reações de ácidos carboxílicos e derivados

DQOI - UFC Prof. Nunes

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II

Reações de Reações de Ácidos CarboxílicosÁcidos Carboxílicose e DerivadosDerivados

Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]

e e DerivadosDerivados

Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]


Os ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos são compostos com uma porção –COOH.

Estes compostos são abundantes na natureza, onde eles sãoresponsáveis por alguns familiares odores.

Ácidos CarboxílicosÁcidos Carboxílicos


As características estruturais do grupo carboxila são mais aparentes noácido fórmico.

Ácidos Carboxílicos - EstruturaÁcidos Carboxílicos - Estrutura

planar

Adicionalmente, a hibridação sp2 do oxigênio da hidroxila permite queum de seus pares de elétrons seja deslocalizado através do “overlap”com o sistema do grupo carbonila.

planar


Os ácidos carboxílicos reagem com alcoóis e formam ésteres por uma

reação conhecida como esterificação.

Reações de Ác. Carboxílicos - EsterificaçãoReações de Ác. Carboxílicos - Esterificação

Tais reações são catalisadas por ácidos ou através da remoção da água

formada no meio reacional.


O

OH

HO..

..

O-

OH

OH

..

..

..

..

: +

Mecanismo da EsterificaçãoMecanismo da Esterificação

~ H+

O-

O

O H

H

..

:

+

:

O

O

+ HOH


HO

O

HO

O

HO

O

OH

OH

OH

glicerolglicerol ácido graxo (palmítico)ácido graxo (palmítico)

Síntese de Ésteres - EsterificaçãoSíntese de Ésteres - Esterificação

O

O

O

O

O

O

+ 3 HOH

glicerolglicerol ácido graxo (palmítico)ácido graxo (palmítico)

triacilgliceróistriacilgliceróis (óleos e gorduras)(óleos e gorduras)


Os ácidos carboxílicos cujas moléculas têm um grupo hidroxila num

carbono g ou sofrem esterificação intramolecular e dão ésteres cíclicos

conhecidos com g ou –lactonas.

Síntese de Ésteres Cíclicos - LactonasSíntese de Ésteres Cíclicos - Lactonas


Lactonas NaturaisLactonas Naturais


HO

O

OH..

..a

b

O

O-

H

OH

a

b

..+

..

..

..

..

Mecanismo de LactonizaçãoMecanismo de Lactonização

O mecanismo da esterificação intramolecular é idêntico ao mecanismo

da esterificação intermolecular.

O

O

lactona

a

b

~ H+

O

O-

OH

H

a

b

..

..

:

+

- H2O


Reações em que se esperariam obter hidroxiácidos, frequentemente

levam à formação de lactonas, se sistemas com 5 ou 6 puderem ser

formados:


- H2O


Escreva a estrutura do hidroxiácido correpondente que levou à formação

de cada uma das lactonas abaixo:


- H2O


A introdução de um halogênio no carbono-a de um ácido carboxílico

requer um conjunto de condições reacionais.

A bromação, por exemplo, envolve o tratamento do ácido carboxílico

com bromo, na presença de uma pequena quantidade de PCl3 como um

catalisador.

a-Halogenação de Ácidos Carboxílicosa-Halogenação de Ácidos Carboxílicos


Este método de bromação de ácidos carboxílicos é chamado de reaçãoHell–Volhard– Zelinsky.

Às vezes, a reação é realizada utilizando-se pequenas quantidades de

fósforo como catalisador ao invés de PCl3.



Um método padrão para a preparação de um a-aminoácido utiliza ácidosa-bromocarboxílicos como substrato e amônia aquosa como nucleófilo.



Ácidos a-iodo carboxílicos não são normalmente preparados pelaiodação direta de ácidos carboxílicos sob as condições da reação deHell–Volhard–Zelinsky.

Mostre como você converteria o ácido octadecanóico em seu derivado2-iodo por uma sequência eficiente de reações.

ExercícioExercício


A perda de uma molécula de CO2 a partir de uma molécula de ácidocarboxílico é conhecido como descarboxilação.

A descarboxilação de um ácido carboxílico simples ocorre grandedificuldade.

Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados


dificuldade.

Compostos que sofrem descarboxilação térmica incluem aquelesrelacionados com o ácido malônico.


É importante observar que somente um grupo carboxila é perdido nesteprocesso.



No mecanismo abaixo, podemos ver a assistência que uma carboxila dáà outra para sua saída.


No mecanismo abaixo, podemos ver a assistência que uma carboxila dáà outra para sua saída.




Os prótons ligados no C2 do ácido malônico não estão diretamenteenvolvidos no processo e, então, podem ser substituídos por outrossubstituintes sem muito efeito na facilidade de descarboxilação.



2

2


Escreva a estruturas os produtos formados a partir da descarboxilaçãode cada um dos ácidos carboxílicos que seguem:




Observe que o grupo carboxila que fica para trás durante adescarboxilação do ácido malônico tem uma função hidroxila que nãoestá diretamente envolvida no processo.

Compostos que têm substituintes outros sofrem descarboxilaçõesanálogas.



análogas.


Os compostos que mais frequentemente sofrem este tipo de reação sãoos b-cetoácidos, em que o carbono b é uma função carbonila.

A descarboxilação de b-cetoácidos leva à formação de cetonas.



b

b


Mostre as mudanças das ligações que ocorrem, e a estrutura dointermediário formado na descarboxilação térmica do seguintecomposto:

ExercícioExercício


Os ácidos carboxílicos sãosão reduzidosreduzidos a alcoóis por meio de tratamento comhidretohidreto dede alumínioalumínio ee lítiolítio (LiAlH4 ≡ LAH).

Redução de Ácidos CarboxílicosRedução de Ácidos Carboxílicos

A primeira etapa do provável mecanismo é uma transferência de prótons,porque o LAH não é apenas um potente nucleófilo, mas também podefunciona como uma base forte, formando um íon carboxilato.


Existem várias possibilidades para o resto do mecanismo. Uma possibilidadeenvolve uma reação do íon carboxilato com AIH3, seguido de eliminação demodo a formar um aldeídoaldeído:


Sob estas condições, o aldeídoaldeído não pode ser isolado. Em vez disso, é aindaatacados pelo LAHLAH para formar um alcóxido que é, então, protonado quandoH3O

+ é adicionado ao fraco reacional.


Um método alternativo para reduzir ácidos carboxílicos envolve a utilizaçãode borano (BH3).

A reduçãoredução comcom boranoborano é muitas vezes preferível à redução com LAHLAH, porque


A reduçãoredução comcom boranoborano é muitas vezes preferível à redução com LAHLAH, porqueo borano reagereage seletivamenteseletivamente comcom umum grupogrupo ácidoácido carboxílicocarboxílico nana presençapresençadede umum outrooutro grupogrupo carbonilílicocarbonilílico.

Como um exemplo, se a reação seguinte fosse realizada com LAHLAH em vez deboranoborano, ambos os grupos carbonilícos seriam reduzidos.


Identifique os reagentes que você usaria para realizar cada uma dasseguintes transformações:

ExercíciosExercícios


Os ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos também sofrem muitas reações que não implicamem uma mudança em seu estado de oxidação.

Derivados de Ác. CarboxílicosDerivados de Ác. Carboxílicos

A substituição do grupo OHOH por um grupo diferente (Z)(Z) não envolve umamudança no estado de oxidação, se ZZ é um heteroátomo (Cl, S, N, etc.).

Os compostos deste tipo são chamados de derivadosderivados dodo ácidoácidocarboxílicocarboxílico. Os quatro mais comuns são mostrados abaixo:


Note que em cada caso existe um átomoátomo dede carbonocarbono (destacado emverde) com três ligados aos heteroátomos.


verde) com três ligados aos heteroátomos.

Como resultado, cada um dos átomos de carbono tem o mesmo estadode oxidação que o átomo de carbono de um ácido carboxílico.

Apesar de todos estes derivados apresentarem um grupo carbonila, aapresençapresença dada carbonilacarbonila nãonão éé umum requisitorequisito necessárionecessário parapara sese qualificarqualificarcomocomo umum derivadoderivado dede ácidoácido carboxílicocarboxílico.


Os derivadosderivados dede ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos são assim chamados, pois todos

podem ser convertidos em ácidos carboxílicos por hidrólise. Sendo

assim, a nitrilanitrila também é considerada um derivadoderivado dede ácidoácido carboxílicocarboxílico.

O

OR..

..

O

O

O

..

..


O

NR

R

..

O.. O

..

O

Cl..

..:

O

OH

HOH HOH

HOHHOH

R C N

HOH


Excetuando-se as nitrilas, todos os outros derivados de ácidos

carboxílicos têm estruturasestruturas muitomuito similaressimilares, fato este que faz com que

estas funções orgânicas tenham reatividadesreatividades semelhantessemelhantes.

Caracterizam-se pela presença de um grupo acila ligado a um grupo S

que será substituído nas reações de substituição do grupo acila.

Análise EstruturalAnálise Estrutural

R

O

S

S = Cl (cloreto de acila) = OR (éster) = OCOR (anidrido) = NR2 (amida)

grupoacila


Análise EstruturalAnálise Estrutural


Um importante fator estrutural dos derivadosderivados dede ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos é que o

átomo ligado ao grupo acila carrega um parpar dede elétronselétrons desemparelhadodesemparelhado que

é capazcapaz dede interagirinteragir comcom oo sistemasistema do grupo carbonila.

Esta deslocalização de elétrons pode ser representada em formasformas dede

ressonânciaressonância:

Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade


Em comum com outros grupos funcionais que possuem grupos carbonil,

ácidos carboxílicos e derivados têm um arranjo planar de ligações de seus

grupos carbonila.

O

NR..

O

OR..

O

O

O

..

O

Cl..

:


O

NR

R

..

O

OR..

..

O

O

O

..

..

O

Cl..

..:

-

+

-

+

-

+

-

+

N

RO

R..

..O..

..Cl..

..:


Os elétronselétrons deslocalizadosdeslocalizados a partir do substituinte estabilizam o grupo

carbonila e diminuem seu caráter eletrofílico.

O-

+


R X+

A extensão desta deslocalização de elétrons depende das propriedadesdoadoras do substituinte.

Geralmente, quanto menos eletronegativo for X, melhor grupo doador eleserá.


A estabilização por ressonância em cloretos de acila não épronunciada como em outros derivados de ácidoscarboxílicos.


Devido ao fato da ligação C-Cl ser muito longo (180 pm), a interação entre oorbital 3p do cloro e o orbital da carbonila, a doação de elétrons é menosefetiva.

Isto torna a carbonila mais eletrofílica, susceptível ao ataque de nucleófilos.


Os anidridos de ácido são mais estabilizados pordeslocalização de elétrons do que os cloretos de acila.

O par de elétrons isolado do oxigênio são deslocalizadosde forma mais eficaz para o grupo carbonila.


A ressonância envolve dois grupos carbonila de umanidrido de ácido.


O grupo carbonila de um éster é mais estabilizado do que ade um anidrido.

Como os dois grupos acila de um anidrido “disputam” opar solitário de oxigênio, cada carbonila é estabilizadamenos do que o única carbonila de um éster.



Os ésteres são estabilizados por ressonância da mesmaforma que os ácidos carboxílicos, mas não tanto comoamidas.

Nas amidas, o nitrogênio é menos eletronegativo que ooxigênio e, portanto, é um melhor doador de par deelétrons.


elétrons.


Um exemplo extremo de estabilização grupo carbonila évisto em ânions carboxilato:


O substituinte do oxigênio com carga negativa é um forte doador de elétronspara o grupo carbonila.

A ressonância em ânions carboxilato é mais eficaz do que a ressonância emácidos carboxílicos, cloretos de acila, anidridos, ésteres e amidas.


A tabela a seguir, sumariza os efeitosefeitos estabilizadoresestabilizadores dedegruposgrupos substituintessubstituintes na carbonila à qual estão ligados.



Como sintetizar os derivados

O

OR..

..

O

O

O

..

..

??

Síntese dos DerivadosSíntese dos Derivados

Como podemos preparar derivados de ácidos carboxílicos?

O

NR

R

..

O

Cl..

..:

O

OH

?

??

?



Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila

A reatividade dos derivados de ácido carboxílico é semelhante à reatividadedos aldeídos e cetonas de uma certa forma.

Em ambos os casos, o grupogrupo carbonilacarbonila éé eletrofílicoeletrofílico e sujeito ao ataqueataque porporumum nucleófilonucleófilo.

Em ambos os casos, as mesmas regras e princípios regem as transferênciasde prótons que acompanham as reações.




No entanto, existe uma diferençadiferença fundamentalfundamental entre derivadosderivados dede ácidosácidoscarboxílicoscarboxílicos e os aldeídos/cetonasaldeídos/cetonas.

Especificamente, os derivadosderivados dede ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos possuempossuem umumheteroátomoheteroátomo queque podepode funcionarfuncionar comocomo umum grupogrupo dede saídasaída, enquanto osaldeídos e cetonas não.




Quando um derivadoderivado dede ácidoácido carboxílicocarboxílico sofre um ataqueataque nucleófilonucleófilo, podeQuando um derivadoderivado dede ácidoácido carboxílicocarboxílico sofre um ataqueataque nucleófilonucleófilo, podeocorrer uma reação na qual o nucleófilo substitui o grupo abandonador.

Este tipo de reação é chamado de substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica nono grupogrupo acilaacila.




O mecanismo da reação de substituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica nono grupogrupo acilaacila pode servisualizado abaixo:




Na primeira etapa, um nucleófilo ataca a carbonila, formando umintermediário tetraédrico (alcóxido).

Na segunda etapa, o grupo carbonila é refeito através da perda de um grupode saída.

A restauração da ligação dupla (C=O) é uma poderosa força motriz.

ÍonsÍons hidretohidreto (H(H--)) e CarbânionsCarbânions (C(C--)) não são bons grupos abandonadores, demodo que este tipo de reação não é observado para cetonas ou aldeídos.




Vamos analisar um exemplo específico de uma substituição nucleofílica nogrupo acila, para que possamos ver como a regra se aplica.

Consideremos a seguinte transformação:

Nesta reação, um cloretocloreto dede acilaacila é convertido num ésteréster. O mecanismomecanismo destatransformação, tem dois passos. No primeiro passo, o metóxido funcionacomo um nucleófilo e ataca o grupo carbonila, formando um intermediáriotetraédrico:




Para que a carbonila seja restaurada, um grupo abandonador deve sair,lemrbadno que hidretos (H-) e carbânions (C-) são péssimos gruposabandonadores.abandonadores.

Portanto, restam apenas duas opções:- eliminareliminar oo metóxidometóxido ee obterobter oo produtoproduto dede partidapartida, ou- eliminareliminar oo cloretocloreto ee obterobter oo ésteréster.




A grande maioria das reações de substituição nucleofílica no grupo acilaexibirão as duas etapas principais: ataqueataque nucleofíliconucleofílico e perdaperda dede umum grupogrupodede saídasaída para restaurar a carbonila.

Mas muitos dos mecanismos de reação também exibirão a transferência deprótons.

A fim de chamar cada mecanismo de forma adequada, é necessário conheceraqueles que ocorrem as transferências de prótons.




A regra a seguir nos guiará para decidir se deve ou não empregamtransferências de prótons em um mecanismo especial:

Em condiçõescondições ácidasácidas, evite a formação de carga negativa.

Em condiçõescondições alcalinasalcalinas (condições fortemente básicas, tais como hidróxidoou metóxido), evite a formação de carga positiva.

Esta regra determina que todostodos osos participantesparticipantes dede umauma reaçãoreação (reagentes,Esta regra determina que todostodos osos participantesparticipantes dede umauma reaçãoreação (reagentes,intermediários e grupos abandonadores) devemdevem serser compatíveiscompatíveis comcom asascondiçõescondições empregadasempregadas.

Como um exemplo, considere o seguinte reação:




Nesta reação, um ésteréster é convertido num ácidoácido carboxílicocarboxílico em condiçõescondiçõescatalisadascatalisadas porpor ácidoácido.

O nucleófilo, neste caso, é a água (H O). No entanto, a primeira etapa doO nucleófilo, neste caso, é a água (H2O). No entanto, a primeira etapa domecanismo não pode simplesmente ser um ataque nucleófilo.




OO queque estáestá erradoerrado comcom esteeste passo?passo?

O intermediáriointermediário tetraédricotetraédrico apresenta umauma cargacarga negativanegativa, que não écompatível com as condições ácidas.

O diagrama de energia ilustra uma grande energia de ativação (Ea) para estaetapa.



Para evitar a formação de uma carga negativa, oo catalisadorcatalisador ácidoácido éé utilizadoutilizadopelapela primeiraprimeira vezvez parapara protonarprotonar aa carbonilacarbonila (tal como vimos no capítuloanterior com cetonas e aldeídos).

Uma carbonilacarbonila protonadaprotonada é significativamente maismais eletrofílicaeletrofílica e, agora,quando os ataques de água, nenhumanenhuma cargacarga negativanegativa éé formadaformada.



Como pode ser visto no diagrama de energia, aa energiaenergia dede ativaçãoativação ((EaEa)) ééagoraagora muitomuito menormenor, porque os reagentes já são ricos em energia e nenhumanenhumacargacarga negativanegativa estáestá sendosendo formadoformado.cargacarga negativanegativa estáestá sendosendo formadoformado.



A regra sobre como evitarevitar cargascargas negativasnegativas éé aplicadaaplicada somentesomente ememcondiçõescondições ácidasácidas.

A história é diferente em condições básicas. Considere o que acontecequando um ésteréster éé tratadotratado comcom oo íoníon hidróxidohidróxido.

Nesse caso, a carbonilacarbonila nãonão éé protonadaprotonada antes do ataque nucleofílico.



Sob condiçõescondições básicasbásicas, o hidróxido ataca a carbonila diretamente para darum intermediário tetraédrico.

O diagrama de energia mostra que a energia ativação (Ea) não é muitogrande, porque uma carga negativa está presente em ambos os reagentes eo intermediário.

Em outras palavras, uma carga negativa não está sendo formada, mas estáestásendosendo meramentemeramente transferidatransferida dede umum locallocal parapara outrooutro.



Quando se utiliza uma aminaamina comocomo nucleófilo,nucleófilo, oo ataqueataque àà carbonilacarbonila ocorreocorrediretamentediretamente sem a protonação prévia da carbonila.


Como podemos interconvertê-los?

O

OR..

..

O

O

O

..

..

O

?

??

?

Síntese dos DerivadosSíntese dos Derivados

O

NR

R

..

O

Cl..

..:

OH?

?

?

?

?

Regra: um derivado só pode ser convertido em outro menos reativo.


Como os cloretos de acila são os mais reativos entre os derivados dos

ácidos, temos que usar reagentes especiais para prepará-los.

Os mais utilizados são o SOCl2 (cloreto de tionila) e o PCl5 (pentacloreto de

fósforo).

Síntese dos Cloretos de AcilaSíntese dos Cloretos de Acila


MecanismoMecanismo


O

OR..

..

O

O

O

..

..O

HCl +

Um cloreto de acila, sob tratamento com um nucleófilo apropriado, pode ser

convertido facilmente em qualquer um dos outros derivados.

Reações de Cloretos de AcilaReações de Cloretos de Acila

O

NR

R

..

..

O

Cl..

..:

O

OH

O

OH

SO

Cl 2

HOH

HO

+ HCl

ROH

HNR2

HCl +


O

L

R

Todas as reações de Substituição Nucleofílicas no Carbono Acílico têm

mecanismos similares: uma adição nucleofílica seguida de uma eliminação.

Nu H

O-R

Nu

H

O-

L

R

Nu

+O

Nu

R+ HL

+

Mecanismo GeralMecanismo Geral

L

L

R L

H

+ Nu

Adição Nucleofílica Eliminação

Substituição Nucleofílica


Quando tratados com água, os cloretoscloretos dede acilaacila são hidrolisados para gerar

os ácidos carboxílicos.

Hidrólise de Cloreto de AcilaHidrólise de Cloreto de Acila

O mecanismomecanismo desta transformação requer três etapas:


Esta reação produz HClHCl comocomo umum subsub--produtoproduto, o qual, muitas vezes, pode

produzir reações indesejáveis com outros grupos funcionais que podem

estar presentes no composto.


estar presentes no composto.

Desta forma, a piridinapiridina é usada para remover o HCl que é produzido.


O substituição nucleofílica em haletos de acila é muito mais rápida que em

haletos de alquila.


O carbono hibridizado sp2 de um cloreto de acila é menos impedidoestericamente que o carbono sp3 de um haleto de alquila, fazendo um cloretode acila mis “aberto” para o atque nucleofílico.

Além disto, diferentemente do estado de transição da reação SN2 ou de umintermediário carbocátion em reação SN1, o intermediário tetraédico emsusbtituições nucleofílicas no grupo acila tem um arranjo de ligações maisestável, e pode ser formado via um estado de transição de menor energia.


Quando tratado com um álcoolálcool, os cloretoscloretos dede acilaacila são convertidos em

ésteresésteres.

Alcoólise de Cloreto de AcilaAlcoólise de Cloreto de Acila

O mecanismomecanismo desta transformação é análogaanáloga àà hidrólisehidrólise de um cloreto de

acila, e a piridinapiridina é usada como uma base para neutralizar o HClque é

produzido.


Dizemos que a hidroxila (OH) sofrer acilação.

Esta reação é sensível aos efeitos estéricos, o que pode ser explorado para

acilaracilar selectivamenteselectivamente umum álcoolálcool primárioprimário na pesença de um álcool mais

impedido.

Alcoólise de Cloreto de AcilaAlcoólise de Cloreto de Acila


Quando tratado com amôniaamônia, os cloretos de acila são convertidos em amidasamidas.

A piridina não é usada nesta reação, porque a própria amônia é uma base

Aminólise de Cloreto de AcilaAminólise de Cloreto de Acila

A piridina não é usada nesta reação, porque a própria amônia é uma base

suficientemente forte para neutralizar o HCl que é produzido.

Para esta reação, dois equivalentes de amônia são necessários; um para o

ataque nucleofílico e o outro para neutralizar o HCl.


Esta reação também ocorre com aminasaminas primáriasprimárias e secundáriassecundárias para

produzir amidasamidas NN--substituídassubstituídas.

Aminólise de Cloreto de AcilaAminólise de Cloreto de Acila


Quando tratado com hidretohidreto dede alumínioalumínio ee lítiolítio (LiAlH(LiAlH44 ≡≡ LAH)LAH), os cloretos de

acila são reduzidos aos alcoóis:

O mecanismo da reação ocorre em duas etapas. Primeiro, o cloreto de acila é

Redução de Cloreto de AcilaRedução de Cloreto de Acila

O mecanismo da reação ocorre em duas etapas. Primeiro, o cloreto de acila é

tratado com LAH e, em seguida, a fonte de prótons é adicionada ao balão

reacional.


Quando tratado com um reagentereagente dede GrignardGrignard, os cloretos de acila são

convertidos em alcoóisalcoóis, com a introdução de dois grupos alquila.

Assim como ocorre com o LAH, o mecanismo ocorre em duas etapas.

Reação de Cloreto de Acila com OrganometálicosReação de Cloreto de Acila com Organometálicos

Assim como ocorre com o LAH, o mecanismo ocorre em duas etapas.

Primeiro o cloreto de ácido é tratado com o reagentereagente dede GrignardGrignard e, em

seguida, a fonte de prótons é adicionada ao balão reacional.


A reação entre um cloretocloreto dede acilaacila e um reagentereagente dede GrignardGrignard, nãonão pode ser

usado para produzir uma cetona. Usando um equivalente do reagente de

Grignard leva a uma mistura de produtos.

A produçãoprodução dede umauma cetonacetona requer o uso de um nucleófilonucleófilo dede carbonocarbono maismais

seletivoseletivo que irá reagir com os cloretos de acila mais rapidamente do que as

cetonas.


cetonas.

Existem muitos desses reagentes. O mais vulgarmente um reagente utilizado

para este fim é um cupratocuprato dede dialquildialquil--lítiolítio, também chamado um reagentereagente dede

GilmanGilman.


Os gruposgrupos alquílicosalquílicos neste reagente estão ligados ao cobre ao invés de

magnésio, e seuseu carátercaráter carbânicocarbânico éé menosmenos pronunciadopronunciado (a ligação C-Cu é

menos polarizada do que uma ligação C-Mg).

Este reagente pode ser utilizado para converter os cloretos de acila em

cetonas com excelentes rendimentos.


cetonas com excelentes rendimentos.

A cetona resultante não é atacada nestas condições reacionais.


Reações de Cloreto de AcilaReações de Cloreto de Acila


Preveja o(s) principal(is) produto(s) de cada uma das seguintes reações:



Identifique os reagentes necessários para a seguinte transformação:



Os anidridosanidridos dede ácidoácido podem ser preparados pelo tratamento de um cloreto

de acila com o íoníon carboxilatocarboxilato, o qual funciona como um nucleófilonucleófilo.

Preparação de Anidridos de ÁcidosPreparação de Anidridos de Ácidos

O mecanismomecanismo desta transformação envolve apenas duas etapas:


Anidridos cíclicos, nos quais os anéis têm 5 ou 6 membros, podem ser

preparados pelo simples aquecimento de ácidos dicarboxílicos em um

solvente inerte.

Preparação de Anidridos de ÁcidosPreparação de Anidridos de Ácidos

O mecanismo segue as características do mecanismo geral, como veremos

no próximo slide.

50


O

O

OH

OH..

..

..

..

O-

O

OH

OH..

..

..+

230 oC

MecanismoMecanismo

O

O

O

~ H+

O-

O

OH

O H

H

..

..

+

:+ H2O


O

OR..

..

O

O

O

..

O

Cl..

..:

ROH

X

O

OH

+

Reações de Anidridos ÁcidosReações de Anidridos Ácidos

O

NR

R

..

O..

O

OH

HOH

HNR2

2

O

O- +NH2R2

+

O

OH + NHR2

H2O

/OH

-

O

O-2

Cloreto de aciia

Anidrido

ácido

éster amida

X


As reações de anidridosanidridos são diretamente análogas às reações de cloretos deacila.

A única diferençadiferença está na identidade do grupogrupo dede saídasaída.


Com um cloretocloreto dede acilaacila, o grupo de saída é um íon cloreto, e o subprodutoda reação é oe HCl.

Com um anidridoanidrido dede ácidoácido, o grupo de saída é um íon carboxilato, e, porconseguinte, o subproduto é um ácido carboxílico. Como resultado, não énecessário utilizar piridina em reações com anidridos de ácidos, porque HCl,não é produzido.


O anidridoanidrido acéticoacético e frequentemente utilizado para acetilaracetilar alcoóisalcoóis ee aminasaminas:

Acetilação com Anidridos AcéticoAcetilação com Anidridos Acético

Estas reações são utilizadas na preparação comercial da Aspirina® e doTylenolTM.


O anidrido ácido é ativado pela protonação de uma de suas carbonilas,tornando-as mais eletrofílicas e, consequentente, mais susceptíveisl aoataque dos nucleófilos.

Hidrólise de Anidridos Ácidos – Catálise ÁcidaHidrólise de Anidridos Ácidos – Catálise Ácida


Preveja os produtos formados nas seguintes reações:



Os ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos, quando tratado com uma basebase forteforte, reagem com

haletoshaletos dede alquilaalquila para produzirem ésteresésteres.

Preparação de ÉsteresPreparação de Ésteres

O ácido carboxílico é primeiro desprotonado para dar um íon carboxilato, o

qual, em seguida, funciona como um nucleófilo e ataca o haleto de alquila

num processo SN2.

Portanto, as limitaçõeslimitações esperadas das reações SN2 são aplicadas.

Especificamente, os haletoshaletos dede alquilaalquila terciáriosterciários nãonão podempodem serser utilizadosutilizados.


Os ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos também são convertidos em ésteres, quando tratados

com um álcool na presença de um catalisadorcatalisador ácidoácido.

Este processo chama-se a esterificaçãoesterificação dede FischerFischer.



O mecanismo da esterificaçãoesterificação dede FischerFischer se dá em várias etapas:



O mecanismo da esterificaçãoesterificação dede FischerFischer apresentado é exatamente o

mesmo que seria de esperado para uma substituição nucleofílica no grupo

acila, o qual ocorre sob condições ácidas.

A evidência para este mecanismo vem de experiências de marcaçãomarcação

isotópica,isotópica, nas quais o átomo de oxigênio do álcool é substituído por um


isotópica,isotópica, nas quais o átomo de oxigênio do álcool é substituído por um

isótopoisótopo maismais pesadopesado dede oxigêniooxigênio (1818OO) e a localização deste isótopo é

controlada ao longo da reação.


Os ésteresésteres podem ser convertidos em ácidos carboxílicos por tratamentotratamento

comcom hidróxidohidróxido dede sódiosódio seguidoseguido pelapela adiçãoadição dede umum ácidoácido. Este processo é

chamado de saponificaçãosaponificação.

Hidrólise Básica de Ésteres – SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres – Saponificação

O mecanismo se dá em três etapas:



Etapa 1) ataque nucleófilo do íon hidróxido à cabonila;

Etapa 2) perda de um grupo abandonador com a restauração da ligação dupla

(C=O) da carbonila.

Etapa 3) Desprotonação da carboxila para gerar o íon carboxilato.


A hidrólise básica de ésteres é chamada de saponificaçãosaponificação, que significa“fazer sabão”.

Mais de 2000 anos atrás, os fenícios faziam sabãosabão aquecendo gordura(ésteres de cadeia longa) animal com cinzas (ricas em K2CO3) de árvores.


(sabão)(sabão)


Hidrólise Básica de Ésteres - SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres - Saponificação


-OO -O

O

-O

O-O

O

-O

O

-O

O

O-

O

O-

O

-

Ações dos SabõesAções dos Sabões

-O

O

-O

O

-OO

O-

O

-OO

-O

O-O

O

O-

O H2O


SoapSoap LadyLady

Hidrólise Básica de Ésteres - SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres - Saponificação

“During the Victorian Age (1837-1901), she was one of two mummies found in

a local excavation.

The combination of alkaline soil and fat turned her body into a life-size bar of

soap - one of the most unusual ways to become a mummy”.

National Geographic Channel.


Os ésteres sofrem hidrólise em meio ácido (catálise) para produzirem ácidos

carboxilícos e álcoois.

Hidrólise Ácida de ÉsteresHidrólise Ácida de Ésteres

Os ésteres sofrem hidrólise em meio ácido (catálise) para produzirem ácidos

carboxilícos e álcoois.

O mecanismo desta reação se dá em várias etapas.O mecanismo desta reação se dá em várias etapas.


Hidrólise de Ésteres - MecanismoHidrólise de Ésteres - Mecanismo

A espécie mais importantes no mecanismo de hidrólise é

o intermediário tetraédrico.

Evidência em apoio da existência do intermediário

tetraédrico foi observada pelo professor Myron Bender,

com base em experimentos de marcação isotópica 1924 -1988com base em experimentos de marcação isotópica

realizados na Universidade de Chicago.

1924 -1988


O composto tendo a estrutura mostrada foi aquecido com ácido sulfúricodiluído para dar um produto tendo fórmula molecular C5H12O3 comrendimento variando de 63-71%.

a) Proponha uma estrutura para este produto.

b) Qual outro composto é formado nesta reação?

Hidrólise de Ésteres - ExercícioHidrólise de Ésteres - Exercício


Aminólise de ÉsteresAminólise de Ésteres

Éteres reagem lentamente com amônia e aminas para formar amidas.

Este processo temtem poucapouca utilidadeutilidade práticaprática, porque a preparação de amidas éEste processo temtem poucapouca utilidadeutilidade práticaprática, porque a preparação de amidas éfeita mais eficientemente a partir da reação entre cloretos de acila eamoníaco (ou aminas primárias ou secundárias).


Aminas, (“amônias substituídas”) reagem similarmente com ésteres.


A amina dever primária ou secundária para que a reação ocorra.

Aminas terciárias nãonão podem formar amidas, porque elas não têm próton nonitrogênio que possa ser deslocado para um grupo acila.


Aminólise de Ésteres - MecanismoAminólise de Ésteres - Mecanismo


Aminas, (“amônias substituídas”) reagem similarmente com ésteres.


A reação de amônia e aminas com ésteres segue o mesmo mecanismo geralque em outras reações de substituição nucleofílica no grupo acila.

Um intermediáriointermediário tetraédricotetraédrico é formado na primeira etapa do processo que sedissocia na segunda fase.


Quando tratados com hidretohidreto dede alumínioalumínio ee lítiolítio (LiAlH(LiAlH44 ≡≡ LAH)LAH), os ésteresésteressão reduzidos para se obter os alcoóis.

Redução de ÉsteresRedução de Ésteres

O mecanismomecanismo para este processo é um tanto complexo, mas a versãosimplificada é mostrada abaixo:


Este mecanismo é análogo ao mecanismo de redução de um cloreto de acilacom LiAlHLiAlH44.

O primeiro equivalente de LiAlHLiAlH44 reduz o éster a um aldeído, e o segundoequivalente de LiAlHLiAlH44 reduz o aldeído para um álcool.

Tratar um ésteréster comcom apenasapenas umum equivalenteequivalente de LiAlHLiAlH44 não é um métodoeficiente para a preparação de um aldeído, porque aldeídos são mais reativosdo que ésteres e reagirá com LiAlHLiAlH imediatamente depois de ser formado.

Redução de ÉsteresRedução de Ésteres

do que ésteres e reagirá com LiAlHLiAlH44 imediatamente depois de ser formado.

Se o produto desejado é um aldeído, então DIBAHDIBAH é usado como um agenteredutor, em vez de LiAlHLiAlH44. A reaçãoreação éé realizadarealizada aa baixabaixa temperaturatemperatura paraparaprevenirprevenir aa reduçãoredução dodo aldeídoaldeído.


Quando tratado com um reagentereagente dede GrignardGrignard, os ésteresésteres são reduzidos parase obter os alcoóisalcoóis com a introdução de dois grupos alquila.

Este mecanismomecanismo é análogo ao da reação entre um reagente de Grignard e um

Reação de Ésteres com Reagentes de GrignardReação de Ésteres com Reagentes de Grignard

Este mecanismomecanismo é análogo ao da reação entre um reagente de Grignard e umcloreto de acila.


Prediga o produto formado em cada uma das seguintes reações.



Proponha um mecanismo para a seguinte transformação.



AmidasAmidas são facilmente preparadas pela acilaçãoacilação dede amôniaamônia ee aminasaminas comcloretoscloretos dede acilaacila,, anidridosanidridos ouou ésteresésteres.

Preparação de Amidasde AmidasPreparação de Amidasde Amidas

Dois equivalentes molares de amina são requeridos na reação com cloretosde acila e anidridos ácidos: uma molécula de amina atua como um nucleófiloe a outra como uma base de Bronsted.


É possível usar apenas um equivalente molar de amina em reações nas quaisalguma outra base, como o hidróxido de sódio, esteja presente na mistura dereação para reagir com o cloreto de hidrogênio ou ácido carboxílico que éformado.

Este procedimento é útil nos casos em que a amina é valiosa ou estádisponível somente em pequenas quantidades.


Ésteres e aminas reagem na proporção de 1:1 molar dar amidas. Nenhumproduto ácido é formado a partir do éster, e assim nenhuma base adicional énecessária.


Todas estas reações procedem pela adição nucleofílica ao grupo carbonila,seguido da dissociação do intermediário tetraédrico.



Amidas são, algumas vezes, preparadas diretamente a partir de ácidoscarboxílicos e aminas através de um processo em duas etapas.

1) O primeiro passo é uma reação ácido-base em que o ácido e a aminacombinam para formar um sal de carboxilato de amônio.

2) No aquecimento, o sal carboxilato de amônio perde água para formar umaamida.



Na prática, ambas as etapas podem ser combinadas em uma simplesoperação, simplesmente aquecendo um ácido carboxílico juntamente comuma amina.


Estes métodos térmicos para preparar amidas são limitados em suageneralidade.

Na maioria das vezes, amidas são preparadas em laboratório a partir decloretos de acila, anidridos ácidos, ou ésteres; e estes são os métodos quedevem ser aplicados para resolver problemas de síntese.


LactamasLactamas são amidasamidas cíclicascíclicas análogas às lactonaslactonas, que são ésteresésteres cíclicoscíclicos.

A maioria das lactamalactamas são conhecidas por seus nomes comuns, como osexemplos apresentados abaixo.

Preparação de LactamasPreparação de Lactamas


Assim como as amidasamidas são mais estáveis que os ésteres, as lactamaslactamas sãomais estáveis que as lactonas.

Assim, embora as b-lactonas são dificilmente acessíveis, as b-lactamas estãoentre os melhores produtos da insdústria farmacêutica.

As penicilinas e as cefalosporinas, as quais são tão úteis no tratamento de

Preparação de LactamasPreparação de Lactamas

As penicilinas e as cefalosporinas, as quais são tão úteis no tratamento deinfecções bacterianas, as b-lactamas são comumente referidas comoantibióticos b-lactâmicos.


Escreva equações mostrando a preparação de seguintes amidas a partir dosderivados de ácido carboxílicos indicados.



As amidasamidas podem ser hidrolisadashidrolisadas para dar os ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos napresença de um ácidoácido aquosoaquoso, mas o processo é lento e requer aquecimentopara ocorrer a uma velocidade apreciável.

Hidrólise Ácida de AmidasHidrólise Ácida de Amidas


O mecanismomecanismo para esta transformação é análoga ao da hidrólise de ésterescatalisada por ácido.

Hidrólise Ácida de AmidasHidrólise Ácida de Amidas


As amidasamidas também são hidrolisadashidrolisadas quando aquecidas em uma soluçãosoluçãoaquosaaquosa básicabásica, embora o processo seja muito lento.

Hidrólise Básica de AmidasHidrólise Básica de Amidas

O mecanismomecanismo é análogo ao da saponificação de ésteres.


Quando tratadas com o excesso de LiAlH4 ≡ LAH, amidasamidas sãoconvertidasconvertidas emem aminasaminas. Nesta reação a carbonila é removida.

Redução de AmidasRedução de Amidas


Compostos que possuem dois grupos acila ligados a um único nitrogêniosão conhecidos como imidas.

As imidas mais comuns são as cíclicas:

ImidasImidas

Imidas cíclicas podem ser preparadas pelo aquecimento de sais de amôniocom ácidos dicarboxílicos.


A ftalimida foi preparada em 95% de rendimento com o aquecimento docomposto formado na reação de anidrido ftálico com excesso de amônia.

Este composto como o C8H10N2O3 fórmula molecular. Qual é a sua estrutura?

Imidas - ExercícioImidas - Exercício


A única reação de substituição nucleofílica no grupo acila que amidas sofremé a hidrólise.

Amidas são bastante estáveis em água, mas a ligação amida é clivada sobresob aquecimento na presença de ácidos e bases fortes.

Esta clivagem produz uma amina e um ácido carboxílico.

Hidrólise de AmidasHidrólise de Amidas

Esta clivagem produz uma amina e um ácido carboxílico.


Em meio ácido, Em ácido, no entanto, a amina é protonada, gerando um íonamônio.


Em meio básico, o ácido carboxílico é desprotonado, dando um íoncarboxilato.


As reações ácido-base que ocorrem após a ligação amida estar quebrada faza hidrólise total irreversível em ambos os casos.

A amina é protonada em meio ácido e o ácido carboxílico é desprotonado embase.



O amida é ativada para ataque nucleofílico pela protonação do oxigênio dacarbonila.

O cátion produzido nesta etapa é estabilizado por ressonância que envolve opar de elétrons livres do nitrogênio solitário, e é mais estável do que ointermediário no qual o nitrogênio da amida está protonado.

Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo


Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo


Amidas – Rearranjo de HoffmanAmidas – Rearranjo de Hoffman

Amidas, sob tratamento com bromo em solução básica,leva à formação de aminas.

Esta reação foi descoberta no século XIX Químico alemãoAugust W. Hofmann e é chamado o Rearranjo deHofmann.

O grupo R ligado à função carboxamida pode ser um um grupo alquila ouarila.


Amidas – Rearranjo de HoffmanAmidas – Rearranjo de Hoffman

A relação do produto (amina) com o reagente (amida) é bastante notável.

Na reação global, é como se o grupo carbonila tivesse sido arrancado daamida, deixando para trás uma amina primária e, portanto, tendo um átomode carbono a menos do que o amida.


Amidas – Rearranjo de Hoffman - MecanismoAmidas – Rearranjo de Hoffman - Mecanismo

1. Formação de uma N-bromoamida intermediária (etapas 1 e 2)



2. Rearranjo da N-bromoamida para isocianato (etapas 3 e 4)



3. Hidrólise do isocianato (etapas 5 e 6)


Preparação e Hidrólise de NitrilasPreparação e Hidrólise de Nitrilas

Quando tratada com aquoso ácido, nitrilasnitrilas podem ser convertidas em umácido carboxílico. Este processo é chamado de hidrólisehidrólise..

Esta reação nos fornece um processo de duas etapas para conversãoconversão dede umumhalogenetohalogeneto dede alquilaalquila emem umum ácidoácido carboxílicocarboxílico.halogenetohalogeneto dede alquilaalquila emem umum ácidoácido carboxílicocarboxílico.

O primeiro passo é uma reação SN2, onde o íon cianeto atua comonucleófilo. A nitrilanitrila resultante é, em seguida, hidrolisada para se obter umácidoácido carboxílicocarboxílico..

Uma vez que o primeiro passo é um processoprocesso SNSN22, a reação nãonão podepodeocorrerocorrer atravésatravés halogenetoshalogenetos dede alquiloalquilo terciáriosterciários..


Preparação de Nitrilas a partir de AmidasPreparação de Nitrilas a partir de Amidas

As nitrilasnitrilas também podem ser preparadas através da desidrataçãodesidratação dede umaumaamidaamida.

Muitos reagentes pode ser usada para realizar a transformação, dentre eles ocloreto de tionila (SOCI2).

Esta reação é útil para a preparação de nitrilasnitrilas terciáriasterciárias, as quais nãopodem ser preparadas através de um processo SN2.


Preparação de Nitrilas a partir de AmidasPreparação de Nitrilas a partir de Amidas

O mecanismomecanismo da reação se dá através de quatro etapas:


Hidrólise Ácida de NitrilasHidrólise Ácida de Nitrilas

Em condições ácidasácidas, nitrilasnitrilas são hidrolisadashidrolisadas para se obter amidasamidas, asquais são, então, hidrolisadas para produzir os ácidos carboxílicos.


Hidrólise Básica de NitrilasHidrólise Básica de Nitrilas

Alternativamente, as nitrilasnitrilas podem também ser hidrolisadaos na presençade soluções aquosas básicas.

Mais uma vez, a nitrilanitrila é convertida em primeiro lugar para uma amidaamida que é,então, convertida em um ácido carboxílico.


Review das Reações Ácidos Carboxílicos e Derivados

Review das Reações Ácidos Carboxílicos e Derivados



Identifique os reagentes que promovem as seguintes reações:



Proponha um eficiente síntese para cada um dos seguintes compostos:



Usando as reações deste capítulo e do capítulo anterior (cetonas e aldeídos),proponha uma síntese eficiente para a seguinte transformação:



Determine as estruturas de AA e de FF.



Partindo do benzeno com quaisquer outros reagentes à sua escolha, elaboreuma síntese do acetaminofeno (TylenolTM)



Desenhe um mecanismo plausível para a seguinte transformação:



Proponha eficientes sínteses para cada uma das seguintes transformações:

reações de ácidos carboxílicos e derivados

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