3: CEL I PARTIM ORGANISCHE CHEMIE 25-26-pages-3.pdf

# Radikaalreacties en halogenering van alkanen Dit onderwerp behandelt de vorming en reactiviteit van vrije radikalen, met name de halogenering van alkanen via een ketenmechanisme [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Vrije radikalen Vrije radikalen, ook wel radikalen genoemd, ontstaan door de symmetrische (homolytische) splitsing van een covalente binding. Deze splitsing kan geïnduceerd worden door [1](#page=1): * Invloed van licht (fotolyse) [1](#page=1). * Aanwezigheid van een reeds gevormd vrij radikaal (propagatie) [1](#page=1). * Invloed van warmte (thermolyse) [1](#page=1). Homolytische splitsing vereist veel energie; zo kan de thermolyse van methaan pas plaatsvinden bij circa 1000°C. Excitatie van elektronen naar hogere schillen door bijvoorbeeld UV-licht maakt de binding langer en breekt deze uiteindelijk makkelijker. Vrije radikalen zijn energetisch ongunstig omdat ze vaak de octetconfiguratie van de tweede-periode-elementen net niet bereiken, waardoor ze zeer reactief zijn en snel streven naar een gepaarde elektronenstructuur. Ze bestaan daardoor vaak slechts fracties van seconden als intermediair tijdens reacties [1](#page=1). ### 1.2 Halogenering van alkanen Alkanen zijn doorgaans weinig reactief en werden vroeger daarom paraffinen genoemd (Latijn: weinig affiniteit). Onder specifieke omstandigheden kunnen ze echter reacties aangaan die van het radikalaire type zijn [2](#page=2). Een typisch voorbeeld is de reactie tussen chloorgas en alkanen onder invloed van ultraviolet licht. Dit leidt tot een snelle, exotherme reactie die zelfs tot explosie kan leiden [2](#page=2). $$ \text{R-H} + \text{Cl}_2 \xrightarrow{h\nu} \text{R-Cl} + \text{HCl} $$ Deze chlorering van alkanen is een fotochemische radikaalreactie die verloopt via een ketenmechanisme [2](#page=2). #### 1.2.1 Het ketenmechanisme van de chlorering Het mechanisme van de chlorering van methaan bestaat uit drie stappen: initiatie, propagatie en terminatie [2](#page=2) [3](#page=3). ##### 1.2.1.1 Initiatiestap De initiatie omvat de homolytische splitsing van een chloormolecuul onder invloed van (UV)-licht, waarbij twee chloorradikalen ontstaan [2](#page=2). $$ \text{Cl-Cl} \xrightarrow{UV} \text{Cl}\cdot + \text{Cl}\cdot $$ ##### 1.2.1.2 Propagatiestap De propagatie bestaat uit twee opeenvolgende reacties die het ketenmechanisme in stand houden. In deze stappen worden nieuwe reactanten gevormd die de reactie verder doen verlopen. Belangrijk is dat bij deze stappen netto geen chloorradikaal wordt verbruikt, waardoor de concentratie aan chloorradikalen quasi-constant blijft. Dit betekent dat een eenmaal gevormd radikaal vele malen kan reageren [2](#page=2). 1. Een chloorradikaal reageert met methaan om een methylradikaal en waterstofchloride te vormen: $$ \text{CH}_4 + \text{Cl}\cdot \rightarrow \text{CH}_3\cdot + \text{HCl} $$ 2. Het gevormde methylradikaal reageert met een chloormolecuul om methylchloride en een nieuw chloorradikaal te vormen: $$ \text{CH}_3\cdot + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{Cl}\cdot $$ Deze twee reacties vormen samen de netto reactie: $$ \text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl} $$ één radikaal kan aanleiding geven tot de omzetting van 5.000 tot 10.000 moleculen methaan [2](#page=2). ##### 1.2.1.3 Terminatiestap De terminatiestap is de verdwijning van het radikaal uit het reactiemidden. Dit gebeurt wanneer twee radikalen met elkaar reageren om een covalente binding te vormen. Er zijn drie mogelijke manieren waarop dit kan gebeuren [3](#page=3): 1. Twee chloorradikalen combineren: $$ \text{Cl}\cdot + \text{Cl}\cdot \rightarrow \text{Cl}_2 $$ 2. Twee methylradikalen combineren: $$ \text{CH}_3\cdot + \text{CH}_3\cdot \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_3 $$ 3. Een chloorradikaal en een methylradikaal combineren: $$ \text{CH}_3\cdot + \text{Cl}\cdot \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} $$ Omdat de concentratie van radikalen veel lager is dan die van methaan en chloorgas, is de kans op terminatie kleiner dan op propagatie, waardoor er doorgaans vele duizenden moleculen gevormd worden voordat terminatie optreedt [3](#page=3). #### 1.2.2 Beperkingen in de organische synthese De chlorering van alkanen wordt zelden gebruikt voor de bereiding van specifieke alkylhalogeniden vanwege twee significante nadelen [3](#page=3): * **Mengsels van isomeren bij hogere alkanen:** De chlorering van hogere alkanen (vanaf propaan) levert doorgaans een mengsel op van verschillende mono-chloorisomeren, waardoor de synthese van één specifieke verbinding niet mogelijk is [3](#page=3). Voor propaan kan dit leiden tot: * CH$_3$CH$_2$CH$_2$-Cl (1-chloorpropaan) * CH$_3$-CHCl-CH$_3$ (2-chloorpropaan) * **Vorming van polychloorderivaten:** Er is een gemakkelijke vorming van polychloorderivaten mogelijk. Bij de chlorering van methaan ontstaan naast CH$_3$Cl ook CH$_2$Cl$_2$, CHCl$_3$ en CCl$_4$ . Dit komt doordat naarmate de concentratie van het gevormde methylchloride toeneemt, dit ook als substraat kan reageren [3](#page=3). > **Tip:** Begrijp het verschil tussen de initiatie-, propagatie- en terminatiestappen van een ketenreactie. Let op hoe radikalen worden gevormd, verbruikt en geregenereerd in het propagatiemechanisme. > > **Tip:** Houd de nettoverandering van radikalen in het oog tijdens de propagatie. Als het aantal gevormde radikalen gelijk is aan het aantal verbruikte radikalen, is de concentratie ervan stabiel. > > **Voorbeeld:** Stel je voor dat de halogenering van een alkantje gebeurt. Welk van de volgende stappen is GEEN onderdeel van het propagatiemechanisme? > a) R-H + X• → R• + HX > b) R• + X₂ → R-X + X• > c) X• + X• → X₂ > d) R• + R• → R-R > > **Antwoord:** c) en d) zijn terminatiestappen, omdat hierbij radikalen worden geëlimineerd zonder dat er nieuwe worden gevormd om de keten voort te zetten. > > **Tip:** Realiseer je dat de beperkingen van de chlorering (isomerenmengsels en polychlorering) de reden zijn waarom deze reactie in de praktijk minder nuttig is voor de selectieve synthese van mono-alkylhalogeniden. --- # Ketenreacties en stabiliteit van koolstofradikalen Dit deel verkent het principe van ketenreacties, essentieel voor de polymeerindustrie, en analyseert de factoren die de stabiliteit van koolstofradikalen beïnvloeden, zoals omringende groepen en delocalisatie [4](#page=4). ### 2.1 Ketenreacties Ketenreacties maken gebruik van het principe dat een vrij radikaal gemakkelijk kan reageren met een onverzadigdheid, wat leidt tot de vorming van een nieuwe sigma-binding en een nieuw ongepaard elektron. Dit proces is cruciaal in de polymeerindustrie, waar het de propagatiestap vormt in polymerisaties zoals die van polyvinylchloride (PVC). Vrij-radicaire polymerisaties van dit type kunnen resulteren in zeer grote moleculen met molecuulgewichten tot 10⁶-10⁷ g/mol [4](#page=4). ### 2.2 De stabiliteit van C-radikalen De stabiliteit van koolstofradikalen wordt significant beïnvloed door hun omringende groepen [4](#page=4). #### 2.2.1 Stabilisatie door omringende groepen De aanwezigheid van elektrondonerende groepen, zoals alkylgroepen, kan een radikaal stabiliseren. Deze stabilisatie is vergelijkbaar met die van carbokationen. Het ongepaarde elektron bevindt zich in een orbitaal dat gedeeltelijk overlapt met een -binding op een naburig atoom, waardoor de elektronen-deficiëntie wordt verspreid. De algemene trend in stabiliteit is [4](#page=4) [5](#page=5): primair < secundair < tertiair [4](#page=4). R-CH₂• < R₂-CH• < R₃-C• [4](#page=4). #### 2.2.2 Stabilisatie door delocalisatie Stabilisatie door delocalisatie is een nog efficiëntere methode. Een vrij radikaal afkomstig van propeen kan bijvoorbeeld effectief worden gestabiliseerd door delocalisatie over twee resonantiestructuren [5](#page=5). > **Tip:** De grote reactiviteit van organische radikalen is deels te wijten aan de aard van de betrokken s- en p-elektronen van koolstof [5](#page=5). #### 2.2.3 Natuurlijke en synthetische radikalen Sommige chemische verbindingen, zoals stikstofoxiden (NO, NO₂), chloordioxide en dizuurstof, bestaan als radikalen. Overgangselementen en lanthaniden hebben vaak ongepaarde elektronen, maar hun radikalen zijn minder reactief omdat hun d- en f-elektronorbitalen minder goed overlappen met die van naburige atomen [5](#page=5). > **Tip:** Vitamine E, een mengsel van tocoferolen en tocotrienolen, fungeert als een antioxidant door het stabiliseren van radikalen, voornamelijk via delocalisatie en alkylgroepsomringing. Natuurlijke vitamine E (RRR-α-tocoferol) heeft biochemisch een hogere activiteit dan synthetische vormen [5](#page=5) [6](#page=6). #### 2.2.4 Stabiele radikalen Ondanks de algemene reactiviteit van radikalen, bestaan er ook stabiele radikalen die als geïsoleerde chemische stoffen kunnen worden beschouwd [6](#page=6). > **Tip:** Radicale inhibitoren, zoals vitamine E, BHA en BHT, worden gebruikt als conserveermiddelen of antioxidanten om voedsel te beschermen tegen ongewenste radicale reacties [6](#page=6). --- # Reacties van de carbonylgroep met nucleofielen Dit onderwerp behandelt de nucleofiele additiereacties die plaatsvinden aan de carbonylgroep, met specifieke aandacht voor de hydratatie van aldehyden en ketonen, en de vorming van (hemi-)acetalen en (hemi-)ketalen door reactie met alcoholen. ### 3.1 Algemene principes van nucleofiele additie aan de carbonylgroep De carbonylgroep ($C=O$) is sterk gepolariseerd vanwege het verschil in elektronegativiteit tussen koolstof en zuurstof. Hierdoor is het carbonylkoolstofatoom elektronarm (${\delta}^{+}$) en het carbonylzuurstofatoom elektronrijk (${\delta}^{-}$). Dit maakt de carbonylkoolstof een aantrekkelijk doelwit voor nucleofiele reagentia. Elektrofielen, zoals protonen ($H^{+}$), kunnen binden aan het zuurstofatoom, wat de carbonylgroep verder activeert door de polarisatie te vergroten [10](#page=10) [13](#page=13) [8](#page=8). De algemene reactievergelijking voor nucleofiele additie aan de carbonylgroep is: $$ \underset{\text{carbonyl}}{\overset{\delta^+}{\text{C}}} \overset{\delta^-}{=} \text{O} + \underset{\text{nucleofiel}}{\overset{\delta^+}{\text{X}}} - \underset{\text{elektr.`}}{\overset{\delta^-}{\text{Y}}} \longrightarrow \underset{\text{product}}{\text{O}} - \underset{\text{nucleofiel}}{\overset{\text{Y}}{\text{C}}} - \underset{\text{elektr.`}}{\text{X}} $$ Deze reacties worden geclassificeerd als additiereacties en zijn fundamenteel voor veel biochemische processen, waaronder die in het energie-metabolisme. Na de additie ontstaat een ${\text{sp}}^3$-gehybridiseerd koolstofatoom, wat de mogelijkheid biedt tot de vorming van stereoisomeren indien het koolstofatoom gebonden is aan vier verschillende substituenten [9](#page=9). > **Tip:** Nucleofiele addities aan de carbonylgroep zijn evenwichtsreacties. De positie van het evenwicht wordt beïnvloed door de stabiliteit van de producten en de omgevingsfactoren (bv. pH). #### 3.1.1 Katalyse De snelheid van nucleofiele addities aan de carbonylgroep kan aanzienlijk worden verhoogd door katalyse met zuren of basen [10](#page=10) [11](#page=11). * **Zure katalyse:** Zuren activeren de carbonylgroep door protonering van het carbonylzuurstofatoom. Dit verhoogt de positieve lading op het carbonylkoolstofatoom, waardoor het reactiever wordt voor nucleofiele aanval [10](#page=10) [13](#page=13). * **Basische katalyse:** In basisch milieu treedt hydroxylion ($OH^-$) op als een sterk nucleofiel dat direct aan de carbonylkoolstof bindt. Dit resulteert in de vorming van een alcoholaatanion, dat vervolgens een proton van een watermolecuul onttrekt, waarbij een nieuw hydroxylion wordt geregenereerd en de katalysatorcyclus wordt voltooid [11](#page=11). ### 3.2 Additie van water: hydratatie van aldehyden en ketonen Aldehyden en ketonen ondergaan in waterige oplossingen een additiereactie met water, bekend als hydratatie. Hierbij ontstaan geminale diolen, waarbij twee hydroxylgroepen aan hetzelfde koolstofatoom gebonden zijn [9](#page=9). De algemene reactie is: $$ \underset{\text{aldehyde/keton}}{\overset{\delta^+}{\text{R(H)C}}} \overset{\delta^-}{=} \text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \underset{\text{hydraat}}{\text{R(H)C}} \begin{pmatrix} \text{OH} \\ \text{OH} \end{pmatrix} $$ Geminale diolen (hydraten) zijn over het algemeen weinig stabiel en ontleden weer tot het oorspronkelijke aldehyde of keton zodra water wordt verwijderd. De stabiliteit van het hydraat, uitgedrukt in de evenwichtsconstante ($K$), varieert afhankelijk van de aard van de carbonylverbinding [9](#page=9): * Formaldehyde: $K \approx 18$ [9](#page=9). * Aldehyden: $K \approx 0.01$ [9](#page=9). * Ketonen: $K \approx 10^{-5}$ [9](#page=9). Deze variatie wordt verklaard door het aantal elektronduwende alkylgroepen dat de positieve polarisatie (${\delta}^{+}$) van het carbonylkoolstofatoom vermindert. Oplossingen van formaldehyde bestaan dus voornamelijk uit hun gehydrateerde vorm [9](#page=9). #### 3.2.1 Mechanisme van hydratatie Het mechanisme van nucleofiele additie van water aan de carbonylgroep kan zowel in neutraal, zuur als basisch milieu plaatsvinden [10](#page=10). **Zure katalyse:** 1. Protonering van het carbonylzuurstofatoom door $H^+$, wat de carbonylbinding sterk polariseert [10](#page=10) [13](#page=13). 2. Nucleofiele aanval van water op het gepolariseerde carbonylkoolstofatoom [10](#page=10). 3. Deprotonering om het gem-diol te vormen en de katalysator ($H^+$) te regenereren [10](#page=10). **Basische katalyse:** 1. Nucleofiele aanval van hydroxylion ($OH^-$) op het carbonylkoolstofatoom, waarbij een alcoholaatanion wordt gevormd [11](#page=11). 2. Protonering van het alcoholaatanion door een watermolecuul, met regeneratie van het hydroxylion [11](#page=11). > **Tip:** Zuren dienen om de carbonylfunctie te 'activeren' door de polarisatie te verhogen, terwijl basen als sterke nucleofielen zelf direct de reactie initiëren. ### 3.3 Additie van alcoholen: vorming van (hemi-)acetalen en (hemi-)ketalen De reactie van aldehyden of ketonen met alcoholen resulteert in de vorming van (hemi-)acetalen of (hemi-)ketalen [12](#page=12). * **Hemiacetaal:** Ontstaat bij reactie van een aldehyde met een alcohol [12](#page=12). * **Hemiketaal:** Ontstaat bij reactie van een keton met een alcohol [12](#page=12). De algemene reactie voor de vorming van een hemi-acetaal of hemi-ketaal is: $$ \underset{\text{aldehyde/keton}}{\overset{\delta^+}{\text{R(H)C}}} \overset{\delta^-}{=} \text{O} + \text{R}_2\text{OH} \rightleftharpoons \underset{\text{hemi-acetaal/ketal}}{\text{R(H)C}} \begin{pmatrix} \text{OH} \\ \text{OR}_2 \end{pmatrix} $$ Deze reacties zijn evenwichtsreacties en verlopen traag in waterig milieu. De snelheid wordt aanzienlijk verhoogd in de aanwezigheid van een spoor zuur ($HX$), dat als katalysator optreedt. Basische katalyse is hierbij niet mogelijk [12](#page=12). #### 3.3.1 Mechanisme van vorming van hemi-acetalen en hemi-ketalen (zure katalyse) 1. **Activatie:** Protonering van het carbonylzuurstofatoom door $H^+$, wat de carbonylbinding versterkt polariseert en het koolstofatoom elektronarmer maakt. Dit is cruciaal omdat alcoholen slechts matige nucleofielen zijn [13](#page=13). 2. **Nucleofiele aanval:** Het alcoholmolecuul valt aan op het gepolariseerde carbonylkoolstofatoom. De ${\pi}$-binding wordt verbroken, en het elektronenpaar van de alcoholfunctie vormt een ${\sigma}$-binding met het koolstofatoom. Het zuurstofatoom van de alcohol krijgt hierbij een positieve lading, terwijl de ${\pi}$-bindingselektronen op het carbonylzuurstof terechtkomen [13](#page=13). 3. **Deprotonering:** Een $H^+$ wordt afgesplitst, waardoor de katalysator wordt geregenereerd en het neutrale hemi-acetaal of hemi-ketaal ontstaat [13](#page=13). #### 3.3.2 Vorming van acetalen en ketalen Hemi-acetalen en hemi-ketalen zijn relatief instabiel en kunnen onder zure omstandigheden verder reageren met een tweede molecuul alcohol om stabielere acetalen of ketalen te vormen, met eliminatie van water [14](#page=14). De reactie is: $$ \underset{\text{hemi-acetaal/ketal}}{\text{R(H)C}} \begin{pmatrix} \text{OH} \\ \text{OR}_2 \end{pmatrix} + \text{R}_2\text{OH} \xrightarrow{H^+} \underset{\text{acetaal/ketal}}{\text{R(H)C}} \begin{pmatrix} \text{OR}_2 \\ \text{OR}_2 \end{pmatrix} + \text{H}_2\text{O} $$ #### 3.3.3 Mechanisme van vorming van acetalen en ketalen (zure katalyse) Het mechanisme voor de vorming van acetalen en ketalen verschilt van dat van hemi-acetalen/ketalen, aangezien de carbonylgroep reeds verdwenen is [14](#page=14). 1. **Protonering van de hydroxylgroep:** De hydroxylgroep van het hemi-acetaal/ketaal wordt geprotoneerd om het een goede vertrekkende groep te maken ($H_2O$) [14](#page=14). 2. **Eliminatie van water:** Het watermolecuul vertrekt, waardoor een carbokation-achtig intermediair ontstaat met een positief geladen zuurstofatoom verbonden aan het centrale koolstofatoom [14](#page=14). 3. **Nucleofiele aanval van alcohol:** Een tweede molecuul alcohol valt aan op het elektronarme intermediair [14](#page=14). 4. **Deprotonering:** Een $H^+$ wordt afgesplitst om het neutrale acetaal of ketal te vormen en de katalysator te regenereren [14](#page=14). De totale reactie voor de vorming van acetalen/ketalen uit aldehyden/ketonen en alcoholen kan als volgt worden samengevat: $$ \underset{\text{aldehyde/keton}}{\text{R(H)C=O}} + 2 \text{ R}_2\text{OH} \xrightarrow{H^+} \underset{\text{acetaal/ketal}}{\text{R(H)C}} \begin{pmatrix} \text{OR}_2 \\ \text{OR}_2 \end{pmatrix} + \text{H}_2\text{O} $$ --- # Reactie van carbonylgroepen met amines en keto-enol tautomerie Dit hoofdstuk behandelt de reacties van carbonylgroepen met amines en de processen van keto-enol tautomerie en aldolcondensaties, inclusief hun mechanismen en toepassingen. ### 4.1 Reactie van amines met carbonylgroepen Amines zijn nucleofieler dan alcoholen omdat het stikstofatoom gemakkelijker zijn vrij elektronenpaar afstaat. Hierdoor kunnen amines direct nucleofiele additie ondergaan aan de carbonylbinding van aldehyden en ketonen, zonder dat voorafgaande activering van de carbonylgroep nodig is en zonder katalyse [15](#page=15). De reactie van amines met carbonylgroepen verloopt in twee stappen, resulterend in de vorming van imines [16](#page=16). #### 4.1.1 Mechanisme van iminevorming 1. **Nucleofiele additie:** Het amine voegt zich nucleofiel toe aan de carbonylkoolstof. Deze stap verloopt zonder katalyse [16](#page=16). $$ \ce{R_2C=O + R'-NH_2 <=> R_2C(OH)NHR'} $$ 2. **Eliminatie van water:** In de tweede stap treedt een eliminatiereactie op waarbij een watermolecuul wordt uitgestoten en een dubbele koolstof-stikstofbinding (C=N) wordt gevormd. Deze stap vereist katalyse door H$^+$ ionen, afkomstig van een zwak zuur. Een sterk zuur, zoals HCl, zou het amine protoneren en daardoor de nucleofiliciteit tenietdoen [16](#page=16). Het mechanisme van de tweede stap, met H$^+$ katalyse: $$ \ce{R_2C(OH)NHR' + H^+ <=> R_2C(OH_2^+)NHR'} $$ $$ \ce{R_2C(OH_2^+)NHR' <=> R_2C=NR' + H_2O + H^+} $$ In enzymen is een zure functionele groep doorgaans verantwoordelijk voor de katalyse van deze tweede stap [16](#page=16). #### 4.1.2 Shiffse basen en enaminen Imines worden ook Shiffse basen genoemd, omdat het stikstofatoom nog steeds een basisch karakter behoudt ondanks de deelname aan een dubbele binding. Vanwege het sp$^2$-gehybridiseerde stikstofatoom kunnen imines cis-trans isomerie vertonen [16](#page=16). Er bestaat ook een tautomere vorm van imines, de zogenaamde 'enamine'-vorm, wat een samentrekking is van alkeen en amine [22](#page=22). $$ \ce{R_2C=NR' <=> R_2C(NR'_2)-} $$ ### 4.2 Keto-enol tautomerie Aldehyden en ketonen die ten minste één waterstofatoom bezitten op een α-koolstofatoom (het koolstofatoom direct naast de carbonylgroep), kunnen voorkomen in twee isomere vormen die in evenwicht zijn: de keto-vorm en de enol-vorm. De enol-vorm bevat een dubbele binding (alkeen) en een hydroxylgroep [17](#page=17). Tautomerie is een proces waarbij isomeren in elkaar overgaan door de verschuiving van een atoom of groep, gepaard gaande met het breken en vormen van chemische bindingen. In dit geval gaat het om de verplaatsing van een waterstofatoom [17](#page=17). De evenwichtsconstante $K = [\text{enol}]/[\text{keto}]$ is doorgaans klein, wat betekent dat de enol-vorm van aldehyden en ketonen slechts in kleine hoeveelheden aanwezig is. Als een enol-vorm ontstaat tijdens een chemische reactie, wordt deze vrijwel onmiddellijk omgezet naar de stabielere keto-vorm door middel van tautomerie [17](#page=17). > **Tip:** De keto- en enol-vormen zijn werkelijke, fysisch bestaande moleculen van hetzelfde substraat, en geen mesomere resonantievormen [18](#page=18). #### 4.2.1 Mechanisme van keto-enol tautomerie Keto-enol tautomerie verloopt via het enolaat-anion en is base-gekatalyseerd [18](#page=18). 1. **Deprotonering (zuur-base reactie):** Een base (bijvoorbeeld OH$^-$) onttrekt een α-waterstofatoom aan het aldehyde of keton, dat zich gedraagt als een zuur (#page=18, 19). Dit leidt tot de vorming van een enolaat-anion [18](#page=18) [19](#page=19). $$ \ce{R_2CH-C(=O)R' + OH^- <=> R_2C^{-}-C(=O)R' + H_2O} $$ 2. **Stabilisatie van het enolaat-anion:** Het gevormde enolaat-anion wordt gestabiliseerd door mesomerie, waarbij de negatieve lading verdeeld wordt over het koolstofatoom en het zuurstofatoom van de carbonylgroep. Dit verklaart de relatieve zuurgraad van de α-waterstofatomen [18](#page=18). $$ [\ce{R_2C^{-}-C(=O)R' <=> R_2C=C(-O^-)R'}] $$ 3. **Protonering:** Het enolaat-anion, dat een sterk nucleofiel is, kan vervolgens geprotoneerd worden, wat leidt tot de vorming van de enol-vorm of, indien geprotoneerd op de koolstof, de keto-vorm (#page=18, 19). De tautomerie zelf wordt gekatalyseerd door de base, die niet verbruikt wordt in de reactie [18](#page=18) [19](#page=19). ### 4.3 Aldolcondensatie De aldolcondensatie is een reactie waarbij aldehyden of ketonen met ten minste één α-waterstofatoom, in aanwezigheid van basen, onderlinge additiereacties aangaan. Hierbij wordt een nieuwe koolstof-koolstofbinding gevormd tussen het α-koolstofatoom van één molecuul en het carbonylkoolstofatoom van een ander molecuul. De term 'aldol' is een samentrekking van aldehyde en alcohol, wat verwijst naar de producten die aanvankelijk ontstaan: β-hydroxyaldehyden of β-hydroxyketonen (#page=19, 20) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 4.3.1 Mechanisme van de aldolcondensatie (base-gekatalyseerd) Het mechanisme verloopt via het enolaat-anion: 1. **Vorming van het enolaat-anion:** Zoals beschreven bij de keto-enol tautomerie, wordt een enolaat-anion gevormd door de deprotonering van een α-waterstofatoom [19](#page=19). 2. **Nucleofiele additie:** Het gevormde enolaat-anion (een sterk nucleofiel) valt het carbonylkoolstofatoom van een tweede aldehyd- of ketonmolecuul aan [19](#page=19). $$ \ce{R_2C^{-}-C(=O)R'} \text{ (enolaat)} + \ce{R''C(=O)H} \rightarrow \ce{R''C(O^{-})(R)CH(R')_2} $$ 3. **Protonering:** Het gevormde alkoxide-anion wordt vervolgens geprotoneerd door water, wat resulteert in een β-hydroxy-aldehyde of β-hydroxy-keton (#page=19, 20) [19](#page=19) [20](#page=20). $$ \ce{R''C(O^{-})(R)CH(R')_2 + H_2O <=> R''C(OH)(R)CH(R')_2 + OH^-} $$ Bij aldehyden is de reactie doorgaans sterk verschoven naar de productzijde. Bij ketonen is het evenwicht minder gunstig, waardoor vaak drastischere reactieomstandigheden nodig zijn [19](#page=19). #### 4.3.2 Dehydratatie en vorming van α,β-onverzadigde carbonylverbindingen De β-hydroxy-aldehyden en -ketonen die ontstaan, kunnen verder reageren door eliminatie van een watermolecuul. Dit vindt plaats omdat de hydroxylgroep zich op de β-positie bevindt ten opzichte van de carbonylgroep, wat de vorming van een geconjugeerd π-systeem (een dubbele binding naast een carbonylgroep) vergemakkelijkt. Dit resulteert in de vorming van α,β-onverzadigde aldehyden of ketonen [20](#page=20). $$ \ce{R''C(OH)(R)CH(R')_2 -> R''C(=C(R')R)C(=O)H + H_2O} $$ Deze dehydratatiestap wordt bevorderd door verwarming (80-100 ºC). Als de reactie bij lage temperaturen (0-10 ºC) wordt uitgevoerd, kan het β-hydroxy-aldehyde of -keton als hoofdproduct worden verkregen. Zowel cis als trans isomerie kan optreden bij de onverzadigde producten [20](#page=20) [21](#page=21). #### 4.3.3 Retro-aldol condensatie De aldolcondensatie kan in omgekeerde richting verlopen, waarbij een β-hydroxy-aldehyde of -keton wordt gesplitst in twee aldehyde- of ketonmoleculen. Dit proces wordt retro-aldol condensatie genoemd en treedt op tijdens de glycolyse (afbraak van suikers) [21](#page=21). #### 4.3.4 Voorbeelden van aldolcondensatie * **Acetaldehyde (ethanal):** De reactie van twee moleculen acetaldehyde leidt tot 3-hydroxybutanal, wat vervolgens kan dehydrateren tot but-2-enal (#page=20, 21) [20](#page=20) [21](#page=21). $$ \ce{2 H_3C-CHO -> H_3C-CH(OH)-CH_2-CHO -> H_3C-CH=CH-CHO + H_2O} $$ * **Aceton:** De aldolcondensatie van aceton, een symmetrisch keton, leidt tot 4-hydroxy-4-methylpentan-2-on, dat verder kan reageren tot mesityloxide [21](#page=21). $$ \ce{2 (CH_3)_2C=O -> (CH_3)_2C(OH)-CH_2-C(=O)-CH_3 -> (CH_3)_2C=CH-C(=O)-CH_3 + H_2O} $$ Bij asymmetrische ketonen ontstaan complexere mengsels van producten omdat er twee verschillende enolaatanionen gevormd kunnen worden [21](#page=21). > **Tip:** Tautomerie is niet exclusief voor aldehyden en ketonen; het treedt ook op in systemen van de vorm X$_2$Z=CH-Y, zoals bij imines en enamines [22](#page=22). --- # De carboxylgroep en haar derivaten Dit onderdeel behandelt de naamgeving, fysische eigenschappen, zuursterkte van carbonzuren, en de chemische eigenschappen en synthese van diverse carbonzuurderivaten zoals esters, amiden, en anhydriden. ### 5.1 Inleiding tot de carboxylgroep De carboxylgroep (-COOH) is een sleutelfunctie in de organische chemie, essentieel voor veel biochemische processen zoals de citroenzuurcyclus en vetzuurcyclus. Aminozuren, bouwstenen van eiwitten, bevatten zowel een amine- als een carboxylgroep. Carbonzuren met lange alkylketens vormen de basis van vetten, oliën en glyceriden, die cruciaal zijn voor celmembranen. Kennis van carboxylzuren en hun derivaten is daarom direct toepasbaar op complexe moleculaire structuren en biochemische cycli [23](#page=23). ### 5.2 Naamgeving van carbonzuren en hun derivaten Er zijn twee systemen voor de naamgeving van carbonzuren: * **Alkaan-carbonzuur:** Hierbij wordt het koolstofatoom van de carboxylgroep niet meegeteld voor de ketenlengte [23](#page=23). * **Alkaanzuur:** Hierbij wordt het koolstofatoom van de carboxylgroep wel meegeteld voor de ketenlengte [24](#page=24). De gedissocieerde vorm, het carboxylaat, wordt benoemd door de uitgang "-zuur" te vervangen door "-oaat" [24](#page=24). * Voorbeeld: butaanzuur wordt butanoaat [24](#page=24). Amiden worden benoemd door de uitgang "-zuur" te vervangen door "-amide" (bv. butaanamide) [24](#page=24). Esters worden benoemd door de naam van het alcohol te combineren met de carboxylaatnaam [24](#page=24). Vaak wordt de triviale naamgeving verkozen boven de systematische IUPAC-naamgeving voor veel carbonzuren en derivaten. Overzichten van systematische en triviale namen, samen met fysische eigenschappen van verzadigde, onverzadigde en dicarbonzuren, zijn te vinden in Tabel 10.1, 10.2 en 10.3 (#page=25, 26). Alifatische carbonzuren met lange alkylketens worden ook wel vetzuren genoemd [24](#page=24) [25](#page=25) [26](#page=26). > **Tip:** Let op het verschil tussen alkaan-carbonzuur en alkaanzuur naamgeving, waarbij de telling van het koolstofatoom van de carboxylgroep cruciaal is. Triviale namen worden ook gebruikt voor de gedissocieerde vormen van carbonzuren, afgeleid van de Engelse namen [26](#page=26). * Voorbeeld: mierenzuur (formic acid) wordt formiaat (formate) [26](#page=26). Bij substitutie op carbonzuren, die de hoogste prioriteit hebben, worden substituenten als voorvoegsels aangeduid. De positie van substituenten kan ook worden aangeduid met Griekse letters (α, β, γ) in plaats van rangnummers [26](#page=26) [27](#page=27). #### 5.2.1 Specifieke naamgevingsgevallen * **α-aminozuren:** Carbonzuren met een aminogroep op het koolstofatoom in de α-positie ten opzichte van de carboxylgroep [27](#page=27). * **Dicarbonzuren:** Worden benoemd als alkaan-dizuren, maar ook hier heeft de triviale naamgeving vaak de voorkeur [27](#page=27). ### 5.3 Fysische eigenschappen van carbonzuren De fysische eigenschappen van carbonzuren worden bepaald door van der Waals interacties (alkyldeel) en elektrostatische interacties (polaire carboxylgroep), vergelijkbaar met alcoholen. Vorming van waterstofbruggen speelt een cruciale rol bij het verklaren van trends in smeltpunt, kookpunt en oplosbaarheid [27](#page=27). De hoge polariteit en het vermogen tot waterstofbrugvorming leiden tot hoge kookpunten. De planare geometrie van de carboxylgroep (120º valentiehoeken rond het sp2-carbonylkoolstofatoom) bevordert de vorming van dimere structuren door waterstofbruggen [27](#page=27). > **Tip:** Visualiseer de vorming van carbonzuurdimeren door onderlinge waterstofbruggen en de interactie met watermoleculen. De oplosbaarheid in water en alcoholen is over het algemeen goed, mede dankzij de polaire kopgroep en waterstofbrugvorming. De oplosbaarheid neemt af met toenemende lengte van het alkylfragment vanwege het toenemende apolaire karakter. Zouten van carbonzuren zijn doorgaans beter oplosbaar dan hun zure vormen vanwege de aanwezige negatieve lading [28](#page=28). ### 5.4 Carbonzuren: de sterkste 'natuurlijke' organische zuren Carbonzuren zijn zwakke zuren in vergelijking met minerale zuren zoals HCl of H2SO4, met een lage ionisatiegraad. Binnen de organische chemie behoren ze echter tot de sterkste natuurlijke zuren en staan ze relatief gemakkelijk een waterstofion af [28](#page=28). De zuursterkte kan worden gekwantificeerd met de evenwichtsconstante $K_a$ of pKa. Carbonzuren hebben een $K_a$ van ongeveer $10^{-5}$ (pKa ~ 5), wat betekent dat bij oplossing in neutraal water slechts een klein percentage ioniseert [28](#page=28). $$ RCOOH + H_2O \rightleftharpoons RCOO^- + H_3O^+ $$ $$ K_a = \frac{[RCOO^-][H_3O^+]}{[RCOOH]} $$ $$ pK_a = -\log_{10}(K_a) $$ #### 5.4.1 Oorzaken van de zuursterkte van carbonzuren De hogere zuursterkte ten opzichte van alcoholen is te danken aan mesomere stabilisatie en inductieve effecten van de carbonylgroep. Deze effecten stabiliseren de geconjugeerde base, het carboxylaatanion ($RCOO^-$), meer dan het alcoholaatanion ($RO^-$). Dit verkleint het energieverschil ($\Delta G^0$) voor de dissociatie, waardoor het evenwicht verschuift naar de geconjugeerde base [29](#page=29). ##### 5.4.1.1 Mesomere stabilisatie De vorming van een overkoepelend molecuulorbitaal met de carbonyl $\pi$-binding zorgt voor resonantie in het carboxylaatanion. Hierbij worden de elektronen en de negatieve lading gedelokaliseerd over drie atomen (carbonylkoolstof en twee zuurstofatomen), wat leidt tot stabilisatie. De twee grensstructuren zijn equivalent [29](#page=29). $$ RCOO^- \leftrightarrow RCOO^- $$ (De negatieve lading is gedelokaliseerd over beide zuurstofatomen) ##### 5.4.1.2 Inductief effect De carbonylgroep werkt als een naburige, elektronenzuigende groep (-I effect). Dit heeft een stabiliserende invloed op de negatieve lading van het zuurstofatoom in het carboxylaatanion, wat bij het alcoholaatanion afwezig is [30](#page=30). $$ \overset{\delta-}{O} - \overset{\delta+}{C} - R $$ #### 5.4.2 Reacties met basen Carbonzuren reageren met sterke basen, zoals natriumhydroxide (NaOH), om het overeenkomstige zout te vormen [30](#page=30). $$ RCOOH + NaOH \rightarrow RCOO^-Na^+ + H_2O $$ Ze reageren ook met de geconjugeerde base van een zwakker zuur, zoals natriumwaterstofcarbonaat ($NaHCO_3$). Carbonzuren zijn sterker dan koolzuur ($H_2CO_3$), waardoor het evenwicht sterk verschuift naar de vorming van het carboxylaatzout en koolzuur. De vorming van $H_2CO_3$ wordt gevolgd door ontbinding in water en koolstofdioxide, wat het evenwicht verder naar rechts duwt [30](#page=30). $$ RCOOH + NaHCO_3 \rightarrow RCOO^-Na^+ + H_2CO_3 $$ $$ H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 $$ De gevormde natriumzouten zijn goed oplosbaar in water, ongeacht de lengte van het alkyldeel, door micelvorming. De negatief geladen vorm van carbonzuren krijgt hierdoor amfifiele eigenschappen [30](#page=30). ### 5.5 Derivaten van carbonzuur Carbonzuurderivaten kunnen worden voorgesteld door de algemene formule $RCO-Y$ [31](#page=31). * De $RCO$-groep is de **acylgroep** [31](#page=31). * De aard van de Y-groep bepaalt het type verbinding [31](#page=31): * Carbonzuren: $Y = -OH$ * Esters: $Y = -OR$ * Thioesters: $Y = -SR$ * Amiden: $Y = -NH_2, -NHR, -NR_2$ * Anhydriden: $Y = -OCOR$ * Zuurchloriden: $Y = -Cl$ Alle carbonzuurderivaten kunnen door hydrolyse met water worden omgezet in het overeenkomstige carbonzuur [32](#page=32): $$ RCO-Y + H_2O \rightarrow RCOOH + HY $$ Reacties waarbij deze derivaten worden verkregen of waarbij ze als reagens optreden, worden **acyleringsreacties** genoemd (overdracht van de acylgroep). Als de acylgroep $CH_3CO-$ is, spreekt men van acetylgroepen en acetyleringsreacties [32](#page=32). De neiging van een carbonzuurderivaat om een acylgroep te transfereren neemt af in de volgende volgorde [32](#page=32): $$ \text{zuurchloride} > \text{zuuranhydride} > \text{thioester} > \text{ester} > \text{amide} $$ Zuurchloriden en zuuranhydriden zijn zeer reactief en vereisen geen katalyse voor acyleringsreacties. Esters en amiden zijn minder reactief en vereisen katalyse [32](#page=32). > **Tip:** Onthoud de reactiviteitsladder van carbonzuurderivaten; dit is cruciaal voor het voorspellen van reactieproducten. #### 5.5.1 Overzicht van acyleringsreacties Acyleringsreacties vereisen dat men vertrekkende van een carbonzuurderivaat en een reagens, de reactieproducten kan voorspellen. Thioesters worden veel gebruikt in biochemische transformaties vanwege hun geschikte reactiviteit zonder te reageren met water in het lichaam [33](#page=33). #### 5.5.2 Synthese van carbonzuurderivaten Directe synthese van carbonzuurderivaten door nucleofiele substitutie van de hydroxylgroep van carbonzuren met een nucleofiel is niet mogelijk. Nucleofielen vertonen ook basische eigenschappen, wat leidt tot een zuur-base reactie waarbij het carbonzuur wordt gedeprotoneerd tot een carboxylaatanion en het nucleofiel wordt geprotoneerd [33](#page=33) [34](#page=34). Verdere reactie van het carboxylaatanion met een tweede molecuul van het nucleofiele reagens is energetisch ongunstig, omdat het negatief geladen carboxylaatanion moeilijk aan te vallen is en een zuurstofatoom zou moeten worden uitgestoten [34](#page=34). $$ RCOOH + Nu^- \rightarrow RCOO^- + HNu^+ $$ $$ RCOOH + ROH \rightarrow RCOO^- + ROH_2^+ $$ (geen ester vorming) $$ RCOOH + NH_3 \rightarrow RCOO^- + NH_4^+ $$ (geen amide vorming) De enige uitzondering is de directe vorming van esters uit carbonzuren en alcoholen in aanwezigheid van zure katalyse [34](#page=34). ### 5.6 De zuur-gekatalyseerde verestering van carbonzuren: Fisher-verestering Direct mengen van een alcohol en een carbonzuur leidt niet tot ester vorming. Hoewel alcoholen niet sterk basisch zijn en geen zuur-base reactie met carbonzuren aangaan, is hun nucleofiele karakter zwak, wat leidt tot hoge activeringsenergie en dus geen reactie [35](#page=35). De reactie kan worden versneld (gekatalyseerd) met behulp van een zuur, de zogenaamde **Fisher-verestering** [35](#page=35). $$ RCOOH + R^1OH \xrightarrow{H^+} RCOOR^1 + H_2O $$ Het mechanisme verloopt via additie-eliminatie in twee stappen [35](#page=35): #### 5.6.1 Stap 1: Zuur-gekatalyseerde nucleofiele additie van het alcohol aan de carbonyl Het zuur activeert de carbonylkoolstof door binding met het carbonylzuurstofatoom, waardoor de activeringsenergie voor nucleofiele aanval door het alcohol wordt verlaagd. Dit is een nucleofiele additie, analoog aan de additie aan aldehyden en ketonen, waarbij de $\pi$-binding van de carbonylgroep wordt verbroken [35](#page=35) [36](#page=36). #### 5.6.2 Stap 2: Eliminatie van een watermolecuul Via een interne H+ transfer wordt een proton overgedragen naar de hydroxylgroep van de carboxylfunctie, waardoor deze een goede leaving group wordt (-OH2+). De C-OH2+ binding wordt verbroken met simultane vorming van de carbonyl $\pi$-binding en eliminatie van een watermolecuul. Het zuur wordt aan het einde geregenereerd [36](#page=36). > **Tip:** Merk op dat bij Fisher-verestering het zuurstofatoom van het watermolecuul afkomstig is van de hydroxylgroep van het carbonzuur, en de hydroxylgroep van de ester komt van het alcohol. Experimenteel bewijs voor dit mechanisme werd verkregen door de reactie uit te voeren met een radioactief gemerkt alcohol (met een 18O-isotoop). De radioactiviteit bleek alleen in de ester te worden aangetroffen, niet in het water, wat alternatieve mechanismen uitsluit [36](#page=36). $$ RCOOH + R^1\overset{18}{O}H \xrightarrow{H^+} RCO\overset{18}{O}R^1 + H_2O $$ (en NIET $RCOOH + R^1\overset{18}{O}H \rightarrow RCOOR^1 + \overset{18}{O}H_2$) --- # Fosforverbindingen: fosfo-esters, fosfo-anhydriden en hun relevantie Fosforverbindingen zijn essentieel voor energietransport, metabolismeactivatie en als energiebron in biologische systemen, met name door de vorming van fosfo-esters en fosfo-anhydriden. ### 6.1 Vormen van fosforzuur Fosforzuur, of $H_3PO_4$, is een meerbasisch zuur dat in verschillende ionisatietoestanden kan voorkomen afhankelijk van de pH. In de biologische pH-range (ongeveer 6.7 tot 7.4) komt het voornamelijk voor als de anionen $H_2PO_4^–$ en $HPO_4^{2–}$, die gezamenlijk worden aangeduid als $Pi$ (anorganisch fosfaat) [37](#page=37). Fosforzuurmoleculen kunnen onderling reageren via condensatie, waarbij een watermolecuul wordt afgesplitst en een fosfo-anhydride binding ontstaat. Dit leidt tot de vorming van pyrofosfaat (difosfaat), dat vierbasisch is. Verdere condensatie kan trifosfaat vormen, dat vijfbasisch is [38](#page=38). Pyrofosfaat en trifosfaat komen in het lichaam voor in geanioneerde vormen, vaak volledig geanioneerd of met één ongedissocieerde hydroxylgroep, afhankelijk van de pH. Deze fosfo-anhydriden zijn vergelijkbaar met zuuranhydriden, die gevormd worden uit twee carbonzuren met afsplitsing van water [38](#page=38) [39](#page=39). Net als zuuranhydriden, ondergaan fosfo-anhydriden hydrolyse bij reactie met water, waarbij fosfaatmoleculen worden vrijgesteld. De hydrolyse van difosfaat levert twee fosfaatgroepen, terwijl trifosfaat er drie oplevert [39](#page=39). ### 6.2 Esters van fosforzuur en alcoholen #### 6.2.1 Vorming van fosfaatesters: fosforyleringsreacties Orthofosfaatesters ontstaan door de reactie van fosforzuur met een alcohol, waarbij een fosfo-ester binding wordt gevormd en een watermolecuul vrijkomt. Net als bij de vorming van carbonzuur-esters, is de directe reactie tussen fosforzuur en alcoholen niet efficiënt. In plaats daarvan wordt gebruik gemaakt van reactievere fosfo-anhydriden, zoals pyrofosfaat of trifosfaat, om een fosfaatgroep te transfereren naar het alcohol. Dit proces wordt een fosforylering genoemd [39](#page=39) [40](#page=40). #### 6.2.2 Kenmerken van monofosfaat esters Monofosfaat esters zijn dibasische zuren en kunnen, net als fosforzuur, in verschillende geïoniseerde toestanden voorkomen. Bij de cellulaire pH komen ze voor als enkelvoudig en tweevoudig negatief geladen ionaire vormen (pKa 6.7). De ladingen op de fosfaatgroep verhogen de oplosbaarheid in water, wat verklaart waarom veel bio-organische moleculen worden gefosforyleerd om hun wateroplosbaarheid te vergroten. Monofosfaat esters spelen een cruciale rol in het energiemetabolisme, zoals bij de glycolyse, waar glucose meerdere keren wordt gefosforyleerd en gedefosforyleerd [40](#page=40). #### 6.2.3 Pyrofosfaat esters Naast orthofosfaat esters, komen pyrofosfaat esters veelvuldig voor in biochemische processen. Deze monoesters van pyrofosfaat bevatten dissocieerbare hydroxylgroepen, een esterfunctie en één of twee fosforzuur-anhydride functies. Bekende voorbeelden zijn adenosinedifosfaat (ADP) en adenosinetrifosfaat (ATP), die de belangrijkste energierijke moleculen in de cel zijn. ATP kan worden beschouwd als het fosforzuur-anhydride van ADP [41](#page=41). > **Tip:** ATP is de primaire energiedrager in cellen, verantwoordelijk voor vele cellulaire processen. ### 6.3 Biomedische relevantie van de fosfo-anhydride functie: als moleculaire opslagplaats van chemische energie De fosfo-anhydride binding kan gehydrolyseerd worden door reactie met water, waarbij energie vrijkomt. De hydrolyse van ADP naar AMP en een fosfaatgroep ($Pi$) genereert een aanzienlijke hoeveelheid energie [42](#page=42). > **Voorbeeld:** De hydrolyse van een 1 molaire oplossing van ADP in water bij 100°C en pH 1 leidt binnen 7 minuten tot AMP en $Pi$ [42](#page=42) [43](#page=43). In het lichaam verloopt deze hydrolyse echter zeer traag, voornamelijk door de lagere temperatuur en de licht alkalische pH, die de nucleofiele aanval van water bemoeilijkt. Bij deze pH is de pyrofosfaatgroep volledig gedissocieerd en sterk negatief geladen, wat elektrostatische afstoting veroorzaakt [43](#page=43). Ondanks de negatieve ladingen, is de anhydridebinding in de volledig gedissocieerde toestand reactiever dan in de niet-gedissocieerde toestand. De aanwezigheid van meerdere negatieve ladingen op de zuurstofatomen van beide fosforatomen zet de anhydridebinding onder spanning, waardoor deze gemakkelijker verbroken kan worden [43](#page=43). Bij cellulaire pH kunnen fosfo-anhydride bindingen worden beschouwd als een "chemische veer" die klaar staat om energie vrij te stellen [44](#page=44). > **Belangrijk:** De energie die is opgeslagen in de anhydridebinding kan in het lichaam alleen worden vrijgegeven met tussenkomst van een specifiek enzym [44](#page=44). Omdat er geen enzymen zijn die de reactie van water met pyrofosfaten katalyseren, kunnen energierijke fosfo-anhydride verbindingen bestaan in het waterrijke celmilieu. De energieafgifte is strikt gereguleerd door de aanwezigheid van geschikte enzymen, wat het metabolisme controleert [44](#page=44). ATP, met twee fosfo-anhydride bindingen, is de meest energierijke molecule in de cel en fungeert als het belangrijkste fosforyleringsreagens. Fosforylering van een verbinding maakt deze beter oplosbaar en reactiever. De hydrolyse van ATP naar ADP levert energie, waardoor ATP essentieel is voor alle processen die chemische energie vereisen, zoals spiercontractie [44](#page=44). --- # Decarboxylatie, hydroxycarbonzuren en aminocarbonzuren Dit onderwerp behandelt decarboxylatiereacties, de vorming van lactonen uit hydroxycarbonzuren, en de structuur en rol van aminocarbonzuren, zoals aminozuren, in de vorming van eiwitten en peptiden. ### 7.1 Decarboxylatiereacties Decarboxylatie is een reactie waarbij een carboxylgroep wordt geëlimineerd uit een molecuul, meestal in de vorm van koolstofdioxide (CO₂). Een klassiek voorbeeld is de ontbinding van malonzuur bij verhitting, waarbij azijnzuur en CO₂ ontstaan. Deze reactie wordt mogelijk gemaakt door een specifieke ruimtelijke rangschikking van atomen, die een geconcerteerd reactiemechanisme toelaat waarbij bindingen simultaan worden gebroken en gevormd. Na eliminatie ontstaat een enol-vorm die tautomeriseert naar de stabielere keto-vorm. Dit mechanisme treedt op wanneer een carbonylgroep zich op de -positie ten opzichte van de carbonzuurfunctie bevindt, wat betekent dat er een -ketocarbonzuurfragment aanwezig is. Een voorbeeld uit de biochemie is de decarboxylatie in de vierde stap van de citroenzuurcyclus, die enzymatisch wordt gekatalyseerd in plaats van door verhitting [45](#page=45). > **Tip:** Let op het verschil tussen thermische en enzymatische decarboxylatie, en de vereiste structurele kenmerken (zoals een -ketocarbonzuurfragment) voor spontane decarboxylatie. ### 7.2 Hydroxycarbonzuren Hydroxycarbonzuren bevatten zowel een carbonzuur- als een hydroxylgroep in hetzelfde molecuul. Enkele voorbeelden hiervan zijn melkzuur, citroenzuur, appelzuur en wijnsteenzuur. Melkzuur is een -hydroxycarbonzuur dat voorkomt in twee enantiomere vormen; de vorm in runderenmelk verschilt van de vorm die ontstaat bij anaerobe verbranding van suikers in spieren, vanwege verschillende biochemische transformatieprocessen. Citroenzuur, appelzuur en wijnsteenzuur zijn complexere verbindingen met meerdere carbonzuur- en hydroxylgroepen. Wijnsteenzuur was vroeger een component van druivensap en werd aangetroffen op de bodem van wijnflessen, maar wordt nu meestal verwijderd tijdens de wijnproductie; dit is ook de bron van commercieel wijnsteenzuur. Citroenzuur wordt gebruikt als voedingsadditief vanwege de antioxiderende eigenschappen, en er bestaat slechts één stereoisomeer van [46](#page=46). #### 7.2.1 Vorming van lactonen uit hydroxycarbonzuren De nabijheid van een hydroxyl- en een carbonzuurfunctie in hetzelfde molecuul maakt intramoleculaire of intermoleculaire verestering mogelijk, leidend tot de vorming van esters. Intramoleculaire verestering vindt plaats bij - en -hydroxycarbonzuren omdat dit leidt tot de vorming van energetisch gunstige vijf- of zesringen, zoals bij -hydroxyboterzuur. Dergelijke cyclische verbindingen met een esterfunctie in de ring worden lactonen genoemd. Hoewel -hydroxyzuren te klein zijn voor intramoleculaire reactie, kunnen ze wel zesringen (lactonen) vormen door dimerisatie, zoals glycolzuur. -hydroxyzuren vormen geen lactonen omdat intramoleculaire reactie een energetisch onwaarschijnlijke vierring zou opleveren, en intermoleculaire reactie een minder gunstige achtring zou vormen [47](#page=47). > **Tip:** Lactonen zijn cyclische esters. De grootte van de ring (aantal atomen) is cruciaal voor de stabiliteit en dus de waarschijnlijkheid van vorming. ### 7.3 Aminocarbonzuren Aminocarbonzuren omvatten de twintig natuurlijke aminozuren, die de bouwstenen van alle eiwitstructuren vormen. Dit zijn doorgaans -aminozuren, waarbij de carbonzuur- en aminofunctie aan hetzelfde koolstofatoom gebonden zijn. De algemene structuurformule voor -aminozuren is [47](#page=47): $$ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{R}{\underset{|}{\text{C}}}\text{H} - \text{COOH} \end{array} $$ Vanwege de aanwezigheid van zowel zure als basische functies kunnen aminozuren in verschillende ionisatietoestanden voorkomen, afhankelijk van de pH van de oplossing. Het verschil tussen aminozuren wordt bepaald door de aard van de R-groep op het -koolstofatoom. Met uitzondering van glycine (waar R een waterstofatoom is), zijn alle -aminozuren chirale verbindingen met twee mogelijke configuraties rond het -koolstofatoom. Net als bij suikers kan een D- of L-descriptor worden gebruikt om deze configuratie aan te duiden. Eiwitten bevatten uitsluitend L-aminozuren, die allemaal de S-configuratie hebben, behalve cysteine [48](#page=48). #### 7.3.1 Rol van -, -, etc.-aminocarbonzuren en lactamvorming Hoewel -, -, en andere aminocarbonzuren bestaan, worden ze niet gebruikt voor de vorming van eiwitten. Sommige spelen echter wel een rol bij de overdracht of inhibitie van zenuwprikkels, zoals -aminoboterzuur (GABA). Net zoals hydroxycarbonzuren cyclische esters (lactonen) kunnen vormen, kunnen aminocarbonzuren onderling reageren via de vorming van een amidebinding, resulterend in lineaire of cyclische structuren [49](#page=49). Cyclische structuren die ontstaan door de vorming van een amidebinding worden lactams genoemd, analoog aan lactonen. Een vierring lactam is bijvoorbeeld een onderdeel van de structuur van penicilline-antibiotica. De antibiotische werking van penicillines berust op de inhibitie van een enzym dat essentieel is voor de opbouw van de bacteriële celwand. Bacteriën die resistent zijn tegen penicillines beschikken vaak over -lactamasen, enzymen die de lactamring hydrolyseren, waardoor de vierring verloren gaat en de penicilline zijn specifieke ruimtelijke structuur en dus zijn remmende werking verliest [49](#page=49). > **Tip:** Onthoud de analogie tussen lactonen (cyclische esters) gevormd uit hydroxycarbonzuren en lactams (cyclische amides) gevormd uit aminocarbonzuren. De stabiliteit van de ringgrootte speelt ook hier een belangrijke rol. --- # Chemische eigenschappen van esters en amiden Dit gedeelte behandelt de hydrolyse van esters in verschillende milieus, de vorming van zeep, en de chemische eigenschappen van amiden, waaronder hun basisiteit en het karakter van de koolstof-stikstofbinding [50](#page=50). ### 8.1 Hydrolyse van esters Esters ondergaan hydrolyse in zowel zure als basische waterige milieus, waarbij de oorspronkelijke alcohol en carbonzuur worden gevormd [50](#page=50). #### 8.1.1 Zure hydrolyse In een zuur milieu treedt het zuur op als katalysator en is er sprake van een evenwichtsreactie. Het mechanisme is analoog aan de Fisher-verestering, maar dan gelezen vanaf het ester als uitgangspunt [50](#page=50). #### 8.1.2 Basische hydrolyse (verzeping) De hydrolyse van esters in een basisch milieu wordt verzeping of saponificatie genoemd. Hierbij worden sterke basen zoals natriumhydroxide (NaOH) of kaliumhydroxide (KOH) gebruikt, soms ook ammoniak (NH₃), wat resulteert in het overeenkomstige natrium-, kalium- of ammoniumzout van het carbonzuur. Als het carbonzuurzout een lange alkylketen bevat, ontstaat er een zeep [51](#page=51). Het mechanisme van de basische hydrolyse, geïllustreerd met NaOH, is een klassiek voorbeeld van een additie-eliminatie mechanisme [51](#page=51). > **Tip:** In tegenstelling tot zure hydrolyse, treedt de base (NaOH) hier op als reagens en niet als katalysator. Bovendien is de reactie in zijn geheel aflopend en geen evenwichtsreactie, omdat de laatste stap (de aanval op het carboxylaat-anion) niet omkeerbaar is [51](#page=51). ### 8.2 Esters in de samenleving Esters zijn belangrijke carbonzuurderivaten die in de natuur voorkomen als geur- en smaakstoffen, wassen, oliën en vetten. Ze spelen een cruciale rol in de waarneming van aroma's, die bestaan uit vluchtige componenten. Veel esters staan bekend om hun aangename, zoete geur en worden vaak geassocieerd met fruitaroma's [52](#page=52). #### 8.2.1 Voorbeelden van geur- en smaakstoffen | Ester | Karakteristieke geur | | :----------------- | :------------------- | | Ethylformiaat | Rum | | Isopropylformiaat | Frambozen | | Pentylacetaat | Bananen | | Isopentylacetaat | Peren | | Octylacetaat | Sinaasappelen | | Ethylbutyraat | Ananas | | Pentylbutyraat | Abrikozen | > **Voorbeeld:** Het aroma van ananas bestaat uit een complex mengsel van vluchtige verbindingen, waaronder esters zoals ethylbutyraat [53](#page=53). Industriële processen zoals vriesdrogen en invriezen helpen bij het behoud van geurstoffen in voedsel en cosmetica [53](#page=53). ### 8.3 Chemische eigenschappen van amiden Amiden zijn aanzienlijk minder basisch dan amines. Dit komt doordat het vrije elektronenpaar op het stikstofatoom in de amidegroep, door mesomerie met de carbonylgroep, gedeeltelijk gedelokaliseerd is [53](#page=53). In één van de grensstructuren van de mesomerie draagt het stikstofatoom een positieve lading, waardoor het minder geneigd is een waterstofion (H⁺) te binden. Hierdoor zijn amiden net zo zwakke basen als gewone alcoholen [53](#page=53). #### 8.3.1 Dubbelbindingskarakter van de C-N binding De mesomerie resulteert ook in een gedeeltelijk dubbelbindingskarakter tussen het carbonylkoolstofatoom en het stikstofatoom. Het draaien rond deze binding vereist energie om het dubbelbindingskarakter en de mesomere stabilisatie te verbreken. Hierdoor is er geen vrije draaibaarheid rond de C-N binding in amiden [54](#page=54). Amiden komen doorgaans voor in 'cis'- en 'trans'-vormen, die in elkaar kunnen overgaan als de activeringsenergie om de dubbele binding te breken niet te hoog is [54](#page=54). > **Tip:** Door dit dubbelbindingskarakter bevinden alle atomen die aan de carbonylkoolstof of het stikstofatoom gebonden zijn zich in hetzelfde vlak [54](#page=54). #### 8.3.2 Waterstofbruggen in amiden In tegenstelling tot esters, en net als carbonzuren, kunnen amiden onderlinge waterstofbruggen vormen waarbij één molecuul zowel als donor als acceptor kan optreden. Deze eigenschappen zijn van groot belang voor de structuur van eiwitten [54](#page=54). --- # Derivaten van koolzuur Dit onderwerp introduceert organische derivaten van koolzuur, waaronder ureum en verschillende carbonaten, en beschrijft hun synthese en de farmacologische eigenschappen van ureïde verbindingen zoals barbituraten. ### 10.12.1 Koolzuur en zijn organische derivaten Koolzuur ($H_2CO_3$) wordt beschouwd als een anorganische verbinding, maar kent verschillende organische derivaten. Het meest bekende is ureum ($H_2NCONH_2$), het diamine van koolzuur, dat als afbraakproduct van het aminozuurmetabolisme via de urine wordt afgescheiden. Een volwassene produceert dagelijks ongeveer 30 gram ureum. In tegenstelling tot koolzuur, dat instabiel is en ontbindt tot water en koolstofdioxide, is ureum een zeer stabiele verbinding [55](#page=55).  #### 10.12.1.1 Synthese van ureum Ureum kan niet rechtstreeks uit koolzuur gesynthetiseerd worden. De synthese verloopt via het overeenkomstige zuurchloride, fosgeen ($Cl_2CO$). Reactie van fosgeen met twee moleculen ammoniak ($NH_3$) levert ureum op [55](#page=55). $$ Cl_2CO + 2 NH_3 \rightarrow H_2NCONH_2 + 2 HCl $$ #### 10.12.1.2 Synthese van carbonaten Door reactie van fosgeen met alcoholen ($ROH$) ontstaat eerst een chloroformiaat, wat een ester is van chloormierenzuur en tegelijkertijd een ester en een zuurchloride is. Verdere reactie met een tweede molecuul alcohol resulteert in dialkylcarbonaten [55](#page=55). $$ Cl_2CO + ROH \rightarrow ClCOOR + HCl $$ $$ ClCOOR + ROH \rightarrow R-O-CO-O-R + HCl $$ Carbaminezuur ($H_2NCOOH$), het mono-amide van koolzuur en ammoniak, is niet stabiel en ontbindt tot koolstofdioxide en ammoniak. De esters van carbaminezuur, alkylcarbamaten, zijn wel bekend. Deze worden verkregen door een chloroformiaatester te behandelen met ammoniak [55](#page=55) [56](#page=56). $$ ClCOOR + NH_3 \rightarrow H_2NCOOR + HCl $$ ### 10.12.2 Ureïden en hun farmacologische eigenschappen Ureum kan geacyleerd worden, waarbij ureïden ontstaan [56](#page=56). $$ H_2NCONH_2 + 2 RCOCl \rightarrow RCONHCONHR + 2 HCl $$ Sommige ureïden vertonen sterke slaapverwekkende eigenschappen. De bekendste hiervan zijn de barbituraten, zoals veronal, luminal en phanodorm. Deze kunnen beschouwd worden als derivaten van barbituurzuur, dat zelf een cyclisch diureïde is waarin malonzuur herkend kan worden [56](#page=56).  > **Tip:** Barbituraten zijn verslavend en zijn ondertussen grotendeels vervangen door therapeutisch sterkere middelen met minder bijwerkingen [56](#page=56). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Radikaal | Een molecuul of atoom dat een ongepaard elektron bezit, wat het zeer reactief maakt. Radikalen ontstaan vaak door homolytische splitsing van een covalente binding. | | Homolytische splitsing | Een chemische reactie waarbij een covalente binding breekt, waarbij elk van de twee atomen die de binding vormden een van de twee elektronen van het oorspronkelijke elektronenpaar behoudt, wat resulteert in de vorming van twee radikalen. | | Thermolyse | Een chemische reactie die wordt geïnitieerd door warmte, waarbij moleculen worden afgebroken tot kleinere fragmenten, vaak inclusief radikalen. | | Octet-configuratie | De neiging van atomen, met name in de tweede periode, om acht valentie-elektronen te bezitten om zo een stabiele elektronenschil te bereiken, vergelijkbaar met edelgassen. | | Covalente binding | Een chemische binding die wordt gevormd door het delen van elektronenparen tussen twee atomen, waardoor een stabiele moleculaire structuur ontstaat. | | Alkanen | Verzadigde koolwaterstoffen die alleen enkele bindingen tussen koolstofatomen bevatten. Ze zijn over het algemeen weinig reactief. | | Paraffinen | Een oude naam voor alkanen, afgeleid van het Latijnse 'parum affinis', wat 'weinig affiniteit' betekent, verwijzend naar hun lage reactiviteit. | | Ultraviolet (UV) licht | Elektromagnetische straling met een golflengte korter dan zichtbaar licht, die voldoende energie kan leveren om chemische bindingen te breken en reacties, zoals de vorming van radikalen, te initiëren. | | Exotherme reactie | Een chemische reactie waarbij energie wordt vrijgegeven aan de omgeving, meestal in de vorm van warmte, wat leidt tot een daling van de temperatuur van het reactiesysteem. | | Ketenmechanisme | Een reactiemechanisme waarbij een reactieve intermediair, zoals een radikaal, een reeks cyclische reacties initieert die eindigen met de regeneratie van de intermediair, wat leidt tot de omzetting van grote hoeveelheden reagentia. | | Initiatiestap | De eerste stap in een ketenreactie, waarbij de initiële reactieve intermediair wordt gevormd, bijvoorbeeld door de splitsing van een molecuul door licht of warmte. | | Propagatiestap | De stappen in een ketenreactie waarbij de reactieve intermediair reageert met een substraat om een product te vormen en een nieuwe intermediair te regenereren, waardoor de kettingreactie wordt voortgezet. | | Substitutiereactie | Een chemische reactie waarbij een atoom of groep in een molecuul wordt vervangen door een ander atoom of groep. | | Concentratie | De hoeveelheid van een stof in een bepaald volume of massa, uitgedrukt in eenheden zoals mol per liter. | | Terminatiestap | De laatste stap in een ketenreactie, waarbij de reactieve intermediair wordt verbruikt zonder regeneratie, wat leidt tot het einde van de kettingreactie. | | Polychloorderivaten | Organische verbindingen die meerdere chlooratomen bevatten die aan een koolstofskelet zijn gebonden. | | Alkylhalogeniden | Organische verbindingen die een alkylgroep en een halogeenatoom bevatten, verbonden door een covalente binding. | | Onverzadigdheid | De aanwezigheid van dubbele of drievoudige bindingen tussen koolstofatomen in een organische verbinding, wat deze chemisch reactiever maakt dan verzadigde verbindingen. | | Polymerisatie | Een chemisch proces waarbij kleine moleculen, monomeren genaamd, zich herhaaldelijk aan elkaar binden om lange ketens of netwerken, polymeren genaamd, te vormen. | | Moleculaire gewichten | De som van de atoommassa's van alle atomen in een molecuul, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u). | | Carbokation | Een positief geladen ion dat een koolstofatoom met een positieve lading en een orbitaal dat een elektron mist bevat. | | Delokalisatie | De spreiding van elektronendichtheid over meerdere atomen of bindingen in een molecuul, wat leidt tot stabilisatie van het molecuul of de intermediair. | | Resonantie | Een concept in de chemie dat de stabilisatie van een molecuul of ion beschrijft door de delokalisatie van elektronen over meerdere atomen, weergegeven door meerdere Lewis-structuren die in werkelijkheid één enkele structuur vertegenwoordigen. | | Nucleofiel | Een chemische soort die een elektron paar kan doneren om een covalente binding te vormen. Nucleofielen reageren vaak met elektrofile centra. | | Elektrofilen | Een chemische soort die een elektron paar kan accepteren om een covalente binding te vormen. Elektrofilen reageren vaak met nucleofiele centra. | | Polarisatie | Een scheiding van elektrische lading binnen een molecuul, waardoor een gedeeltelijk positieve en een gedeeltelijk negatieve pool ontstaan. | | Carbonylgroep | Een functionele groep bestaande uit een koolstofatoom dat dubbel gebonden is aan een zuurstofatoom (C=O). Het is een kenmerk van aldehyden, ketonen, carbonzuren en hun derivaten. | | Additiereactie | Een chemische reactie waarbij twee of meer moleculen zich combineren tot een groter molecuul, vaak door toevoeging aan een dubbele of drievoudige binding. | | Geminaal diol (gem-diol) | Een molecuul waarin twee hydroxylgroepen (-OH) aan hetzelfde koolstofatoom zijn gebonden. | | Vicinaal diol (vic-diol) | Een molecuul waarin twee hydroxylgroepen (-OH) aan twee aangrenzende koolstofatomen zijn gebonden. | | Evenwichtsconstante (K) | Een maat voor de relatieve concentraties van producten en reactanten in een chemisch evenwicht. Een K > 1 geeft aan dat het evenwicht aan de productzijde ligt. | | Elektronduwende groepen (+I) | Chemische groepen die elektronendichtheid naar een ander deel van een molecuul verplaatsen, wat de positieve polarisatie op een naburig atoom kan verminderen. | | Katalysator | Een stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt zonder zelf verbruikt te worden in het proces. | | Zuur katalyse | Het gebruik van een zuur om de reactiesnelheid te verhogen, vaak door de polarisatie van een functionele groep te vergroten. | | Basische katalyse | Het gebruik van een base om de reactiesnelheid te verhogen, vaak door de vorming van een nucleofiele intermediair te bevorderen. | | Hydroxylion (OH-) | Een negatief geladen ion dat bestaat uit een zuurstofatoom en een waterstofatoom. Het is een sterke base en een goed nucleofiel. | | Alcoholaat anion | Een anion dat wordt gevormd wanneer een alcohol een proton verliest. Het is een sterke base. | | Hemiacetaal | Een organische verbinding die wordt gevormd door de reactie van een aldehyde of keton met één equivalent alcohol. Het bevat zowel een hydroxylgroep als een alkoxygroep gebonden aan hetzelfde koolstofatoom. | | Acetaal | Een organische verbinding die wordt gevormd door de reactie van een aldehyde of keton met twee equivalenten alcohol. Het bevat twee alkoxygroepen gebonden aan hetzelfde koolstofatoom. | | Hemiketal | Een organische verbinding die wordt gevormd door de reactie van een keton met één equivalent alcohol. Het bevat zowel een hydroxylgroep als een alkoxygroep gebonden aan hetzelfde koolstofatoom. | | Ketal | Een organische verbinding die wordt gevormd door de reactie van een keton met twee equivalenten alcohol. Het bevat twee alkoxygroepen gebonden aan hetzelfde koolstofatoom. | | Intermoleculair | Een reactie of interactie die plaatsvindt tussen verschillende moleculen. | | Intramoleculair | Een reactie of interactie die plaatsvindt binnen hetzelfde molecuul. | | Cyclisch molecuul | Een molecuul waarin een reeks atomen een gesloten ring vormt. | | Imines | Organische verbindingen die een koolstof-stikstof dubbele binding (C=N) bevatten. Ze worden gevormd door de reactie van aldehyden of ketonen met primaire amines. | | Schiffse Basen | Een synoniem voor imines, vooral wanneer ze worden gevormd uit de reactie van aldehyden of ketonen met primaire amines. | | Tautomerie | Een vorm van isomerie waarbij twee of meer verbindingen in snel evenwicht met elkaar staan, waarbij een atoom of groep (meestal een proton) snel van plaats verandert. | | Keto-enol tautomerie | Het evenwicht tussen een keton (of aldehyde) met een waterstofatoom op de alfa-koolstof en zijn enol-isomeer, dat een dubbele binding en een hydroxylgroep bevat. | | Enolaat anion | Een anion dat wordt gevormd wanneer een alfa-waterstofatoom van een carbonylverbinding wordt verwijderd. Het wordt gestabiliseerd door resonantie. | | Koolstofzuren | Een informele term voor koolstofatomen die voldoende zuur zijn om een proton te doneren, zoals de alfa-koolstofatomen in carbonylverbindingen die enolaten kunnen vormen. | | Aldolcondensatie | Een organische reactie waarbij twee moleculen van een aldehyde of keton, die ten minste één alfa-waterstofatoom bezitten, zich onder invloed van een base combineren om een bèta-hydroxycarbonylverbinding te vormen. | | -hydroxy-aldehyden | Aldehyden met een hydroxylgroep op het bèta-koolstofatoom (het derde koolstofatoom vanaf de carbonylgroep). | | -hydroxy-ketonen | Ketonen met een hydroxylgroep op het bèta-koolstofatoom. | | , onverzadigde aldehyden/ketonen | Aldehyden of ketonen met een dubbele binding tussen het alfa- en bèta-koolstofatoom, naast de carbonylgroep. | | Retro-aldol condensatie | De omgekeerde reactie van een aldolcondensatie, waarbij een bèta-hydroxycarbonylverbinding wordt gesplitst in twee carbonylmoleculen. | | Glycolyse | Het metabole proces waarbij glucose wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur, met energieproductie. | | Enamine | Een organische verbinding die een dubbele binding tussen een koolstofatoom en een stikstofatoom bevat, vergelijkbaar met een imine maar met een amine-substituent aan het stikstofatoom. | | Carbonzuur | Een organische verbinding die een carboxylgroep (-COOH) bevat. | | Carboxylaat | Het anion dat wordt gevormd wanneer een carbonzuur een proton verliest. | | Alkaan-carbonzuur | Een naamgevingsmethode voor carbonzuren waarbij het koolstofatoom van de carboxylgroep niet wordt meegeteld in de ketenlengte. | | Alkaanzuur | Een naamgevingsmethode voor carbonzuren waarbij het koolstofatoom van de carboxylgroep wel wordt meegeteld in de ketenlengte. | | Amiden | Organische verbindingen die een carbonylgroep en een aminogroep bevatten die aan hetzelfde koolstofatoom zijn gebonden (-CONR2). | | Esters | Organische verbindingen die worden gevormd door de reactie van een carbonzuur met een alcohol, waarbij de hydroxylgroep van het carbonzuur wordt vervangen door een alkoxygroep (-COOR). | | Thioesters | Organische verbindingen vergelijkbaar met esters, waarbij de zuurstof in de alkoxygroep is vervangen door een zwavelatoom (-COSR). | | Anhydriden | Organische verbindingen die worden gevormd door de condensatie van twee carbonzuurmoleculen met eliminatie van water. Ze hebben de algemene structuur R-CO-O-CO-R. | | Zuurchloriden | Organische verbindingen met de algemene formule R-CO-Cl, waarbij de hydroxylgroep van een carbonzuur is vervangen door een chlooratoom. | | Acylgroep | De groep R-CO-, afgeleid van een carbonzuur. | | Acylering | Een chemische reactie waarbij een acylgroep wordt overgedragen aan een ander molecuul. | | Vetzuren | Carbonzuren met lange, alifatische alkylketens. Ze kunnen verzadigd of onverzadigd zijn. | | Dicarbonzuren | Organische zuren die twee carboxylgroepen bevatten. | | Hydrolyse | Een chemische reactie waarbij een molecuul wordt gesplitst door de toevoeging van water. | | Verzeping (saponificatie) | De hydrolyse van esters in basisch milieu, waarbij een carbonzuurzout en een alcohol worden gevormd. | | Amfifiel | Een molecuul dat zowel hydrofiele (waterminnende) als hydrofobe (waterafstotende) delen bevat. | | Micellen | Aggregaten van amfifiele moleculen in een oplossing, waarbij de hydrofobe delen naar elkaar toe gericht zijn en de hydrofiele delen naar de waterige omgeving. | | Fisher-verestering | Een zuur-gekatalyseerde reactie tussen een carbonzuur en een alcohol om een ester en water te vormen. | | Le Châtelier principe | Een principe dat stelt dat als een systeem in evenwicht wordt blootgesteld aan een verandering in omstandigheden, het systeem zal verschuiven om die verandering tegen te gaan. | | Fosfo-esters | Organische verbindingen waarin een fosfaatgroep via een esterbinding is gekoppeld aan een alcohol. | | Fosfo-anhydriden | Verbindingen waarin twee fosfaatgroepen met elkaar verbonden zijn via een anhydridebinding. Ze spelen een sleutelrol in energietransport in cellen. | | Pyrofosfaat (difosfaat) | Een verbinding die twee orthofosfaatmoleculen bevat die met elkaar zijn verbonden door een zuurstofatoom. | | Trifosfaat | Een verbinding die drie fosfaatgroepen bevat, die met elkaar zijn verbonden via anhydridebindingen. | | Orthofosfaat (mono-fosfaat) | Het anion dat is afgeleid van fosforzuur (H3PO4) door het verlies van drie protonen. | | Fosforylering | Het proces waarbij een fosfaatgroep wordt aangebracht op een molecuul. | | Adenosinedifosfaat (ADP) | Een nucleotide dat een belangrijke rol speelt in het energiemetabolisme, bestaande uit adenosine en twee fosfaatgroepen verbonden door fosfo-anhydridebindingen. | | Adenosinetrifosfaat (ATP) | Een nucleotide die de belangrijkste energiedrager is in cellen. Het bestaat uit adenosine en drie fosfaatgroepen verbonden door fosfo-anhydridebindingen. | | Decarboxylatie | Een chemische reactie waarbij een carboxylgroep wordt verwijderd van een molecuul, meestal in de vorm van koolstofdioxide (CO2). | | -ketocarbonzuur | Een carbonzuur met een carbonylgroep op het bèta-koolstofatoom ten opzichte van de carboxylgroep. | | -hydroxyboterzuur | Een hydroxycarbonzuur met een hydroxylgroep op het gamma-koolstofatoom en een carboxylgroep. | | Lacton | Een cyclische ester die ontstaat door intramoleculaire verestering van een hydroxycarbonzuur. | | -aminozuren | Carbonzuren met een aminogroep op het alfa-koolstofatoom (het koolstofatoom naast de carboxylgroep). Ze zijn de bouwstenen van eiwitten. | | Lactam | Een cyclische amide die ontstaat door intramoleculaire vorming van een amidebinding. | | Peptidebinding | Een amidebinding die de aminozuureenheden in een polypeptide of eiwit verbindt. | | Polypeptide | Een lange keten van aminozuren die met elkaar zijn verbonden door peptidebindingen. | | Eiwit | Een macromolecuul bestaande uit één of meer polypeptideketens, die opgevouwen zijn tot een specifieke driedimensionale structuur en diverse biologische functies uitvoeren. | | Verzeping | Een basische hydrolyse van esters die leidt tot de vorming van een carbonzuurzout en een alcohol. | | Chloroformiaat | Een ester van chloormierenzuur, met de algemene formule Cl-CO-OR. Het bezit zowel een zuurchloride als een ester functionaliteit. | | Alkylcarbamaten | Esters van carbaminezuur (H2NCOOH), met de algemene formule R-NH-CO-OR'. | | Ureïden | Derivaten van ureum die gevormd worden door acylering. | | Barbituraten | Een klasse van sedatieve en hypnotische geneesmiddelen die structureel gerelateerd zijn aan barbituurzuur. | | Ureum | Een diamine van koolzuur (H2N-CO-NH2), een belangrijke afbraakproduct van eiwitmetabolisme. |