Ácidos e derivados

1. Ácidos e derivados

2. Introdução • O grupo funcional dos ácidos carboxilicos consiste no C=O com -OH ligado ao mesmo carbono. • Grupo carboxílico é normalmente escrito -COOH. • Ácidos alifáticos têm um grupo alquilo ligado ao -COOH. • Ácidos aromáticos têm um grupo arilo.

3. Estrutura do grupo carboxílico • Carbono tem uma hibridação sp2. • Ângulos de ligação próximos de 120. • O-H eclipsado com C=O, para obter sobreposição do orbital  com o orbital do par de electrões não partilhados do oxigénio. Estruturas de ressonância

4. Ácido acético, p.e. 118C Pontos de ebulição Pontos de ebulição superiores aos álcoois semelhantes, deve-se à formação do dímero.

5. Pontos de fusão • Ácidos alifáticos com mais de 8 carbonos são sólidos à temperatura ambiente. • Duplas ligações (especialmente cis) baixa o ponto de fusão. Caso de ácidos com 18-C : • Ácido estearico (saturado): 72C • Ácido oleico (uma ligação dupla cis): 16C • Ácido linoleico (duas ligações cis): -5C

6. Solubilidade • A solubilidade em água diminui com o aumento da cadeia hidrocarbonada. • Superior a 4 carbonos, ácido é não miscível com a água. • Mais solúvel em álcool. • Também solúvel em solventes não polares como o clorofórmio porque dissolve o dímero.

7. Acidez (comparação com álcool)

8. Estabilização por ressonância

9. pKa = 4.46 pKa = 4.19 pKa = 3.47 pKa = 3.41 pKa = 2.16 Efeitos do substituinte na acidez

10. Derivados de ácido • O grupo ligado ao carbono do acilo determina a classe do composto: • -OH, ácido carboxílico • -Cl, cloreto de ácido • -OR’, ester • -NH2, amida • Estes interconvertem-se via substituição nucleofílica do acilo.

11. Derivados de ácido • Todos são convertíveis em ácidos carboxílicos por hidrólise ácida ou básica. • Esteres e amidas são comuns na natureza.

12. Redução de ácidos carboxilicos

13. Redução a álcoois primários Usar agente redutor forte, LiAlH4.

14. Esterificação de Fisher: formação de ester • Ácido + álcool produz ester + água. • É necessário catalisador ácido para ocorrer a reacção, dado que o álcool é um nucleófilo fraco. • Todos os passos são reversíveis. • Reacção atinge o equilíbrio.

15. Mecanismo da reacção de Fischer (1) Protonação do carbonilo e ataque do álcool, que é um nucleófilo fraco.

16. Mecanismo de Fischer (2) Protonação do -OH e perda da água.

17. Síntese de Cloretos de ácido • Para sintetizar use o cloreto de tionilo.

19. Descarboxilação em b-cetoacidos

20. Derivados dos ácidos carboxilicos Cloretos de ácido Anidridos de ácido Esteres e Lactonas Amidas e Lactamas

21. Mais reactivos que ácidos; o halogénio retira a densidade electrónica do carbonilo. Duas moleculas de ácido reagem perdendo água e formando o anidrido. São mais reactivos que os ácidos mas menos que os cloretos de acilo. O ião carboxilico é o grupo abandonante nas reacções de substituição nucleofilica. Cloretos de ácido Anidridos de ácido Cloreto de benzoilo

22. Existem amidas 1ª, 2ª e 3ª. Produto da reacção entre ácido carboxilico e amónia ou amina. Não são básicas porque o par de electrões do azoto está deslocalizado por ressonância. Têm pontos de ebulição elevados que aumentam com o aumento das ligações N-H. Esteres Amidas Bond angles around N are close to 120.

23. Qual a reacção característica dos derivados de ácidos carboxilicos • É a adição do nucleófilo ao carbono do grupo carbonilo para formar um intermediário tetraédrico do carbono do carbonilo (TCAI). Acilsubstituiçãonucleofilica TCAI = tetrahedral carbonyl addition intermediate

24. Na reacçãogeralmostramos o nucleófilo e o grupoabandonantecomoaniões. Não é necessário, moleculasneutrascomo a água, álcoois, amónia, etc podem ser necleófilosemreacçõescatalisadasporácidos. • Gruposabandonantessãomostradoscomoaniõesparailustrarquequantomais fracas são as bases melhoressãocomogruposabandonantes.

25. Hidrólise: é a reacção química onde a ligação ou ligações na molécula é quebrada pela reacção com a água. A molécula de água é quebrada em H+ e OH-.

26. Hidrólise de cloretos de ácido e anidridos Hidrólise em cloretos de ácido ocorre rápidamente, e forma ácidos carboxilicos • Anidridos de ácido são menos reactivos que os cloretos de ácido. Os de baixo peso molecular reagem rápidamente com água para formar 2 moléculas de ácido carboxilico

27. Hidrólise de esteres Esterificação reversa de Fischer. Ocorre um equilibrio. Usar um grande excesso de água. Hidrólise de amidas • Requer condições mais vigorosas que os esteres • Produtos formados são ácido carboxilico + amina. • Usar um grande excesso de água.

28. Hidrolise de amidas É necessário aquecimento prolongado em HCl 6 M solução aquosa de NaOH 40%.

29. Como os derivados de ácidos carboxilicos reagem com álcoois?

30. Síntese de esters apartir de cloretos de ácido • Cloretos de aciloreagem com álcooisparadaresteres com rendimento. • Mecanismo é adiçãonucleofílicado álcoolaocarbonilo e o iãocloretoabandona a moléculadepoisocorre a desprotonação.

31. Como os derivados de ácidos carboxilicos reagem com aminas e amónia?

32. Síntese de amidas apartir de cloretos de acilo • Cloretos de aciloreage com amónia e aminasparaformaramidas. • A base (NaOHoupiridina) é adicionadapara remover o HClcomoprodutosecundário.

33. Síntese de amidas apartir de ácidos • Amina (base) remove o protão do ácidocarboxilicoparaformar o sal. • Aquecer o salacima de 100ºC origina a amida.

34. Interconversão de Derivados de ácido

35. Cloretos de acilosãoosderivadoscarboxilicosmaisreactivosemtermos de substituiçãonucleofilica no acilo e as amidassão as menosreactivas

36. Interconversão de Derivados Maisreactivospodem ser convertidosaosderivadosmenosreactivos

37. Cloreto de ácido a anidrido Ácidoouiãocarboxilatoataca o C=O. Forma-se o intermediáriotetrahedrico O iãocloreto é o grupoabandonante, o C=O é formado, H+ é abstraído.

38. Cloreto de ácido a ester Álcoolataca a ligação C=O. Forma-se o intermediáriotetrahedrico. O iãocloretoabandonan, C=O é restabelecido, H+ é abstraido.

39. Cloreto de ácido a amida Amónia forma umaamida 1 A amina 1 forma a 2 A amina 2 forma a 3

40. Anidrido a ester

41. Anidrido a amida

42. Ester a amida Nucleófilo tem que ser NH3ouamina1. Aquecimentoprolongado Surprise! =>

43. Leaving Groups Base forte normalmentenunca é um grupoabandonanteanão ser queseja um passoexotérmico

44. Transesterification One alkoxy group can be replaced by another with acid or base catalyst. Use large excess of preferred alcohol. =>

45. Redução

46. Redução a álcoois Hidreto de aluminio e litioreduzácidos, cloretos de ácido, e esteres a álcooisprimários

47. Reducão a aldeidos Cloretos de ácidoreagem com agenteredutorfraco, a aldeido. =>

48. Redução a aminas Hidreto de aluminio e litioreduzamidas e nitrilos a aminas. Nitrilos e amidas 1 amides reduzem a aminas 1. Amidas 2 amide reduzem a aminas2 . Amidas3 reduzem a aminas3.

49. Reacção entre Esteres e Reagentes de Grignard

50. ReagentesOrganometalicos Reagentes de Grignard reagentesorganolitioadicionamemduplicado a esteres e cloretos de ácidoparadarálcooisdepois de protonados. =>