Baixe Reações de ácidos e seus derivados e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! CAPÍTULO 18 - REAÇÕES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E SEUS DERIVADOS Prostaglandinas: eiconanóides (possuem 20 C ), um anel de 5 C. Tem diversas funções no organismo, podem ser consideradas hormônios e a primeira foi isolada do semên..por isso o nome...prosta (próstata)....glandina (glândula). xílicos DR O OH O A se A oH 2-Methyl-|-butene 2-Butanone 2-Butanol Propanoic acid 31º€ 80ºC 99ºC I41ºC Ponto de ebulição à 1 atm Representação de interações eletrostáticas entre duas moléculas de ácido acético A constante de ionização dos ácidos carboxílicos (Ka) está na ordem de 10 -5 (pKa  5) Mapas do potencial eletrostático (a) ácido acético e (b) íon acetato 4 Introdução > O grupo carboxila (-CO,H) é o grupo característico de uma família de compostos chamada de compostos acilas ou derivados de ácidos carboxílicos Structure Name Structure Name O O b Acyl (or acid) chlorid b CyI (or aci chiorae Rº De RÉ NH, 0 o O Au é Acid anhydride A Amide R o >R' R NHR' o o dor E é ster Rº of RÉ DNR'R' R—C=N Nitrile Water Solubility (g 100 mL”! H,0), Structure Systematic Name Common Name mp (ºC) bp(ºC) 25ºC Pka HCO,H Methanoic acid Formic acid 8 100.5 oo 3.75 CHsCO,H Ethanoic acid Acetic acid 16.6 118 o 4.76 CH,CH,CO,H Propanoic acid Propionic acid 2] 141 o 4.87 CH((CH,)>CO,H Butanoic acid Butyric acid -=6 164 oo 4.81 CH«(CH;):CO,H Pentanoic acid Valeric acid —34 187 4.97 4.82 CHÁ(CH,)CO>H Hexanoic acid Caproic acid -—3 205 1.08 4.84 CH(CH,).CO,H Octanoic acid Caprylic acid 16 239 0.07 4.89 CHCH,)CO,H Decanoic acid Capric acid 31 269 0.015 4.84 CH(CH;),oCO,H Dodecanoic acid Lauric acid 44 17918 0.006 5.30 CH(CHo),5CO5H Tetradecanoic acid Myristic acid 59 2000 0.002 CH(CH,),4COsH Hexadecanoic acid Palmitic acid 63 2197 0.0007 6.46 CHa(CH5),6CO,H Octadecanoic acid Stearic acid 70 383 0.0003 CH.CICO,H Chloroethanoic acid Chloroacetic acid 63 189 Very soluble 2.86 CHCI,CO>H Dichloroethanoic acid Dichloroacetic acid 10.8 192 Very soluble 1.48 CCICO,H Trichloroethanoic acid Trichloroacetic acid 56.3 198 Very soluble 0.70 CHsCHCICO,H 2-Chloropropanoic acid a-Chloropropionic acid 186 Soluble 2.83 CH,CICH,CO,H 3-Chloropropanoic acid B-Chloropropionic acid 61 204 Soluble 3.98 CoHsCO,H Benzoic acid Benzoic acid 122 250 0.34 419 p-CHsCoH,CO,H 4-Methylbenzoic acid p-Toluic acid 180 275 0.03 4.36 p-CICGH,CO,H 4-Chlorobenzoic acid p-Chlorobenzoic acid 242 0.009 3.98 p-NO,CsH,CO,H 4-Nitrobenzoic acid p-Nitrobenzoic acid 242 0.03 3.41 COo,H 1-Naphthoic acid a-Naphthoic acid 160 300 Insoluble 3.70 2-Naphthoic acid B-Naphthoic acid 185 —300 Insoluble 447 e Ácidos Dicarboxílicos => Ácidos dicarboxílicos são nomeados como ácidos decanodióicos atravez do sistema IUPAC ? Nomes comuns são frequentemente usados para ácidos dicarboxílicos simples PK (at 25ºC) Structure Common Name mp (ºC) pk: PK; HO.C—CO,H Oxalic acid 189 dec 1.2 42 HOpCCH,CO,H Malonic acid 136 2.9 5.7 HO,C(CH,).CO,H Succinic acid 187 42 5.6 HO>C(CH,)aCO,H Glutaric acid se 43 54 HO-C(CH,)4CO,H Adipic acid 153 44 5.6 cis-HOpC—CH==CH—CO,H Maleic acid 131 1.9 6.1 trans-HO,C—CH=CH— COpH Fumaric acid 287 3.0 44 o co,H Phthalic acid 206-208 dec 2.9 5.4 Co Co,H Isophthalic acid 345-348 3.5 46 COo,H COM Terephthalicacid — Sublimes 3.5 48 COM => Ligação hidrogênio entre amidas nas proteinas e pepitídeos é um fator importante na determinação de sua forma 3-dimensional ligação hidrogênio Hydrogen bonding (red dots) Hydrogen bonding between amide groups of peptide between amide molecules chains. This interaction between chains (called a B sheet) is important to the structure of many proteins. e Nitrilas (são os cianeto orgânicos) > Nitrilas acíclicas são nomeadas pela adição do sufixo —nitrila ao nome do alcano ? Ao carbono nitrila é dada a posição 1 » Etanonitrila é usalmente chamada de acetonitrila E I 3 2 1 CH—C=N: CH=CH—CSN: Ethanenitrile Propenenitrile (acetonitrile) (acrylonitrile) Etanonitrila Propenonitrila (acetonitrila) (acrilonitirla) 1 Fig. (B) O = Hidrogênio “od = Ligação no Carbono O = Oxigênio Nitrogênio o É Canino = Fosfato Cytosine o 1.08 nm ? Haletos de alquilas primários podem reagir com íon cianeto para formar nitrilas e estas podem ser hidrolizadas para ácidos carboxílicos HocH,cH, ci NC, gocH,CHCN OO, gocH,CH,CO,H —————»s CHECA (80%) OCH,C (2) HO” OCH,CH,CO, 3-Hydroxy- (75-80%) | 3-Hydroxypropanoic propanenitrile acid "! + BrCH.CH,CH,Br > NCCH,CH,CH,CN > HO,CCH,CH.CH,CO,H Pentanenitrile Glutaric acid e Pela Carbonatação de Reagentes de Grignard R-MeX To To Lo Mg (D CO, CH, ns ci ET CH; dA “HO” o CH, CH, CH, tert-Butyl chloride 2,2-Dimethylpropanoic acid (79-80% overall) )Co, CH.CH,CH.CH,CI CH.CH,CH,CH,MgCI RR CH.CH,CH.CH,CO,H Butyl chloride Pentanoic acid (80% overall) Mg (1) CO, (Dear (Dre. (D) com Reagente de Grignard Benzoic acid a (85%) + Adição-Eliminação Nucleofílica no Carbono Acila > Relembre que aldeídos e cetonas sofrem adição nucleofílica na ligação dupla carbono-oxigênio ' 4 É Nu Nu Ro dos a O | €C—0, + Nu” — C—O «C—0—H + Nu: ne Ref R/ Aldehyde or R R ketone O Nucleophilic addition > O grupo carbonila de ácidos carboxílicos e seus derivados sofrem adição- eliminação nucleofílica ? O nucleófilo reage no grupo carbonila para formar um intermediário tetraédrico + O intermediário tetraédrico elimina um grupo abandonador (L) ? O grupo carbonila é regenerado; o efeito líquido é uma substituição acila Nu ne ma + HL L HL ) x An acyl compound 4" Another acyl Tetrahedral intermediate compound O DD Nucleophilic addition Elimination 15 > Para acontecer a adição-eliminação nucleofílica o composto acila deve ter um bom grupo abandonador ou um grupo que possa se converter em um bom grupo abandonador ? Cloretos de acilas reagem com perda do ion cloreto ? Anidridos reagem com perda de um íon carboxilato Specific Example o 105 o: DE sis Os / ias ne ci ic +:CE .“. a + Cr: H GC: H e Loss of the H chloride ion f as a leaving H,O | group » O: / R—C + H,O 7 Eae Qual é a origem desse oxigênio? (Podem, Do ácido benzóico ou do metanol? 1938 – Irving Roberts e Harold C. Urey da Universidade de Columbia. Bj | 0 aelao OH steps 1-3 steps ) teps | | teps 4-6 / CoHsC + CH;0H qi as CsH5€ + HO OH OH OCH; Benzoic acid - Methanol Tetrahedral Methyl Water intermediate benzoate Step 3: The oxonium ion formed in step 2 loses a proton to give the tetrahedral intermediate in its neutral form. This step concludes the first stage in the mechanism. :0H CH, FH, pa Ha CoHsC O: + 30: — CHC—OCH, + HQ: SAN | X :OH H H :O0H H Protonated form of Methanol Tetrahedral Methyloxonium tetrahedral intermediate intermediate ion Step 4: The second stage begins with protonation of the tetrahedral intermediate on one ofits hydroxyl oxygens. Corso —ACHs + HG Q: = Cotisr Actas + «0: :OH H +Q “ SEEN, H H Tetrahedral Methyloxonium Hydroxyl-protonated Methanol intermediate ion tetrahedral intermediate Step 5: This intermediate loses a molecule of water to give the protonated form of the ester. OH *0H H E / f a tê —— CoHsÇ E E: +d? :OCH; H LE, H H Hydroxyl-protonated tetrahedral intermediate Conjugate acid Water of methyl benzoate Step 6: Deprotonation of the species formed in step 5 gives the neutral form of the ester product. sitio PH SH CoHsC + 30: Ny N OCH, H Conjugate acid Methanol of methyl benzoate .. O: CH / mt — CoHsÇ + HO: OCH; H Methyl Methyloxonium benzoate ion 1. Ativação do grupo carbonila pela protonação do oxigênio carbonílico; 2. Adição nucleofílica na carbonila protonada para formar o intermediário tetraedral; 3. Eliminação a partir do intermediário tetraedral para restaurar o grupo carbonílico. e Reatividade Relativa de Compostos Acilas >A reatividade relativa de ácidos carboxílicos e seus derivados é a seguinte: o / / / / R—C >R—C >R—C >R—C » N R bº ci o OR' NH, E Ea O Acyl Acid Ester Amide chloride anhydride > Em geral, a reatividade pode ser relacionada com a habilidade do grupo abandonador (L) ir embora * Habilidade do grupo abandonador é inversamente relacionada com a basicidade » Cloreto é a base mais fraca e o melhor grupo de saída * Aminas são bases fortes e os piores grupos abandonadores > Como uma regra geral, os menos reativos compostos acilas podem ser sintetizados a partir dos mais reativos » Síntese dos derivados acilas mais reativos a partir dos menos reativos é difícil e requerem reagentes especiais (se for possivel) R C O OH + SOCl2 R C O Cl SO2 HCl+ + R C O OH 3 + PCl3 R C O Cl 3 + H3PO3 R C O OH + PCl5 R C O Cl + POCl3 + HCl R C O Cl R C O OR'R'OH, base NH3 NH4Cl R C O NH2 R'R"NH RR"NH2 +Cl- R C O NR'R" H2O R C O OH HO-/H2O R C O O- NaCl R C O O C R' O Na+-O C R' O H2O R C O OH HO-/H2O R C O O C R' O R' C O OH+ R C O O- R' C O O-+ HIDRÓLISE Amicirico de ácieo Catálise ácida . a + 'O O: HO: O: | | fast | | RCOCR + H* —> RCOCR Acid Proton Protonated form of anhydride acid anhydride Amielricio de ácicio Catáliso ácida R ade as R R Not step | .. fast, —H* | HO: - A CC OH a io HO Ç OH :O q O; :0 K A c—o: c=o: R / E / a R R Water Protonated form of Tetrahedral an acid anhydride intermediate ; fast ; fo “e fast / 6: HO—C—OH + Hf==HO— Go 03 = 2RC + EM % DO ma » C—0O C=0H x sa R R Two carboxylie Proton Tetrahedral acid molecules intermediate 4 Esteres e Síntese de Ésteres: Esterificação >» Reação catalisada por ácidos de álcoois e ácidos carboxílicos para formar ésteres é chamada esterificação Fischer > Esterificação Fischer é um processo de equilíbrio » Formação de éster é favorecida pelo uso de grande excesso tanto do ácido ou do ácido carboxílico » Formação de éster é também favorecida pela remoção de água O O Ê +R-—OH=> A + HO R” >oH Rº DOR' . í Í HA CH,COH + CH,CH,0H CH,COCH,CH, + H,O Acetic acid Ethanol Ethyl acetate O O CH.COH + CH,0H CH.COCH, + HO Benzoic acid Methanol Methyl benzoate 50 Esterificação com metanol marcado dá apenas um produto marcado no átomo de oxigênio ligado ao grupo metila ? Um mecanismo consistente com esta observação é mostrado a seguir | mo HA a CH.C--0H + CH,-*0-H — CH,C-POCH, + HO 1 > A reação reversa é a hidrólise de éster catalisada por ácidos » Hidróloise de éster é favorecida pelo uso de ácido aquoso diluido | | C + HO É2. LC + R'—OH > Ésteres a partir de Cloretos de Ácidos » Cloretos de ácidos reagem com álcoois na presença de base (e.g. piridina) para formar ésteres o: O / " -HCi / R—=C + RE 0=H mi Ci O—R' í 1 CHC—Cl + CH,CH,0H + (O) —> CH,;COCH,CH, + (O I- Benzoyl chloride N Ethyl benzoate £ (80%) E H General equation and specific example Il I | RCOCR + RIOH —» RCOR' + RCOH Acid Alcohol Ester Carboxylic anhydride acid CH30 CH30 14 í di CHsCOCCHa + europe CH>0CCHs Acetic m-Methoxybenzyl m-Methoxybenzyl anhydride alcohol acetate (99%) Lol 7 7 RCR' + R'COOH — RCOR' + R'COH Ketone Peroxy Ester Carboxylic acid acid í Í Hc] EL, cuco] Cyclopropyl Cyclopropyl methyl ketone acetate (53%) General equation and specific example | e , F 1. diethyl ether o 7 RCOR' + 2R"MgX 2 H50" Er + R'OH R” Ester Grignard Tertiary Alcohol reagent alcohol 7 1. diethyl qu ether [>—cocH,cHs ao 2CHsMgl = H07* Dec + CHsCH,0H CH; Ethyl Methylmagnesium 2-Cyclopropyl-2- Ethanol cyclopropanecarboxylate iodide propanol (93%) 7 , 1. LiAlHa ; RCOR' — HO RCH;0H + R'OH Ester Primary Alcohol alcohol o | 1. LiAlHa COCH>CHs “2H0” CH,0H + CHsCH,0H Ethyl benzoate Benzyl Ethyl alcohol (90%) alcohol General equation and specific example í í RCOR' + R$NH —> RCNR$ + R'OH Ester Amine Amide Alcohol o ú Ho | FCH>COCH>CH; + NH; —» FCH,CNH, + CH;CH,0H Ethyl Ammonia Fluoroacetamide Ethanol fluoroacetate (90%) í 7 RCOR' + HO — RCOH + R'OH Ester Water Carboxylic Alcohol acid OsN Os,N VAI VAI CocH, CoH + CH;0H Methyl m-Nitrobenzoic Methanol m-nitrobenzoate acid (90-96%) niaroliso por cataliso aeiaa mecanismo Step 3: Deprotonation of the oxonium ion to give the neutral form of the tetrahedral intermediate :O0H :OH Ré mo. — R6-BRi + E di 0+ H :0H H BS O H H Oxonium Water Tetrahedral Hydronium ion intermediate ion Step 4: Protonation of the tetrahedral intermediate at its alkoxy oxygen :0H :0H ' H H | m Pas | ER E / ROQR + HA —& Re + E Tetrahedral Hydronium Oxonium ion Water intermediate ion Step 5: Dissociation of the protonated form of the tetrahedral intermediate to an alcohol and the protonated form of the carboxylic acid ER 45H R' RL es rd + «0% | Na “ ou H OH H Oxonium ion Protonated form Alcohol of carboxylic acid Step 6: Deprotonation of the protonated carboxylic acid A, aa +O0H H O: H As / Rec7 a = Ref + HE dn OH ón H Protonated form Water Carboxylie Hydronium of carboxylic acid acid ion lola Protonation of carbonyl oxygen Protonation of alkoxy oxygen = .. ge. cm o / / / RC <— RC RC wa +. Nu COR OR' OR H Positive charge is delocalized. Positive charge is localized on a single oxygen. 1. NaOH, H$0. heat | | CH,;=CCOCH,; CH,=CCOH + CHOH 2. HsSO, ] cH, CH, Methyl 2-methylpropenoate 2-Methylpropenoie Methyl alcohol (methyl methacrylate) acid (87%) (methacrylic acid) ] Í CHy(CHy CO” OCH: cH, “Ao, rea, O O O | | | RPC + KOC(CH,).CH; + KOC(CH,), CH; + KOC(CH,).CHá OH Glycerol Potassium carboxylate salts CH;COCH,CH; + NaOH —> CH;CONa + CH;CH,0H Ethyl acetate Sodium Sodium acetate Ethanol hydroxide Í Rate = K[CH;COCH,CHs][NaOH] RC—O2R' “50H —» RC! +R'—OH Ester Hydroxide Carboxylate Alcohol ion ion O H O H | | EMC É OH CHC—O—C th; = CHsCOK + HO—C ethanol- water 4 CH; CH; (R)-(+)-1-Phenylethyl Potassium (R)-(+)-1-Phenylethyl acetate acetate alcohol (80% yield: same optical purity as ester) | 5- 5- | HO” + RCOR'— o —» RCOH + R'O7 O Hydroxide Ester Representation of Carboxylic Alkoxide ion transition state for acid ion concerted displacement 0 HO, OH 0 k + HO — Me = b + HO Ê 2 e) CHS >ocH,CH; CHS SoCH,CH; CHS” ocH,CH; Ethyl benzoate Water Tetrahedral Ethyl benzoate Water (labeled with O) intermediate (labeled with O) (Ss 3 Dito AS) x me sam lismo Step 1: Nucleophilic addition of hydroxide ion to the carbonyl group am O: = ço | pu HO: + RC = RC-OR E OR" : dg Hydroxide Ester Anionic form of ion tetrahedral intermediate Step 2: Proton transfer to anionic form of tetrahedral intermediate ppa DR REM + Hlomn = RE + “0H : OH :OH Anionic form of Water Tetrahedral Hydroxide tetrahedral intermediate intermediate ion Esteres Formação de amida Í Í HO CR + ES. Ri + CHOH CH, CH; Methyl 2-methylpropenoate Ammonia 2-Methylpropenamide Methyl alcohol (75%) Í Í hez FCH,COCH,CH; + (mm —, room > + CHECHEOH Ethyl fluoroacetate Cyclohexylamine N-Cyclohexyl- Ethyl alcohol fluoroacetamide (61%) Formação de amícda mecanismo Formation of tetrahedral intermediate :O :0: :0H 2 |. e RCOR' + NH; = RCOR' — RCOR' A es | *NH, :NH, Ester Ammonia Tetrahedral intermediate Dissociation of tetrahedral intermediate :0—H oO: [e / = RC—OR' — RC + R'OH | lga x - :NH, Ea Tetrahedral Amide Alcohol intermediate Í [ + 2R;NH + R'CCI —» R'CNR, + Ro5NH, CIT Amine Acyl chloride Amide Hydrochloride salt of amine 1 Í Í + 2R5NH + R'COCR' — R'CNR; + R5NH, OCR' Amine Acid anhydride Amide Carboxvylate salt of amine Preparação Í Í Í E he: RCOH + R$NH —> RCO” R5NH, >> RCNR$ + HO Carboxylic Amine Ammonium Amide Water acid carboxylate salt P. EX.: Í Í 225 € CoHsCOH + C5HASNH, —— CHs5CNHCHs + HO Benzoic acid Aniline N-Phenylbenzamide Water (80-84%) Preparação Í Í Í E he: RCOH + R$NH —> RCO” R5NH, >> RCNR$ + HO Carboxylic Amine Ammonium Amide Water acid carboxylate salt P. EX.: Í Í 225 € CoHsCOH + C5HASNH, —— CHs5CNHCHs + HO Benzoic acid Aniline N-Phenylbenzamide Water (80-84%) Preparação O: O: gana, + :o=cÃo: —s go Ms gr 31N * O E 31NT Bs e " No Ne -E Soa õ: o: NH, Ammonia Carbon dioxide Ammonium carbamate O: = o / | . HoN—CU — H,NCNH, + H,0: »— + O: NH, Ammonium carbamate Urea Water ie de rio da Protonation of carbonyl oxygen + .. OH OH Ge P R—C <—s R—C Ni Ne NH, NH, Most stable resonance forms of an O-protonated amide Protonation of amide nitrogen O: / R—C NE N—H 7 H H An acylammonium ion; the positive charge is localized on nitrogen Nes dela gia Step 1: Protonation of the carbony| oxygen of the amide 0: H :OH H pa a? / / RC + H—O: — RC + “0: Na W Nas Me NH, H NH, H Amide Hydronium ion Protonated form of amide Water Step 2: Nucleophilic addition of water to the protonated form of the amide H 20H "OH N y | mm jon + REU == RC-—NH, Se A de H NH, dg ZEN HH Water Protonated form of amide Oxonium ion Nes dela gia Step 3: Deprotonation of the oxonium ion to give the neutral form of the tetrahedral intermediate he ze H Na Ze RC—NH, + Oi = Ro—NEs =p Hoi +08 H :0H H AE -. H H Oxonium ion Water Tetrahedral Hydronium ion intermediate Step 4: Protonation of the tetrahedral intermediate at its amino nitrogen «4 / Z RE—NHo + HO6 = RE—NH, + «0% :O0H H :0H H Tetrahedral Hydronium ion Ammonium ion Water intermediate Hess de iso gia Step 3: Protonation of amino nitrogen of tetrahedral intermediate ar RR ROS Cem = = Er NH, + :0H : dm :0H Tetrahedral Water Ammonium Hydroxide intermediate ion ion Step 4: Dissociation of N-protonated form of tetrahedral intermediate E. É SP E O: / L NH, —s jo: + REL + NH; :0H H :0H Hydroxide Ammonium Water Carboxylic Ammonia ion ion acid (Annilelias Ness de Nie é Step 5: Irreversible formation of carboxylate anion O: O: H / ei / Z RC, + 0H — RE + OR He abs H Carboxylic acid Hydroxide ion Carboxylate ion Water (stronger acid) (stronger base) (weaker base) (weaker acid) Lo CH; N-Methylpyrrolidone (a polar aprotic solvent) | CoHsCH>CNH TIE /N ) ( Penicillin G Lactamas H e-Caprolactam (industrial chemical used to prepare a type of nylon) 7 CoHsCHENHA, NH» y O = CH; CO,H Cephalexin Representação do estado de transição da descarboxilação do ácido malônico Necidos Carbosxílicos Ceccaheniiack Cco,H gave H —— + CO, Co,H co, 1,1-Cyclobutanedicarboxylic acid Cyclobutanecarboxylic Carbon acid (74%) dioxide 150-160ºC É encom Ea É oncom + Co, 2-(2-Cyclopentenyl)malonic acid (2-Cyclopentenyl)acetic Carbon acid (06-99%) dioxide Necidos Carbosxílicos Ceccaheniiack 03 To or To PS Ps CEE Cy Ca HO CH, O R CH, O Bonding changes during Bonding changes during decarboxylation of malonic decarboxylation of a B-keto acid acid