Descarboxilación

La descarboxilación es una reacción química que elimina un grupo carboxilo y libera dióxido de carbono (CO₂ ₎ . Generalmente, la descarboxilación se refiere a la reacción de los ácidos carboxílicos , en la que se elimina un átomo de carbono de una cadena carbonada. El proceso inverso, que es el primer paso químico de la fotosíntesis , se denomina carboxilación , que consiste en la adición de CO₂ _a un compuesto. Las enzimas que catalizan las descarboxilaciones se llaman descarboxilasas o, de forma más formal, carboxilasas ( número EC 4.1.1).

El término "descarboxilación" generalmente significa la sustitución de un grupo carboxilo ( −C(O)OH ) por un átomo de hidrógeno :

RCO ₂ H → RH + CO ₂

La descarboxilación es una de las reacciones orgánicas más antiguas que se conocen. Se supone que es uno de los procesos que acompañan a la pirólisis y a la destilación destructiva .

En general, la descarboxilación depende de la estabilidad del sintón carbaniónico R ⁻, ^{[ 1 ] [ 2 ]} aunque el anión puede no ser un verdadero intermedio químico . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Típicamente, los ácidos carboxílicos se descarboxilan lentamente, pero los ácidos carboxílicos con un grupo α atractor de electrones (por ejemplo, β - cetoácidos , β - nitrilos, α - nitroácidos o ácidos arilcarboxílicos ) se descarboxilan fácilmente. La descarboxilación del clorodifluoroacetato de sodio genera difluorocarbeno :

CF ₂ ClCO ₂ Na → NaCl + CF ₂ + CO ₂ ^{[ 5 ]}

Las descarboxilaciones son importantes en la síntesis de ésteres malónicos y acetoacéticos . La condensación de Knoevenagel permite que los cetoácidos actúen como grupo protector estabilizador para los enoles de ácidos carboxílicos . ^{[ 6 ] [ 4 ]}

Para los ácidos libres, las condiciones que desprotonan el grupo carboxilo (posiblemente protonando el grupo atractor de electrones para formar un tautómero zwitteriónico ) aceleran la descarboxilación. ^{[ 7 ]} Una base fuerte es clave para la cetonización , en la que un par de ácidos carboxílicos se combinan para formar el grupo funcional epónimo : ^{[ 8 ] [ 3 ]}

Las sales de metales de transición , especialmente los compuestos de cobre , ^{[ 9 ]} facilitan la descarboxilación a través de intermedios de complejos de carboxilato . Los metales que catalizan reacciones de acoplamiento cruzado tratan así los carboxilatos de arilo como un sintón de anión arilo; esta estrategia sintética es la reacción de acoplamiento cruzado descarboxilativo . ^{[ 10 ]}

Al calentarse en ciclohexanona , los aminoácidos se descarboxilan. En la reacción de Hammick , relacionada con esta , la descarboxilación no catalizada de un ácido picolínico produce un carbeno estable que ataca a un electrófilo carbonílico .

Las descarboxilaciones oxidativas son generalmente reacciones de radicales libres. Entre ellas se incluyen la electrólisis de Kolbe y las reacciones de Hunsdiecker - Kochi . La descarboxilación de Barton es una descarboxilación reductiva de radicales libres poco común.

Como se describió anteriormente, la mayoría de las descarboxilaciones comienzan con un ácido carboxílico o su sal de metal alcalino, pero la descarboxilación de Krapcho comienza con ésteres metílicos . En este caso, la reacción comienza con la escisión del éster mediada por haluro , formando el carboxilato.

Las descarboxilaciones son omnipresentes en biología. A menudo se clasifican según los cofactores que catalizan las transformaciones. ^{[ 11 ]} Los procesos acoplados a biotina efectúan la descarboxilación de malonil-CoA a acetil-CoA . La tiamina (T:) es el componente activo para la descarboxilación de alfa-cetoácidos , incluido el piruvato:

T: + RC(O)CO ₂ H → T=C(OH)R + CO ₂

T=C(OH)R + R'COOH → T!  : + RC(O)CH(OH)R'

El fosfato de piridoxal promueve la descarboxilación de aminoácidos. Las descarboxilasas dependientes de flavina participan en las transformaciones de la cisteína. Las hidroxilasas basadas en hierro operan mediante la activación reductiva del _O₂ utilizando la descarboxilación del α-cetoglutarato como donador de electrones. La descarboxilación se puede representar de la siguiente manera:

RC(O)CO ₂ Fe O ₂ → RCO ₂ Fe{IV}=O + CO ₂

RCO ₂ Fe=O + R'H → RCO ₂ Fe + R'OH

Síntesis de ácidos grasos

La síntesis de ácidos grasos de cadena lineal se produce mediante reacciones recurrentes que implican la descarboxilación del malonil-CoA . ^{[ 12 ]}

Al calentarse, el ácido Δ9-tetrahidrocannabinólico se descarboxila para dar el compuesto psicoactivo Δ9- tetrahidrocannabinol . ^{[ 13 ]} Cuando el cannabis se calienta al vacío, la descarboxilación del ácido tetrahidrocannabinólico (THCA) parece seguir una cinética de primer orden . La fracción logarítmica de THCA presente disminuye constantemente con el tiempo, y la velocidad de disminución varía según la temperatura. En incrementos de 10 grados desde 100 a 140 °C, la mitad del THCA se consume en 30, 11, 6, 3 y 2 minutos; por lo tanto, la constante de velocidad sigue la ley de Arrhenius , que oscila entre 10 ⁻⁸ y 10 ⁻⁵ en una relación logarítmica lineal con la temperatura inversa. Sin embargo, el modelado de la descarboxilación del ácido salicílico con una molécula de agua había sugerido una barrera de activación de 150 kJ/mol para una sola molécula en disolvente, demasiado alta para la velocidad observada. Por lo tanto, se concluyó que esta reacción, llevada a cabo en fase sólida en material vegetal con una alta fracción de ácidos carboxílicos, sigue una cinética de pseudo primer orden en la que un ácido carboxílico cercano precipita sin afectar la constante de velocidad observada. Son posibles dos estados de transición correspondientes a rutas ceto-enólicas indirecta y directa, con energías de 93 y 104 kJ/mol. Ambos intermedios implican la protonación del carbono alfa , rompiendo uno de los dobles enlaces del anillo aromático y permitiendo que el grupo beta-ceto (que toma la forma de un enol en THCA y THC) participe en la descarboxilación. ^{[ 14 ]}

En bebidas almacenadas durante largos períodos, se pueden formar cantidades muy pequeñas de benceno a partir del ácido benzoico por descarboxilación catalizada por la presencia de ácido ascórbico . ^{[ 15 ]}

Se ha informado que la adición de cantidades catalíticas de ciclohexenona cataliza la descarboxilación de aminoácidos . ^{[ 16 ]} Sin embargo, el uso de dichos catalizadores también puede producir una cantidad de subproductos no deseados.