reações de Ácidos carboxílicos e derivados
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DQOI - UFCProf. Nunes
Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II
Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]
Reações de Ácidos Carboxílicose Derivados
Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]
1 Atualizado em 15/06/16
Assista a video-aulahttps://www.youtube.com/watch?v=s2Lw5orEQ0M
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Os ácidos carboxílicos são compostos com uma porção –COOH.
Estes compostos são abundantes na natureza, onde eles sãoresponsáveis por alguns familiares odores.
Ácidos CarboxílicosÁcidos Carboxílicos
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Ácido acético(cheiro de vinagre)
Ácido butanóico(cheiro rançoso
da manteiga)
Ácido hexanóico(cheiro de meias
sujas)
Ácido lático(sabor azedo
do leite)
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Os ácidos carboxílicos também são encontrados numa ampla gama deprodutos farmacêuticos.
Ácidos CarboxílicosÁcidos Carboxílicos
AAS(aspirina ®)
Ácido 4-aminosalicílico(tratamento detuberculose)
Isotretinoina(tratamento
da acne)
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As características estruturais do grupo carboxila são mais aparentes noácido fórmico.
Adicionalmente, a hibridação sp2 do oxigênio da hidroxila permite que um deseus pares de elétrons seja deslocalizado através do “overlap” com osistema π do grupo carbonila.
Ácidos Carboxílicos - EstruturaÁcidos Carboxílicos - Estrutura
planar
4
Comprimento das ligações Ângulo das ligações
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Os ácidos carboxílicos reagem com alcoóis e formam ésteres por umareação conhecida como esterificação.
Tais reações são catalisadas por ácidos ou através da remoção da águaformada no meio reacional.
Reações de Ác. Carboxílicos - EsterificaçãoReações de Ác. Carboxílicos - Esterificação
5
ácido benzóico metanolmarcado com 18O
benzoato de metilamarcado com 18O
água
etapas 1-3 etapas 4-6
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O
OH
HO....
O-
OH
OH
..
..
..
..
: +
~ H+
O-
O
O H
H
..
:
+
:
O
O
+ HOH
Mecanismo da EsterificaçãoMecanismo da Esterificação
6
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O
O
O
O
O
HO
O
HO
O
HO
O
O
OH
OH
OH
+ 3 HOH
glicerol ácido graxo (palmítico)
triacilgliceróis (óleos e gorduras)
Síntese de Ésteres - EsterificaçãoSíntese de Ésteres - Esterificação
7
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Os ácidos carboxílicos cujas moléculas têm um grupo hidroxila num carbonoγ ou δ
�sofrem esterificação intramolecular e
�dão ésteres cíclicos conhecidos com γ ou δ–lactonas.
Síntese de Ésteres Cíclicos - LactonasSíntese de Ésteres Cíclicos - Lactonas
8
ácido 4-hidroxibutanóico 4-butanolida
ácido 5-hidroxipentanóico 5-pentanolida
δ
γ
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HO
O
OH....
O
O
δ−lactona
α
β
χ
δ
α
β
χ δ
O
O-
H
OH
α
β
χ δ ..+
~ H+
O
O-
O H
H
α
β
χ δ ..
..
..
..
:
..
..
+
- H2O
Mecanismo de LactonizaçãoMecanismo de Lactonização
O mecanismo da esterificação intramolecular é idêntico ao mecanismo da
esterificação intermolecular.
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- H2O
Reações em que se esperariam obter hidroxiácidos, frequentemente levam à
formação de lactonas, se sistemas com 5 ou 6 puderem ser formados:
Síntese de Ésteres Cíclicos - LactonasSíntese de Ésteres Cíclicos - Lactonas
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ácido 5-oxoexanóico
5-hexanolida (78%)
ácido 5-hidroxiexanóico
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A introdução de um halogênio no carbono-α de um ácido carboxílico requerum conjunto de condições reacionais.
A bromação, por exemplo, envolve o tratamento do ácido carboxílico combromo, na presença de uma pequena quantidade de PCl3 como umcatalisador.
α-Halogenação de Ácidos Carboxílicosα-Halogenação de Ácidos Carboxílicos
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ácido carboxílico ácido α-bromocarboxílico
bromo ácido bromídrico
ácido fenilacético ácido α-bromofenilacético
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Reação de Hell–Volhard– Zelinsky – Mecanismo Reação de Hell–Volhard– Zelinsky – Mecanismo
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Este método de bromação de ácidos carboxílicos é chamado de reação Hell–Volhard– Zelinsky.
Às vezes, a reação é realizada utilizando-se pequenas quantidades defósforo como catalisador ao invés de PCl3.
α-Halogenação de Ácidos Carboxílicosα-Halogenação de Ácidos Carboxílicos
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ácido butanoico ácido 2-bromo-butanóico (77%)
ácido 2-hidroxi-butanóico (69%)
H2O, calor
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Um método padrão para a preparação de um α-aminoácido utilizaácidos α-bromocarboxílicos como substrato e
� amônia aquosa como nucleófilo.
α-Halogenação de Ácidos Carboxílicosα-Halogenação de Ácidos Carboxílicos
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ácido 3-metilbutanóicoácido 2-bromo-
3-metilbutanóico (88%)ácido 2-amino-
3-metilbutanóico (84%)
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ácido 2-bromooctadecanóico
Ácidos α-iodo carboxílicos não são normalmente preparados pela iodaçãodireta de ácidos carboxílicos sob as condições da reação de Hell–Volhard–Zelinsky.
Mostre como você converteria o ácido octadecanóico em seu derivado2-iodo por uma sequência eficiente de reações.
ExercícioExercício
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ácido octadecanóico ácido 2-iodooctadecanóico
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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.
Compostos que sofrem descarboxilação térmica incluem aquelesrelacionados com o ácido malônico.
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
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ácido carboxílico alcano dióxido de carbono
ácido malônico(ácido prapanodióico)
ácido etanoico dióxido de carbono
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É importante observar que somente um grupo carboxila é perdido nesteprocesso.
No mecanismo abaixo, podemos observar a assistência que umacarboxila dá à outra para a saída da molécula de CO2.
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
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ácido malônico(ácido prapanodióico)
ácido etanoico dióxido de carbono
dióxido de carbono forma enol doácido acético
ácido acético
lento rápido
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Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
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dióxido de carbono forma enol doácido acético
ácido acético
lento rápido
estado de transição
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Os prótons ligados no C2 do ácido malônico não estão diretamenteenvolvidos no processo e, então,
� podem ser substituídos por outros substituintessem muito efeito na facilidade de descarboxilação.
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
2
2
19
ácido 1,1-ciclobutanodicarboxílico ácido ciclobutanocarboxílic(74%)
dióxido de carbono
ácido 2-(2-ciclopentenil)malônico dióxido de carbono
ácido 2-ciclopentenilacético(98%)
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Observe que a hidroxila grupo carboxila do ácido malônico fica para trásdurante a descarboxilação
� não está diretamente envolvida no processo.
Compostos que têm substituintes outros sofrem descarboxilações análogas.
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
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Os compostos que mais frequentemente sofrem este tipo de reação são
� os β-cetoácidos, em que o carbono β
� é uma função carbonila.
A descarboxilação de β-cetoácidos leva à formação de cetonas.
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
Descarboxilação do Ácido Malônicoe Compostos Relacionados
β
β
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β-ceto ácido Forma enol da cetonadióxido de carbono
cetona
ácido 2,2-dimetilacetoacético
3-metilbutan-2-ona dióxido de carbono
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Os ácidos carboxílicos são reduzidos a alcoóis por meio de tratamento comhidreto de alumínio e lítio (LiAlH4 ≡ LAH).
A primeira etapa do provável mecanismo é uma transferência de prótons,porque o LAH não é um potente nucleófilo, mas pode funcionar como umabase forte, formando um íon carboxilato.
Redução de Ácidos CarboxílicosRedução de Ácidos Carboxílicos
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Existem várias possibilidades para o resto do mecanismo. Uma possibilidadeenvolve uma reação do íon carboxilato com AIH3, seguido de eliminação demodo a formar um aldeído:
Sob estas condições, o aldeído não pode ser isolado. Em vez disso, é aindaatacados pelo LAH para formar um alcóxido que é, então, protonado quandoH3O+ é adicionado ao fraco reacional.
Redução de Ácidos CarboxílicosRedução de Ácidos Carboxílicos
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Um método alternativo para reduzir ácidos carboxílicos envolve a utilizaçãode borano (BH3).
Redução de Ácidos CarboxílicosRedução de Ácidos Carboxílicos
24
Mecanismo
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A redução com borano é muitas vezes preferível à redução com LiAlH4,
� porque o borano reage seletivamente com um grupo ácidocarboxílico na presença de um outro grupo carbonilílico.
Como um exemplo, se a reação seguinte fosse realizada com LAH em vez deborano, ambos os grupos carbonílicos seriam reduzidos.
Redução de Ácidos CarboxílicosRedução de Ácidos Carboxílicos
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Os ácidos carboxílicos também sofrem muitas reações que não implicam emuma mudança em seu estado de oxidação.
A substituição do grupo OH por um grupo diferente (Z) não envolve umamudança no estado de oxidação, se Z é um heteroátomo (Cl, S, N, etc.).
Os compostos deste tipo são chamados de derivados do ácido carboxílico.Os quatro mais comuns são mostrados abaixo:
Derivados de Ác. CarboxílicosDerivados de Ác. Carboxílicos
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nenhuma mudança
no estado de oxidação
haleto de acila anidrido ácido éster amida
OH Z
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Note que, em cada caso, existe um átomo de carbono (destacado emverde) ligado 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, apresença da carbonila não é um requisito necessário para se qualificarcomo um derivado de ácido carboxílico.
Derivados de Ác. CarboxílicosDerivados de Ác. Carboxílicos
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haleto de acila anidrido ácido éster amida
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Os derivados de ácidos carboxílicos são assim chamados, pois todos podem
ser convertidos em ácidos carboxílicos por hidrólise. Sendo assim, a nitrila
também é considerada um derivado de ácido carboxílico.
O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
O
OH
HOH HOH
HOHHOH
R C N
HOH
Derivados de Ác. CarboxílicosDerivados de Ác. Carboxílicos
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Excetuando-se as nitrilas, todos os outros derivados de ácidos carboxílicostêm estruturas muito similares, fato este que faz com que estas funçõesorgânicas tenham reatividades semelhantes.
Caracterizam-se pela presença de um grupo acila ligado a um grupo S queserá 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
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Derivados de Ác. CarboxílicosDerivados de Ác. Carboxílicos
Cloreto de acila Anidrido ácido Tioéster
Éster amida Nitrila ou Grupo ciano138
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Um importante fator estrutural dos derivados de ácidos carboxílicos é que o
átomo ligado ao grupo acila
� carrega um par de elétrons desemparelhado que é
� capaz de interagir com o sistema π do grupo carbonila.
Esta deslocalização de elétrons pode ser representada em formas de
ressonância:
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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Em comum com outros grupos funcionais que possuem uma carbonila, e os
ácidos carboxílicos e seus derivados têm um arranjo planar de ligações de
seus grupos carbonila.
O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
-
+
-
+
-
+
-
+
O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
32
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Os elétrons deslocalizados a partir do substituinte estabilizam o grupo
carbonila e diminuem seu caráter eletrofílico.
R
O
X
-
+
A extensão desta deslocalização de elétrons depende das propriedadesdoadoras do substituinte.
Geralmente, quanto menos eletronegativo for X, melhor grupo doador eleserá.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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cloretos de acila
ac. carboxílico
anidrido ácido
éster
amida
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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 π da carbonila, a doação de elétrons é menosefetiva.
Isto torna a carbonila mais eletrofílica, susceptível ao ataque de nucleófilos.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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estabilização fracapor ressonância
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Os anidridos de ácido são mais estabilizados pordeslocalização de elétrons do que os cloretos de acila.
� O par de elétrons isolado do oxigênio sãodeslocalizados de forma mais eficaz para ogrupo carbonila.
� A ressonância envolve dois grupos carbonilade um anidrido de ácido.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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O grupo carbonila de um éster é mais estabilizado do que ade um anidrido.
No anidrido, os dois grupos acila “disputam” o par deelétrons livres de oxigênio,
� Cada carbonila é menos estabilizadado que a única carbonila de um éster.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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éster anidrido ácido
é mais efetivo que
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Os ésteres são estabilizados por ressonância,
� da mesma forma que os ácidos carboxílicos,
� mas não tanto como amidas.
Nas amidas, o nitrogênio é menos eletronegativo que ooxigênio e, portanto,
� é um melhor doador de par de elétrons.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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estabilização por ressonânciamuito efetiva
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Um exemplo extremo de estabilização grupo carbonila évisto em ânions carboxilato:
O oxigênio com carga negativa é um forte doador de elétrons para o grupocarbonila.
A ressonância em ânions carboxilato é mais eficaz do que a ressonância em
� ácidos carboxílicos, cloretos de acila, anidridos, ésteres e amidas.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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A tabela a seguir, sumariza os efeitos estabilizadores degrupos substituintes na carbonila à qual estão ligados.
Estrutura x ReatividadeEstrutura x Reatividade
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Velocidade relativasde hidrólise
reatividadecrescente
Menosreativo
Maisreativo
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Como sintetizar os derivados
O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
O
OH
?
??
?
Síntese dos DerivadosSíntese dos Derivados
Como podemos preparar derivados de ácidos carboxílicos?
40
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
A reatividade dos ácidos carboxílicos e seus derivados de ácido carboxílico ésemelhante à reatividade dos aldeídos e cetonas de uma certa forma.
Em ambos os casos, o grupo carbonila é eletrofílico e sujeito ao ataque porum nucleófilo.
Em ambos os casos, as mesmas regras e princípios regem as transferênciasde prótons que acompanham as reações.
41
haleto de acila anidrido ácido éster amida
aldeído cetona
carbonila
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
No entanto, existe uma diferença fundamental entre derivados de ácidoscarboxílicos e os aldeídos/cetonas.
Especificamente, os derivados de ácidos carboxílicos possuem umheteroátomo (Z) que pode funcionar como um grupo de saída, enquanto osaldeídos e cetonas não.
42
Podeatuar como um
grupo abandonadoratuar como um
grupo abandonador
NÃO Pode
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Quando um derivado de ácido carboxílico sofre um ataque nucleófilo, podeocorrer uma reação na qual o nucleófilo substitui o grupo abandonador.
Este tipo de reação é chamado de substituição nucleofílica no grupo acila.
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Podeatuar como um
grupo abandonadoratuar como um
grupo abandonador
NÃO Pode
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
O mecanismo da reação de substituição nucleofílica no grupo acila pode servisualizado abaixo:
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ataque nucleofílicoperda do grupoabandonador
A carbonila é atacada pelonucleófilo formando um intermediário tetraédrico
O grupo abandonador é expulso, e a carbonila é
reformada.
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
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 forçamotriz.
Íons hidreto (H-) e Carbânions (C-) não são bons grupos abandonadores, demodo que este tipo de reação não é observado para cetonas ou aldeídos.
45
ataque nucleofílicoperda do grupoabandonador
A carbonila é atacada pelonucleófilo formando um intermediário tetraédrico
O grupo abandonador é expulso, e a carbonila é
reformada.
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
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 cloreto de acila é convertido num éster. O mecanismo destatransformação tem dois passos. No primeiro passo, o metóxido funcionacomo um nucleófilo e ataca o grupo carbonila, formando um intermediáriotetraédrico:
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Para que a carbonila seja restaurada, um grupo abandonador deve sair,lembrando que hidretos (H-) e carbânions (C-) são péssimos gruposabandonadores.
Portanto, restam apenas duas opções:- eliminar o metóxido e obter o produto de partida, ou- eliminar o cloreto e obter o éster.
47
perda do grupoabandonador
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
A grande maioria das reações de substituição nucleofílica no grupo acilaexibirão as duas etapas principais: ataque nucleofílico e perda de um grupode saída 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.
48
Como sintetizar os derivadosataque nucleofílicoperda do grupoabandonador
A carbonila é atacada pelonucleófilo formando um intermediário tetraédrico
O grupo abandonador é expulso, e a carbonila é
reformada.
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
A regra a seguir nos guiará para decidir se deve ou não empregamtransferências de prótons em um mecanismo especial:
Em condições ácidas,� evite a formação de carga negativa.
Em condições alcalinas (condições fortemente básicas, tais como hidróxidoou metóxido),
� evite a formação de carga positiva.
Esta regra determina que todos os participantes de uma reação (reagentes,intermediários e grupos abandonadores) devem ser compatíveis com ascondições empregadas.
Como um exemplo, considere o seguinte reação:
49
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Nesta reação, um éster é convertido num ácido carboxílico em condiçõescatalisadas por ácido.
O nucleófilo, neste caso, é a água (H2O). No entanto, a primeira etapa domecanismo não pode simplesmente ser um ataque nucleófilo.
50
coordenada da reação
Energialivre
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Como sintetizar os derivados
Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
O que está errado com este passo?
O intermediário tetraédrico apresenta uma carga negativa,
� que não é compatível com as condições ácidas.
O diagrama de energia ilustra uma grande energia de ativação (Ea) para estaetapa.
51
Como sintetizar os derivados
coordenada da reação
Energialivre
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Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Para evitar a formação de uma carga negativa,
� um catalisador ácido é utilizado inicialmente
� para protonar a carbonila.
Uma carbonila protonada é significativamente mais eletrofílica e, agora,
� quando água atacar,
� nenhuma carga negativa é formada.52
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Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Como pode ser visto no diagrama de energia, a energia de ativação (Ea) éagora muito menor, porque os reagentes já são ricos em energia e nenhumacarga negativa está sendo formada.
53
coordenada da reação
Energialivre
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Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
A regra sobre como evitar cargas negativas é aplicada somente emcondições ácidas.
A história é diferente em condições básicas. Considere o que acontecequando um éster é tratado com o íon hidróxido.
Nesse caso, a carbonila não é protonada antes do ataque nucleofílico.
54
coordenada da reação
Energialivre
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Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Sob condições básicas, o hidróxido ataca a carbonila diretamente� para dar um 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 eno intermediário.
Em outras palavras, uma carga negativa não está sendo formada, mas estásendo meramente transferida de um local para outro.
55
coordenada da reação
Energialivre
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Substituição no Grupo AcilaSubstituição no Grupo Acila
Quando se utiliza uma amina como nucleófilo, o ataque à carbonila ocorrediretamente sem a protonação prévia da carbonila.
56
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Como podemos interconvertê-los?
O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
O
OH
?
??
??
?
?
?
Síntese dos DerivadosSíntese dos Derivados
Regra: um derivado só pode ser convertido em outro menos reativo.
57
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Como os cloretos de acila são os mais reativos entre os derivados dosácidos, temos que usar reagentes especiais para prepará-los.
Os mais utilizados são o SOCl2 (cloreto de tionila) e o PCl5 (pentacloreto defósforo).
Síntese dos Cloretos de AcilaSíntese dos Cloretos de Acila
58
ácído 2-metilpropanóico cloreto de 2-metilpropanoíla (90%)calor
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MecanismoMecanismo
59
ataque nucleofílicoperda do
grupo abandonador
Ácido carboxílico atua comoum nucleófilo e ataca o
cloreto de tionila
transferência H+
O íon cloreto é expulso como um
grupo abandonador
Um proton é removido
Excelentegrupo
abandonador
ataque nucleofílicoperda do
grupo abandonador
O grupo abandonadoré expluso e se
degrada em SO2 e Cl-
O íon cloreto atua comoum nucleófilo e ataca a
carbonila
ETAPA 1
ETAPA 2
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O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
O
OH
O
OH
SO
Cl 2
HOH
HO
O
+ HCl
HCl +
ROH
HNR2
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
60
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OL
R
Todas as reações de Substituição Nucleofílicas no Carbono Acílico têm
mecanismos similares: uma adição nucleofílica seguida de uma eliminação.
Nu H
O-
L
R
Nu
H
O-
L
R
Nu
H+
ONu
R+ HL
Adição Nucleofílica Eliminação
Substituição Nucleofílica
+
Mecanismo GeralMecanismo Geral
61
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Quando tratados com água, os cloretos de acila são hidrolisados para gerar
os ácidos carboxílicos.
O mecanismo desta transformação requer três etapas:
Hidrólise de Cloreto de AcilaHidrólise de Cloreto de Acila
62
ataque nucleofílico perda do grupo abandonador
Água atua como um nucleófilo e ataca a
carbonila
transferência H+
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon cloreto como
grupo abandonador
Um proton é removido para geraro ácido carboxílico
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Esta reação produz HCl como um sub-produto, o qual, muitas vezes, pode
produzir reações indesejáveis com outros grupos funcionais que podem
estar presentes no composto.
Desta forma, a piridina é usada para remover o HCl que é produzido.
Hidrólise de Cloreto de AcilaHidrólise de Cloreto de Acila
63
piridina Cloreto de piridínio
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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 cloreto de acila mais “aberto” para o ataquenucleofílico.
Além disto, diferentemente do estado de transição da reação SN2 ou de umintermediário carbocátion em reação SN1, o intermediário tetraédico emsubstituições nucleofílicas no grupo acila tem um arranjo de ligações maisestável, e pode ser formado via um estado de transição de menor energia.
Hidrólise de Cloreto de AcilaHidrólise de Cloreto de Acila
64
Cloreto de benzoíla Cloreto de benzila
Velocidade relative dehidrólise
Cloreto de benzila
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Quando tratado com um álcool, os cloretos de acila são convertidos em
ésteres.
O mecanismo desta transformação é análoga à hidrólise de um cloreto de
acila, e a piridina é usada como uma base para neutralizar o HCl que é
produzido.
Alcoólise de Cloreto de AcilaAlcoólise de Cloreto de Acila
65
piridina
piridina
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Dizemos que a hidroxila (OH) sofre acilação.
Esta reação é sensível aos efeitos estéricos, o que pode ser explorado para
� acilar seletivamente um álcool primário
� na presença de um álcool mais impedido.
Alcoólise de Cloreto de AcilaAlcoólise de Cloreto de Acila
66
piridina
OH OHO
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Quando tratado com amônia, os cloretos de acila são convertidos em amidas.
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.
Aminólise de Cloreto de AcilaAminólise de Cloreto de Acila
67
(dois equivalentes)
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Esta reação também ocorre com aminas primárias e secundárias para
produzir amidas N-substituídas e N,N-disubstituídas, respectivamente.
Aminólise de Cloreto de AcilaAminólise de Cloreto de Acila
68
(dois equivalentes)
(dois equivalentes)
(dois equivalentes)
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Quando tratado com hidreto de alumínio e lítio (LiAlH4 ≡ LAH), os cloretos de
acila são reduzidos aos alcoóis:
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.
Redução de Cloreto de AcilaRedução de Cloreto de Acila
69
ataque nucleofílico perda do grupo abandonador
LAH entrega o íonhidreto que ataca a
carbonila
transferência H+
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
cloreto comogrupo
abandonador
segundoataque nucleofílico
A carbonila é atacada
novamente pelohidreto gerando
um alcóxido
Após a reação sercompletada, o íon
alcóxido é protonado com
um ácido
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Quando tratado com um reagente de Grignard, os cloretos de acila sãoconvertidos em alcoóis, com a introdução de dois grupos alquila.
Assim como ocorre com o LAH, o mecanismo ocorre em duas etapas.Primeiro o cloreto de ácido é tratado com o reagente de Grignard e, emseguida, a fonte de prótons é adicionada ao balão reacional.
Reação de Cloreto de Acila com OrganometálicosReação de Cloreto de Acila com Organometálicos
70
70
ataque nucleofílico perda do grupo abandonador
O reagente de Grignard atua como
um nucleófilo e atacaa carbonila
transferência H+
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
cloreto comogrupo
abandonador
segundoataque nucleofílico
A carbonila é atacada
novamente peloreagente de
Grignard gerandoum alcóxido
Após a reação sercompletada, o íon
alcóxido é protonado com
um ácido
DQOI - UFCProf. Nunes
A reação entre um cloreto de acila e um reagente de Grignard, não pode serusado para produzir uma cetona. Usando um equivalente do reagente deGrignard leva a uma mistura de produtos.
A produção de uma cetona requer o uso de um nucleófilo de carbono maisseletivo que irá reagir com os cloretos de acila mais rapidamente do que ascetonas.
Existem muitos desses reagentes. O mais vulgarmente um reagente utilizadopara este fim é um cuprato de dialquil-lítio, também chamado um reagente deGilman.
Reação de Cloreto de Acila com OrganometálicosReação de Cloreto de Acila com Organometálicos
71
cuprato de dialquil-lítio
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Os grupos alquílicos neste reagente estão ligados ao cobre ao invés de
magnésio, e seu caráter carbânico é menos pronunciado (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.
A cetona resultante não é atacada nestas condições reacionais.
Reação de Cloreto de Acila com OrganometálicosReação de Cloreto de Acila com Organometálicos
72
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Reações de Cloreto de AcilaReações de Cloreto de Acila
73
piridina
xs = excesso
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Os anidridos de ácido podem ser preparados pelo tratamento de um cloreto
de acila com o íon carboxilato, o qual funciona como um nucleófilo.
O mecanismo desta transformação envolve apenas duas etapas:
Preparação de Anidridos de ÁcidosPreparação de Anidridos de Ácidos
74
ataquenucleofílico
perda do grupo abandonador
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Anidridos cíclicos, nos quais os anéis têm 5 ou 6 membros, podem ser
preparados pelo simples aquecimento de ácidos dicarboxílicos em um
solvente inerte.
O mecanismo segue as características do mecanismo geral, como veremos
no próximo slide.
50
Preparação de Anidridos de ÁcidosPreparação de Anidridos de Ácidos
75
Ácido maleico Anidrido maleico(89%)
Água
tetracloroetano
DQOI - UFCProf. Nunes
O
O
OH
OH..
..
..
..
O
O
O
O-
O
OH
OH..
..
..+
~ H+
O-
O
OH
O H
H
..
..
+
:+ H2O
230 oC
MecanismoMecanismo
76
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O
NR
R
..
O
OR..
..
O
O
O
..
..
O
Cl..
..:
O
OH
HOH
ROH
HNR2
X
2
O
O- +NH2R2
+
O
OH + NHR2
H2O
/OH
-
O
O-2
O
OH
+
Reações de Anidridos ÁcidosReações de Anidridos Ácidos
Cloreto de aciia
Anidrido
ácido
éster amidaX
77
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As reações de anidridos são diretamente análogas às reações de cloretos deacila.
A única diferença está na identidade do grupo de saída.
Com um cloreto de acila, o grupo abandonador é um grupo abandonador, e osubproduto da reação é o HCl.
Com um anidrido de ácido, o grupo abandonador é grupo abandonador, e,por conseguinte, o subproduto é um ácido carboxílico. Como resultado, nãoé necessário utilizar piridina em reações com anidridos de ácidos, porqueHCl não é produzido.
Reações de Anidridos ÁcidosReações de Anidridos Ácidos
78
grupoabandonador
grupoabandonador
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Reações de Anidridos ÁcidosReações de Anidridos Ácidos
79
calor
xs = excesso
DQOI - UFCProf. Nunes
O anidrido acético e frequentemente utilizado para acetilar alcoóis e aminas:
Estas reações são utilizadas na preparação comercial da Aspirina® e doTylenolTM.
Acetilação com Anidridos AcéticoAcetilação com Anidridos Acético
80
Anidrido acético
Anidrido acético
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O anidrido ácido é ativado pela protonação de uma de suas carbonilas,
� tornando-a mais eletrofílica e, consequentente, mais susceptíveislao ataque dos nucleófilos.
Hidrólise de Anidridos Ácidos – Catálise ÁcidaHidrólise de Anidridos Ácidos – Catálise Ácida
81
etapadeterminante rápido, -H+
rápido rápido
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Os ácidos carboxílicos, quando tratado com uma base forte, reagem com
haletos de alquila para produzirem 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 limitações esperadas das reações SN2 são aplicadas.
Especificamente, os haletos de alquila terciários não podem ser utilizados.
Preparação de ÉsteresPreparação de Ésteres
82
DQOI - UFCProf. Nunes
Os ácidos carboxílicos também são convertidos em ésteres, quando tratados
com um álcool na presença de um catalisador ácido.
Este processo chama-se a esterificação de Fischer.
Preparação de ÉsteresPreparação de Ésteres
83
DQOI - UFCProf. Nunes
O mecanismo da esterificação de Fischer se dá em várias etapas:
Preparação de ÉsteresPreparação de Ésteres
84
ataque nucleofílico
perda do grupo abandonador
Protonação da carbonila a
tornamais eletrofílica
transferência H+
A carbonila é restaurada pela
expulsão da molécula de água
como grupoabandonador
A carbonila é atacada pelo
nucleófilo
Após a reação sercompletada, a
carbonila é desrotonada poruma molécula de
metanol
transferência H+
transferência H+
transferência H+
O proton é transferido para uma molécula de
metanol
DQOI - UFCProf. Nunes
O mecanismo da esterificação de Fischer 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 vém de experiências de marcação
isotópica, nas quais o átomo de oxigênio do álcool é substituído por um
isótopo mais pesado de oxigênio (18O) e a localização deste isótopo é
controlada ao longo da reação.
Preparação de ÉsteresPreparação de Ésteres
85
DQOI - UFCProf. Nunes
Os ésteres podem ser convertidos em ácidos carboxílicos por tratamento
com hidróxido de sódio seguido pela adição de um ácido. Este processo é
chamado de saponificação.
O mecanismo se dá em três etapas:
Hidrólise Básica de Ésteres – SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres – Saponificação
86
ataque nucleofílicoperda do
grupo abandonador
Hidróxido atuacomo nuceófilo
e ataca a carbonila
transferência H+
O ácidocarboxílico é
desprotonadopelo alcóxido, gerando o íon
carboxilato
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
alcóxido
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
Hidrólise Básica de ÉsteresHidrólise Básica de Ésteres
87
ataque nucleofílicoperda do
grupo abandonador
Hidróxido atuacomo nuceófilo
e ataca a carbonila
transferência H+
O ácidocarboxílico é
desprotonadopelo alcóxido, gerando o íon
carboxilato
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
alcóxido
DQOI - UFCProf. Nunes
A hidrólise básica de ésteres é chamada de saponificação, que significa“fazer sabão”.
Mais de 2000 anos atrás, os fenícios faziam sabão aquecendo gordura(ésteres de cadeia longa) animal com cinzas (ricas em K2CO3) de árvores.
Hidrólise Básica de Ésteres – SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres – Saponificação
(sabão)
88
calor
glicerol Carboxilato de potássio
DQOI - UFCProf. Nunes
Hidrólise Básica de Ésteres - SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres - Saponificação
89
Molécula de gordura
glicerol Moléculas de sabão
DQOI - UFCProf. Nunes
-OO
-O
O
-O
O-O
O
-O
O
-O
O
-O
O
-OO
-O
O
O-
O
O-
O
-OO
-O
O-O
O
O-
O
O-
O
-
Ações dos SabõesAções dos Sabões
H2O
90
DQOI - UFCProf. Nunes
Soap Lady
“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.
Hidrólise Básica de Ésteres - SaponificaçãoHidrólise Básica de Ésteres - Saponificação
91
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
92
DQOI - UFCProf. Nunes
Hidrólise Ácida de ÉsteresHidrólise Ácida de Ésteres
93
ataque nucleofílico
perda do grupo abandonador
Protonação da carbonila a
tornamais eletrofílica
transferência H+
A carbonila é restaurada pela
expulsão da molécula de
metanolabandonador
A carbonila é atacada pelo
nucleófilo (H2O)
Após a reação sercompletada, a
carbonila é desrotonada poruma molécula de
água
transferência H+
transferência H+
transferência H+
O proton é transferido para uma molécula de
água
DQOI - UFCProf. Nunes
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
realizados na Universidade de Chicago.
1924 -1988
94
Benzoato de etilaBenzoato de etila(marcado com 18O)
Água(marcada com 18O)
Intermediáriotetraédrico
Água
DQOI - UFCProf. Nunes
Aminólise de ÉsteresAminólise de Ésteres
Éteres reagem lentamente com amônia e aminas para formar amidas.
Este processo tem pouca utilidade prática,
� porque a preparação de amidas é feita mais eficientemente
� a partir da reação entre cloretos de acila e amoníaco (ouaminas primárias ou secundárias).
95
DQOI - UFCProf. Nunes
Aminas, (“amônias substituídas”) reagem similarmente com ésteres.
A amina dever primária ou secundária para que a reação ocorra.
Aminas terciárias não podem formar amidas,� porque elas não têm próton no nitrogênio
� que possa ser deslocado para um grupo acila.
Aminólise de ÉsteresAminólise de Ésteres
96
Fluoroacetato de etila cicloexilamina N-ciloexilfluoroacetamida(61%)
etanol
calor
DQOI - UFCProf. Nunes
Aminólise de Ésteres - MecanismoAminólise de Ésteres - Mecanismo
97
éster amônia Intermediáriotetraédrico
Intermediáriotetraédrico
amida álcool
Formação do intermediário tetraédrico
Dissociação do intermediário tetraédrico
DQOI - UFCProf. Nunes
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 intermediário tetraédrico é formado na primeira etapa do processo
� que se dissocia na segunda fase.
Aminólise de ÉsteresAminólise de Ésteres
98
Fluoroacetato de etila cicloexilamina N-ciloexilfluoroacetamida(61%)
etanol
calor
DQOI - UFCProf. Nunes
Quando tratados com hidreto de alumínio e lítio (LiAlH4 ≡ LAH), os ésteressão reduzidos para se obter os alcoóis.
O mecanismo para este processo é um tanto complexo, mas a versãosimplificada é mostrada a seguir.
Redução de ÉsteresRedução de Ésteres
99
DQOI - UFCProf. Nunes
Redução de ÉsteresRedução de Ésteres
100
perda do grupo abandonadorTransferência
hidreto
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
metóxidoA carbonila é atacada pelo
hidreto
O proton é transferido para o alcóxido a partirde uma molécula
de água
Um segundohidreto é
transferido
Transferênciahidreto
DQOI - UFCProf. Nunes
Este mecanismo é análogo ao mecanismo de redução de um cloreto de acilacom LiAlH4.
O primeiro equivalente de LiAlH4 reduz o éster a um aldeído, e o segundoequivalente de LiAlH4 reduz o aldeído para um álcool.
Tratar um éster com apenas um equivalente de LiAlH4 não é um métodoeficiente para a preparação de um aldeído, porque aldeídos são mais reativosdo que ésteres e reagirá com LiAlH4 imediatamente depois de ser formado.
Se o produto desejado é um aldeído, então DIBAH é usado como um agenteredutor, em vez de LiAlH4. A reação é realizada a baixa temperatura paraprevenir a redução do aldeído.
Redução de ÉsteresRedução de Ésteres
101
DQOI - UFCProf. Nunes
Quando tratado com um reagente de Grignard, os ésteres são reduzidos parase obter os alcoóis com a introdução de dois grupos alquila.
Este mecanismo é análogo ao da reação entre um reagente de Grignard e umcloreto de acila.
Reação de Ésteres com Reagentes de GrignardReação de Ésteres com Reagentes de Grignard
102
DQOI - UFCProf. Nunes
Reação de Ésteres com Reagentes de GrignardReação de Ésteres com Reagentes de Grignard
103
perda do grupoabandonador
A carbonila é restaurada pelaexpulsão do íon
alcóxido
O reagente de Grignard atua
como um nucleófilo e ataca
a cabonila
Transferência de H+
ataquenucleofílico
segundoataque
nucleofílico
O reagente de ataca a cabonila,
gerando o alcóxido
O próton é transferido do íon
hidrônio para o alcóxido
DQOI - UFCProf. Nunes
Amidas são facilmente preparadas pela acilação de amônia e aminas comcloretos de acila, anidridos ou ésteres.
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.
Preparação de AmidasPreparação de Amidas
104
Maisreativo
Menosreativo
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
Preparação de AmidasPreparação de Amidas
105
amina metil éster amida metanol
DQOI - UFCProf. Nunes
Todas estas reações procedem pela
� adição nucleofílica ao grupo carbonila,
� seguido da dissociação do intermediário tetraédrico.
Preparação de AmidasPreparação de Amidas
106
Agente acilante
Amina Intermediáriotetraédrico
Amida Ácido conjugadodo grupo abndonador
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
Preparação de AmidasPreparação de Amidas
107
Ácidocarboxílico
Amina Carboxilatode amônio
Amida Água
calor
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
Preparação de AmidasPreparação de Amidas
108
Ácidobenzóico
Anilina N-fenilbenzamida(80-84%)
Água
DQOI - UFCProf. Nunes
Lactamas são amidas cíclicas análogas às lactonas, que são ésteres cíclicos.
A maioria das lactamas são conhecidas por seus nomes comuns, como osexemplos apresentados abaixo.
Preparação de LactamasPreparação de Lactamas
109
N-metilpirrolidona(um solvente apolar
aprótico)
ε-caprolactama(usado para preparer
um tipo de nylon)
DQOI - UFCProf. Nunes
Assim como as amidas são mais estáveis que os ésteres, as lactamas sãomais estáveis que as lactonas.
Assim, embora as β-lactonas são dificilmente acessíveis, as β-lactamas estãoentre os melhores produtos da insdústria farmacêutica.
As penicilinas e as cefalosporinas, as quais são tão úteis no tratamento deinfecções bacterianas, as β-lactamas são comumente referidas comoantibióticos β-lactâmicos.
Preparação de LactamasPreparação de Lactamas
110
Penicilina G Cefalexina
DQOI - UFCProf. Nunes
As amidas podem ser hidrolisadas para dar os ácidos carboxílicos
� na presença de um ácido aquoso,
� mas o processo é lento e requer aquecimento para ocorrer a umavelocidade apreciável.
O mecanismo para esta transformação é análogo ao da hidrólise de ésterescatalisada por ácido.
Hidrólise Ácida de AmidasHidrólise Ácida de Amidas
111
calor
DQOI - UFCProf. Nunes
Hidrólise Ácida de AmidasHidrólise Ácida de Amidas
112
perda do grupoabandonador
A carbonila é restaurada pela
expulsão da molécula de
amônia
A água atua comoum nucleófilo e ataca a cabonila
Transferência de H+ ataquenucleofílico
A amonia atuacomo base e desprotona a
carbonilaprotonada
O próton é transferido do íon
hidrônio para a carbonila,
deixando-a maiseletrofílica
Transferência de H+
Transferência de H+
Transferência de H+
A águadesprotona a
hidroxilaprotonada
DQOI - UFCProf. Nunes
As amidas também são hidrolisadas quando aquecidas em uma soluçãoaquosa básica, embora o processo seja muito lento.
O mecanismo é análogo ao da saponificação de ésteres.
Hidrólise Básica de AmidasHidrólise Básica de Amidas
113
perda do grupoabandonador
A carbonila é restaurada pela
expulsão da molécula de
amônia
Transferência de H+
ataquenucleofílico
O íon amindetoatua como base e
desprotona a carbonilaprotonada
Transferência de H+
O íoncarboxilato é
formado
DQOI - UFCProf. Nunes
Quando tratadas com o excesso de LiAlH4 ≡ LAH,
� amidas são convertidas em aminas.
Nesta reação a carbonila é removida.
Redução de AmidasRedução de Amidas
114
DQOI - UFCProf. Nunes
Compostos que possuem dois grupos acila ligados a um único nitrogêniosão conhecidos como imidas.
As imidas mais comuns são as cíclicas:
Imidas cíclicas podem ser preparadas pelo aquecimento de sais de amôniocom ácidos dicarboxílicos.
ImidasImidas
115
Imida Succinimida Ftalimida
Ácidosuccínico
amônia Succinato de amônio
Succinimida(83%)
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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
116
amida água ácidocarboxílico
amina
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
Hidrólise de AmidasHidrólise de Amidas
117
amida Íon hidrônio ácidocarboxílico
Íon amônio
amida Íon hidróxido aminaíon carboxilato
DQOI - UFCProf. Nunes
As reações ácido-base que ocorrem após a ligação amida estar quebrada,fazem a hidrólise total irreversível em ambos os casos.
A amina é protonada em meio ácido e o ácido carboxílico é desprotonado embase.
Hidrólise de AmidasHidrólise de Amidas
118
2-fenilbutanamida Ácido 2-fenilbutanóico(90%)
Sulfato de hidrogênioamônio
2-(4-bromofenil)acetamida(p-bromocetanilida)
Acetatode potássio
p-bromoanilina(90%)
calor
calorágua-etanol
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O amida é ativada para ataque nucleofílico pela protonação do oxigênio dacarbonila.
� O cátion produzido nesta etapa é estabilizado por ressonânciaque envolve o par de elétrons livres do nitrogênio solitário, e
� é mais estável do que o intermediário no qual o nitrogênio daamida está protonado.
Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo
119
Formas de ressonância mais estáveisde uma amida O-protonada
Protonação do oxigênio da carbonila Protonoção do nitrogênio da amida
Íon acilamônioCarga localizada no nitrogênio
DQOI - UFCProf. Nunes
Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo
120
Etapa 1) Protonação do oxigênio da amida
Etapa 2) Adição nucleofílica da água
Etapa 3) Desprotonação do íon oxônio para gerar a forma neutra do intermediário tetraédrico
DQOI - UFCProf. Nunes
Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo
121
Etapa 4) Protonação do nitrogênio da amida
Etapa 5) Dissociação da forma N-protonada do intermediário para gerar amonia e a protonada do ácido carboxílico
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Hidrólise de Amidas - MecanismoHidrólise de Amidas - Mecanismo
122
Etapa 6) Transferência de próton para gerar o íon amônio e o ácido carboxílico.
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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 grupo alquila ou arila.
123
amida bromo íonhidróxido
amina íonbrometo
íoncarbonato
água
DQOI - UFCProf. Nunes
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.
124
3,3-dimetilbutanamida 2,2-dimetilpropanamina (94%)
m-bromobenzamida m-bromoanilina (87%)
DQOI - UFCProf. Nunes
Preparação e Hidrólise de NitrilasPreparação e Hidrólise de Nitrilas
Quando tratada com aquoso ácido, nitrilas podem ser convertidas em umácido carboxílico. Este processo é chamado de hidrólise.
Esta reação nos fornece um processo de duas etapas para conversão de umhalogeneto de alquila em um ácido carboxílico.
O primeiro passo é uma reação SN2, onde o íon cianeto atua comonucleófilo. A nitrila resultante é, em seguida, hidrolisada para se obter umácido carboxílico.
Uma vez que o primeiro passo é um processo SN2, a reação não podeocorrer através halogenetos de alquilo terciários.
125
DQOI - UFCProf. Nunes
Preparação de Nitrilas a partir de AmidasPreparação de Nitrilas a partir de Amidas
As nitrilas também podem ser preparadas através da desidratação de umaamida.
Muitos reagentes pode ser usada para realizar a transformação, dentre eles ocloreto de tionila (SOCI2).
Esta reação é útil para a preparação de nitrilas terciárias, as quais nãopodem ser preparadas através de um processo SN2.
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Preparação de Nitrilas a partir de AmidasPreparação de Nitrilas a partir de Amidas
O mecanismo da reação se dá através de quatro etapas:
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perda do grupoabandonador
A base desprotona o
nitrogênio
ataquenucleofílico
Transferênciade H+
A base desprotona o
nitrogênio
Transferênciade H+
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Hidrólise Ácida de NitrilasHidrólise Ácida de Nitrilas
Em condições ácidas, nitrilas são hidrolisadas para se obter amidas, asquais são, então, hidrolisadas para produzir os ácidos carboxílicos.
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Carga positiva é removida via
desprotonação
ataquenucleofílico
Transferênciade H+
Protonação do grupo nitrila o
torna maiseletrofílico
Transferênciade H+
Transferênciade H+
Água atua comonucleófilo e atacaa nitrile protonada
Carga positiva é removida via
desprotonação
Transferênciade H+ O nitrogênio é
protonadoformando um intermediário
estabilizado porressonância
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Hidrólise Básica de NitrilasHidrólise Básica de Nitrilas
Alternativamente, as nitrilas podem também ser hidrolisadaos na presençade soluções aquosas básicas.
Mais uma vez, a nitrila é convertida em primeiro lugar para uma amida que é,então, convertida em um ácido carboxílico.
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ataquenucleofílico
Transferênciade H+
Hidróxido atuacomo nucleófilo e
ataca o grupociano
A carga negativano nitrogênio é removida via protonação
Transferênciade H+
Transferênciade H+
Protonação gera a amida
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Review das Reações Ácidos Carboxílicos e Derivados
Review das Reações Ácidos Carboxílicos e Derivados
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