακυλομάδα (Acyl group) είναι ένα τμήμα μορίου που προέρχεται από την αφαίρεση μίας ή περισσότερων υδροξυλομάδων από ένα οξοοξύ (oxoacid), συμπεριλαμβανομένων των ανόργανων οξέων. Περιέχει ένα άτομο οξυγόνου με διπλούς δεσμούς και μια οργανυλική ομάδα () ή υδρογόνο στην περίπτωση της φορμυλομάδας (). Στην οργανική χημεία, η ακυλομάδα (όνομα IUPAC αλκανόυλ εάν η οργανυλομάδα είναι αλκύλιο) προέρχεται συνήθως από ένα καρβοξυλικό οξύ, οπότε έχει τον τύπο , όπου το R αντιπροσωπεύει μια οργανυλομάδα ή υδρογόνο. Αν και ο όρος εφαρμόζεται σχεδόν πάντα σε οργανικές ενώσεις, οι ακυλομάδες μπορούν κατ' αρχήν να προέρχονται από άλλους τύπους οξέων όπως τα σουλφονικά οξέα και τα φωσφονικά οξέα. Στην πιο κοινή διάταξη, οι ακυλομάδες συνδέονται με ένα μεγαλύτερο μοριακό θραύσμα, οπότε τα άτομα άνθρακα και οξυγόνου συνδέονται με διπλό δεσμό.
 Τάσεις αντιδραστικότητας 
Υπάρχουν πέντε κύριοι τύποι ακυλικών παραγώγων. Τα ακυλαλογονίδια είναι τα πιο αντιδραστικά προς τα πυρηνόφιλα, ακολουθούμενα από τους ανυδρίτες, τους εστέρες και τα αμίδια. Τα καρβοξυλικά ιόντα είναι ουσιαστικά αδρανή έναντι της πυρηνόφιλης υποκατάστασης, αφού δεν διαθέτουν αποχωρούσα ομάδα. Η αντιδραστικότητα αυτών των πέντε κατηγοριών ενώσεων καλύπτει ένα ευρύ φάσμα. Οι σχετικοί ρυθμοί αντίδρασης των χλωριδίων και των αμιδίων των οξέων διαφέρουν κατά έναν συντελεστή 1013.
Τα χλωρίδια οξέων είναι πιο αντιδραστικά προς τα πυρηνόφιλα, ακολουθούμενα από ανυδρίτες, εστέρες, αμίδια και καρβοξυλικά ανιόντα.|590px
Ένας σημαντικός παράγοντας στον προσδιορισμό της αντιδραστικότητας των παραγώγων ακυλίου είναι η ικανότητα αποχωρούσας ομάδας, η οποία σχετίζεται με την οξύτητα. Οι ασθενείς βάσεις είναι καλύτερα αποχωρούσες ομάδες παρά οι ισχυρές βάσεις. Ένα είδος με ένα ισχυρό συζυγές οξύ (π.χ. υδροχλωρικό οξύ) θα είναι μια καλύτερη αποχωρούσα ομάδα από ένα είδος με ένα ασθενές συζυγές οξύ (π.χ. οξικό οξύ). Έτσι, το ιόν χλωρίου είναι καλύτερη αποχωρούσα ομάδα από το οξικό ιόν. Η αντιδραστικότητα των ακυλικών ενώσεων προς τα πυρηνόφιλα μειώνεται καθώς αυξάνεται η βασικότητα της αποχωρούσας ομάδας, όπως δείχνει ο πίνακας.Wade 2010, pp. 998–999.
 Όνομα της ένωσης Δομή Αποχωρούσα ομάδα pKa του συζυγούς οξέος Ακετυλοχλωρίδιο center|60px center|34px −7 Οξικός ανυδρίτης center|96px center|69px 4,76 Οξικός αιθυλεστέρας center|96px center|69px 15,9 Ακεταμίδιο center|77px center|48px 38 Οξικό ανιόν  center|69px N/a N/a
Οι εστέρες παρουσιάζουν μικρότερη σταθεροποίηση συντονισμού από τα αμίδια, επομένως ο σχηματισμός ενός τετραεδρικού ενδιάμεσου και η επακόλουθη απώλεια συντονισμού δεν είναι τόσο ενεργειακά δυσμενής. Οι ανυδρίτες παρουσιάζουν ακόμη ασθενέστερη σταθεροποίηση συντονισμού, καθώς ο συντονισμός χωρίζεται μεταξύ δύο καρβονυλικών ομάδων και είναι πιο αντιδραστικοί από τους εστέρες και τα αμίδια. Στα αλογονίδια οξέων, υπάρχει πολύ μικρός συντονισμός, επομένως η ενεργειακή ποινή για το σχηματισμό ενός τετραεδρικού ενδιάμεσου είναι μικρή. Αυτό εξηγεί γιατί τα αλογονίδια οξέων είναι τα πιο δραστικά ακυλικά παράγωγα.

Ενώσεις
Γνωστές ενώσεις ακυλίου είναι τα ακυλοχλωρίδια (acyl chlorides), όπως το ακετυλοχλωρίδιο (CH3COCl) και το βενζοϋλοχλωρίδιο (benzoyl chloride) (C6H5COCl). Αυτές οι ενώσεις, οι οποίες αντιμετωπίζονται ως πηγές κατιόντων ακυλίου, είναι καλά αντιδραστήρια για τη σύνδεση ακυλομάδων σε διάφορα υποστρώματα. Τα αμίδια (RC(O)NR'2) και οι εστέρες (RC(O)OR') είναι κατηγορίες ακυλικών ενώσεων, όπως και οι κετόνες (RC(O)R') και οι αλδεΰδες, (όπου τα R και R' αντιπροσωπεύουν οργανυλικά (ή υδρογόνο στην περίπτωση του φορμυλίου)).
 Κατιόντα, ρίζες και ανιόντα ακυλίου 
Τα ιόντα ακυλίου είναι κατιόντα του τύπου . Το μήκος του δεσμού άνθρακα-οξυγόνου σε αυτά τα κατιόντα είναι κοντά στο 1,1 Å (110-112 pm), το οποίο είναι μικρότερο από το 112,8 pm του μονοξειδίου του άνθρακα και υποδηλώνει χαρακτήρα τριπλού δεσμού.
Τα κέντρα άνθρακα των ιόντων ακυλίου έχουν γενικά γραμμική μοριακή γεωμετρία και η sp ατομικό υβριδισμό και αντιπροσωπεύονται καλύτερα από μια δομή συντονισμού που φέρει ένα τυπικό θετικό φορτίο στο οξυγόνο (και όχι στον άνθρακα): . Είναι χαρακτηριστικά θραύσματα που παρατηρούνται σε ιονισμό ηλεκτρονίων-φάσματα μάζας των κετονών.
Τα ιόντα ακυλίου είναι συνηθισμένα αντιδραστικά ενδιάμεσα, για παράδειγμα στην Αντίδραση Φρίντελ-Κραφτς και σε πολλές άλλες οργανικές αντιδράσεις όπως η αναδιάταξη Hayashi. Άλατα που περιέχουν ιόντα ακυλίου μπορούν να δημιουργηθούν με απομάκρυνση του αλογονιδίου από το ακυλαλογονίδιο:

Οι ρίζες ακυλίου παράγονται εύκολα από αλδεΰδες με αφαίρεση ατόμου υδρογόνου. Ωστόσο, υφίστανται ταχεία αποκαρβονυλίωση για να δώσουν τη ρίζα του αλκυλίου:

Τα ανιόντα ακυλίου είναι σχεδόν πάντα ασταθή - συνήθως πολύ ασταθή για να χρησιμοποιηθούν συνθετικά. Αντιδρούν εύκολα με την ουδέτερη αλδεΰδη για να σχηματίσουν ένα διμερές ακυλοΐνης. Ως εκ τούτου, οι συνθετικοί χημικοί έχουν αναπτύξει διάφορα συνθετικά ισοδύναμα ανιόντα ακυλίου, όπως τα διθειάνια (dithianes), ως υποκατάστατα. Ωστόσο, ως μερική εξαίρεση, τα παρεμποδισμένα διαλκυλοφορμαμίδια (π.χ. διισοπροπυλοφορμαμίδιο, HCONiPr2) μπορούν να υποστούν αποπρωτονίωση σε χαμηλή θερμοκρασία (−78°C) με διισοπροπυλαμίδιο του λιθίου ως βάση για να σχηματίσουν ένα καρβαμυλικό ανιόν] σε αυτές τις θερμοκρασίες.

Στη βιοχημεία
Στη βιοχημεία υπάρχουν πολλές περιπτώσεις ακυλομάδων, σε όλες τις κύριες κατηγορίες βιοχημικών μορίων.
Τα ακυλοσυνένζυμα Α είναι ακυλικά παράγωγα που σχηματίζονται μέσω του μεταβολισμού λιπαρού οξέος. Το ακετυλοσυνένζυμο A, το πιο κοινό παράγωγο, χρησιμεύει ως δότης ακυλίου σε πολλούς βιοσυνθετικούς μετασχηματισμούς. Τέτοιες ακυλικές ενώσεις είναι οι θειοεστέρες.
Τα ονόματα των ακυλομάδων των αμινοξέων σχηματίζονται αντικαθιστώντας το επίθημα –ίνη (-ine) με ύλιο (-yl). Για παράδειγμα, η ακυλομάδα της γλυκίνης είναι το γλυκύλιο και της λυσίνης είναι λυσύλιο.
Ονομασίες ακυλομάδων των μονοφωσφορικών ριβονουκλεοσιδίων όπως AMP (5'-αδενυλικό οξύ, 5′-adenylic acid), μονοφωσφορική γουανοσίνης (GMP) (5'-γουανυλικό οξύ, 5′-guanylic acid), μονοφωσφορική κυτιδίνη (CMP) (5′-κυτιδυλικό οξύ, 5′-cytidylic acid), μονοφωσφορική ουριδίνη (uridine monophosphate,UMP) (5'-ουριδυλικό οξύ, 5′-uridylic acid) είναι αδενυλύλιο (adenylyl), γουανυλύλιο (guanylyl), κυτιδυλύλιο (cytidylyl) και ουριδυλύλιο (uridylyl) αντίστοιχα.
Στα φωσφολιπίδια, η ακυλομάδα του φωσφατιδικού οξέος (phosphatidic acid) ονομάζεται φωσφατιδύλιο (phosphatidyl-).
Τέλος, πολλοί σακχαρίτες είναι ακυλιωμένοι.
 Στην οργανομεταλλική χημεία και κατάλυση 
Οι ακυλικοί υποκαταστάτες είναι ενδιάμεσα σε πολλές αντιδράσεις καρβονυλίωσης, οι οποίες είναι σημαντικές σε ορισμένες καταλυτικές αντιδράσεις. Τα μεταλλικά ακύλια προκύπτουν συνήθως μέσω της εισαγωγής μονοξειδίου του άνθρακα σε δεσμούς μετάλλου-αλκυλίου. Τα μεταλλικά ακύλια προκύπτουν επίσης από αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ακυλοχλωρίδια με σύμπλοκα μετάλλων χαμηλού σθένους, ή από την αντίδραση ενώσεων οργανολιθίου με μεταλλικά καρβονύλια. Τα μεταλλικά ακύλια περιγράφονται συχνά από δύο δομές συντονισμού, η μία από τις οποίες τονίζει τη βασικότητα του κέντρου οξυγόνου. Η Ο-αλκυλίωση μεταλλικών ακυλίων δίνει σύμπλοκα καρβενίου Fischer.

 Ονοματολογία 
Οι κοινές ονομασίες των ακυλομάδων προέρχονται τυπικά με την αντικατάσταση του επιθέματος -ικό οξύ (-ic acid) της κοινής ονομασίας του αντίστοιχου καρβοξυλικού οξέος με -(ο)ύλιο  (-yl ή -oyl), όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.
Στην ονοματολογία IUPAC της οργανικής χημείας, τα συστηματικά ονόματα των ακυλομάδων προέρχονται ακριβώς αντικαθιστώντας το επίθημα -ύλιο (-yl) του συστημικού ονόματος της αντίστοιχης ομάδας υδροκαρβυλίου (ή το επίθημα –(ο)ικού (-oic acid) οξέος του αντίστοιχου συστημικού ονόματος του καρβοξυλικού οξέος με –(ο)ύλιο (-oyl), όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.
Τα ακύλια βρίσκονται μεταξύ των υδροκαρβυλικών και των καρβοξυλικών οξέων.
Τα ονόματα των ομάδων υδροκαρβυλίων (hydrocarbyl) που τελειώνουν σε -ύλιο (-yl) δεν είναι ακυλομάδες, αλλά αλκυλομάδες που προέρχονται από αλκάνια (μεθυλ, αίθυλ, προπυλ, βούτυλ, οι αλκενυλομάδες (alkenyl groups) που προέρχονται από αλκένια (προπενύλιο (propenyl), βουτενύλιο (butenyl)) ή αρυλομάδες (βενζύλιο, benzyl).
Αντίστοιχο όνομα ομάδας υδροκαρβυλίου RC–Όνομα ακυλομάδαςRC(O)–Αντίστοιχο όνομα καρβοξυλικού οξέος RC(O)O-Hκοινόσυστηματικό κοινό συστηματικό κοινό συστηματικόμέθυλφόρμυλμεθαν(o)υλμυρμηκικό οξύμεθαν(o)ικόοξύαιθυλακετύλαιθαν(o)υλοξικό οξύαιθαν(o)ικό οξύπροπύλπροπιονυλπροπαν(o)υλπροπιονικό οξύπροπαν(o)ικό οξύβούτυλβουτυρυλβουτανύλβουτυρικό οξύβουταν(o)ικό οξύπροπενυλακρυλύλ ή ακρυλ(ο)υλπροπεν(ο)υλακρυλικό οξύπροπεν(ο)ικό οξύκροτυλβουτενυλκροτωνυλβουτεν(ο)υλκροτωνικό οξύβουτεν(ο)ικό οξύ]]βενζυλβενζ(ο)υλβενζ(ο)ικό οξύ
Σημείωση: Στα ελληνικά χρησιμοποιείται σπανιότερα το ο μέσα σε παρένθεση (ο).

Μηχανισμοί αντίδρασης
Οι ακυλικές ενώσεις αντιδρούν με τα πυρηνόφιλα μέσω ενός μηχανισμού προσθήκης: το πυρηνόφιλο προσβάλλει τον άνθρακα του καρβονυλίου, σχηματίζοντας ένα τετραεδρικό ενδιάμεσο. Αυτή η αντίδραση μπορεί να επιταχυνθεί από όξινες συνθήκες, που καθιστούν το καρβονύλιο πιο ηλεκτρονιόφιλο, ή βασικές συνθήκες, οι οποίες παρέχουν ένα πιο [[ιόν}ανιονικό και επομένως πιο αντιδραστικό πυρηνόφιλο. Το ίδιο το τετραεδρικό ενδιάμεσο μπορεί να είναι αλκοόλη ή αλκοξείδιο, ανάλογα με το pH της αντίδρασης.
Το τετραεδρικό ενδιάμεσο μιας ακυλικής ένωσης περιέχει έναν υποκαταστάτη συνδεδεμένο στον κεντρικό άνθρακα που μπορεί να δράσει ως αποχωρούσα ομάδα (leaving group). Αφού σχηματιστεί η τετραεδρική ενδιάμεση μορφή, καταρρέει, αναδημιουργώντας τον καρβονυλικό δεσμό C=O και απομακρύνοντας την αποχωρούσα ομάδα σε μια αντίδραση απόσπασης. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας προσθήκης/απόσπασης δύο σταδίων, το πυρηνόφιλο παίρνει τη θέση της αποχωρούσας ομάδας στην καρβονυλική ένωση μέσω μιας ενδιάμεσης κατάστασης που δεν περιέχει καρβονύλιο. Και τα δύο στάδια είναι αναστρέψιμα και ως αποτέλεσμα, οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης ακυλίου είναι διαδικασίες ισορροπίας.Wade 2010, pp. 996–997. Επειδή η ισορροπία θα ευνοήσει το προϊόν που περιέχει το καλύτερο πυρηνόφιλο, η αποχωρούσα ομάδα πρέπει να είναι ένα σχετικά φτωχό πυρηνόφιλο προκειμένου μια αντίδραση να είναι πρακτική.
 Όξινες συνθήκες 
Υπό όξινες συνθήκες, η καρβονυλομάδα της ακυλικής ένωσης 1 πρωτονιώνεται, γεγονός που την ενεργοποιεί προς πυρηνόφιλη προσβολή. Στο δεύτερο βήμα, το πρωτονιωμένο καρβονύλιο 2 προσβάλλεται από ένα πυρηνόφιλο (H−Z) για να δώσει το τετραεδρικό ενδιάμεσο 3. Η μεταφορά πρωτονίου από το πυρηνόφιλο (Ζ) στην αποχωρούσα ομάδα (Χ) δίνει το 4, το οποίο στη συνέχεια καταρρέει για να απομακρύνει την πρωτονιωμένη αποχωρούσα ομάδα (H−X), δίνοντας την πρωτονιωμένη καρβονυλική ένωση 5. Η απώλεια ενός πρωτονίου δίνει το προϊόν υποκατάστασης, 6. Επειδή το τελευταίο βήμα περιλαμβάνει την απώλεια ενός πρωτονίου, οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης ακυλίου θεωρούνται καταλυτικές σε οξύ. Σημειώστε επίσης ότι υπό όξινες συνθήκες, ένα πυρηνόφιλο θα υπάρχει τυπικά στην πρωτονιωμένη του μορφή (δηλαδή H−Z αντί για Z−).
Ένας γενικός μηχανισμός για την καταλυόμενη από οξύ πυρηνόφιλη υποκατάσταση ακυλίου |800px

Βασικές συνθήκες
Υπό βασικές συνθήκες, ένα πυρηνόφιλο (Nuc) προσβάλλει στην καρβονυλομάδα της ακυλικής ένωσης 1 για να δώσει το ενδιάμεσο τετραεδρικό αλκοξείδιο 2. Το ενδιάμεσο καταρρέει και διώχνει την αποχωρούσα ομάδα (Χ) για να δώσει το προϊόν υποκατάστασης 3. Ενώ οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης ακυλίου μπορούν να καταλυθούν με βάση, η αντίδραση δεν θα συμβεί εάν η αποχωρούσα ομάδα είναι ισχυρότερη βάση από την πυρηνόφιλη (δηλαδή η αποχωρούσα ομάδα πρέπει να έχει υψηλότερο pKa από το πυρηνόφιλο). Σε αντίθεση με τις διαδικασίες που καταλύονται με οξύ, τόσο το πυρηνόφιλο όσο και η αποχωρούσα ομάδα υπάρχουν ως ανιόντα υπό βασικές συνθήκες.
Ένας γενικός μηχανισμός για υποκατάσταση πυρηνόφιλου ακυλίου που καταλύεται από βάση |400px
Αυτός ο μηχανισμός υποστηρίζεται από πειράματα ισότοπης επισήμανση. Όταν ο προπιονικός αιθυλεστέρας με μια αιθοξυ ομάδα σημασμένη με οξυγόνο-18 επεξεργάζεται με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), η ετικέτα οξυγόνου-18 απουσιάζει εντελώς από το προπιονικό οξύ και βρίσκεται αποκλειστικά στην αιθανόλη.
Η αντίδραση ισοτοπικά επισημασμένου προπιονικού αιθυλεστέρα με υδροξείδιο του νατρίου αποδεικνύει τον προτεινόμενο μηχανισμό για την πυρηνόφιλη υποκατάσταση ακυλίου.|600px

 Είδη ακυλίου 
Στις ακυλοξυ ομάδες  η ακυλομάδα είναι συνδεδεμένη με το οξυγόνο: R−C(=O)−O−R' όπου R−C(=O) είναι η ακυλομάδα.
Τα ιόντα ακυλίου είναι κατιόντα του τύπου R−C≡O+. Είναι ενδιάμεσα στις ακυλιώσεις Friedel-Crafts.
Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι


Κατηγορία:Χαρακτηριστικές ομάδες