Ácidos e derivados
Introdução

O grupo funcional dos ácidos carboxilicos consiste
no C=O com -OH ligado ao mesmo carbono.

Grupo carboxílico é normalmente escrito -COOH.

Ácidos alifáticos têm um grupo alquilo ligado ao COOH.

Ácidos aromáticos têm um grupo arilo.
Estrutura do grupo carboxílico

Carbono tem uma hibridação sp2.

Ângulos de ligação próximos de 120.

O-H eclipsado com C=O, para obter sobreposição do orbital  com o orbital do par
de electrões não partilhados do oxigénio.
Estruturas de
ressonância
Pontos de ebulição
Pontos de ebulição superiores aos álcoois semelhantes, deve-se à
formação do dímero.
Ácido acético, p.e. 118C
Pontos de fusão

Ácidos alifáticos com mais de 8 carbonos são sólidos à temperatura
ambiente.

Duplas ligações (especialmente cis) baixa o ponto de fusão. Caso de
ácidos com 18-C :

Ácido estearico (saturado): 72C

Ácido oleico (uma ligação dupla cis): 16C

Ácido linoleico (duas ligações cis): -5C
Solubilidade

A solubilidade em água diminui com o aumento da cadeia
hidrocarbonada.

Superior a 4 carbonos, ácido é não miscível com a água.

Mais solúvel em álcool.

Também solúvel em solventes não polares como o clorofórmio
porque dissolve o dímero.
Acidez (comparação com álcool)
Estabilização por ressonância
Efeitos do substituinte na acidez
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
NO2
NO2
OCH3
p-methoxy benzoic acid
m-nit ro
NO2
p-nit ro
o-nit ro
pKa = 4.46 pKa = 4.19pKa = 3.47 pKa = 3.41 pKa = 2.16
Derivados de ácido

O grupo ligado ao carbono do acilo determina a classe do
composto:


-OH, ácido carboxílico

-Cl, cloreto de ácido

-OR’, ester

-NH2, amida
Estes interconvertem-se via substituição nucleofílica do acilo.
Derivados de ácido

Todos são convertíveis em ácidos carboxílicos por hidrólise
ácida ou básica.

Esteres e amidas são comuns na natureza.
O
R C X
RCOX
O
O
R C O C R'
(RCO)2O
O
R C O R
RCOOR
O
R C NH2
R C N
RCONH2
RCN
Redução de ácidos carboxilicos
Redução a álcoois primários

Usar agente redutor forte, LiAlH4.
Esterificação de Fisher: formação de ester

Ácido + álcool produz ester + água.

É necessário catalisador ácido para ocorrer a reacção, dado
que o álcool é um nucleófilo fraco.

Todos os passos são reversíveis.

Reacção atinge o equilíbrio.
O
COOH
+ CH3CH2OH
+
H
COCH2CH3
+ HOH
Mecanismo da reacção de Fischer (1)
Protonação do carbonilo e ataque do álcool, que é um
nucleófilo fraco.
O
COH
+
H
+
OH
OH
COH
COH
+
OH
OH
CH3CH2OH
COH
O+ H
CH2CH3
H
O
R
COH
O
CH2CH3
Mecanismo de Fischer (2)
Protonação do -OH e perda da água.
+
H
OH
COH
H +
OH
C OH
+
C OH
O
O
O
CH2CH3
CH2CH3
CH2CH3
H
O
C O
R
O
CH2CH3
Síntese de Cloretos de ácido

Para sintetizar use o cloreto de tionilo.
Descarboxilação em b-cetoacidos
Hydrogen bonding
O
R
C
H
C
O
O
C
C
O
R
H
O
+ C
C
O
enol
Six-center
transition state
tautomerization
O
R
C
C
keto
H
Derivados dos ácidos
carboxilicos
Cloretos de ácido
Anidridos de ácido
Esteres e Lactonas
Amidas e Lactamas
Cloretos de ácido

Mais reactivos que ácidos; o halogénio retira
Anidridos de ácido
Duas moleculas de ácido reagem perdendo

a densidade electrónica do carbonilo.
água e formando o anidrido.
São mais reactivos que os ácidos mas

menos que os cloretos de acilo.
O ião carboxilico é o grupo abandonante

nas reacções de substituição nucleofilica.
O
C
Cl
O
R C O H
Cloreto de benzoilo
O
O
H O C
R
O
R C O C
R
Esteres
Amidas

Existem amidas 1ª, 2ª e 3ª.

Produto da reacção entre ácido carboxilico e
amónia ou amina.

Não são básicas porque o par de electrões
do
azoto
está
deslocalizado
por
ressonância.

Têm pontos de ebulição elevados que
aumentam com o aumento das ligações NH.
_
O
C
H
O
N
H
H
C + H
N
H
H
Bond angles around N are close to 120.
Qual a reacção característica dos derivados
de ácidos carboxilicos

É a adição do nucleófilo ao carbono do grupo carbonilo para formar
um intermediário tetraédrico do carbono do carbonilo (TCAI).
Acil
substituição
nucleofilica
TCAI = tetrahedral carbonyl addition intermediate
 Na reacção geral mostramos o nucleófilo e o grupo abandonante como
aniões. Não é necessário, moleculas neutras como a água, álcoois, amónia,
etc podem ser necleófilos em reacções catalisadas por ácidos.

Grupos abandonantes são mostrados como aniões para ilustrar que quanto
mais fracas são as bases melhores são como grupos abandonantes.
Hidrólise: é a reacção química onde
a ligação ou ligações na molécula é
quebrada pela reacção com a água.
A molécula de água é quebrada em
H+ e OH-.
Hidrólise de cloretos de ácido e
anidridos

Hidrólise em cloretos de ácido ocorre rápidamente, e forma ácidos
carboxilicos
O
O
CH3

C Cl + HOH
CH3
C OH
+ HCl
Anidridos de ácido são menos reactivos que os cloretos de
ácido. Os de baixo peso molecular reagem rápidamente com
água para formar 2 moléculas de ácido carboxilico
Hidrólise de esteres

Esterificação reversa de Fischer.

Ocorre um equilibrio.

Usar um grande excesso de água.
O
CH3
C
O
+
OCH3 + HOH
H
CH3
C
OH
+ CH3OH
Hidrólise de amidas

Requer condições mais vigorosas que os esteres

Produtos formados são ácido carboxilico + amina.

Usar um grande excesso de água.
Hidrolise de amidas
É necessário aquecimento prolongado em HCl 6 M solução aquosa de
NaOH 40%.
O
CH3
-
C NHCH3 + OH
O
CH3
C NHCH3 + HCl
H2O
H2O
O
CH3
C O
-
+ CH3NH2
O
CH3
+
-
C OH + CH3NH3 Cl
Como os derivados de ácidos
carboxilicos reagem com álcoois?
Síntese de esters apartir de cloretos de
ácido

Cloretos de acilo reagem com álcoois para dar esteres com
rendimento.

Mecanismo é adição nucleofílica do álcool ao carbonilo e o ião cloreto
abandona a molécula depois ocorre a desprotonação.
O
O
CCl
COCH3
+ CH3OH
+ HCl
Como os derivados de ácidos
carboxilicos reagem com aminas e
amónia?
Síntese de amidas apartir de cloretos de
acilo

Cloretos de acilo reage com amónia e aminas para formar
amidas.

A base (NaOH ou piridina) é adicionada para remover o HCl
como produto secundário.
O
O
CCl
CNHCH3
+ CH3NH2
NaOH
+ NaCl + H2O
Síntese de amidas apartir de ácidos

Amina (base) remove o protão do ácido carboxilico para
formar o sal.

Aquecer o sal acima de 100ºC origina a amida.
O
O
O
C OH CH NH
+
3
2
C O- +NH CH
3
3
C NHCH
3
heat
+ H2O
Interconversão de Derivados de
ácido
Cloretos de acilo são os derivados carboxilicos mais reactivos em
termos de substituição nucleofilica no acilo e as amidas são as
menos reactivas
Interconversão de Derivados
Mais reactivos podem ser
convertidos aos derivados
menos reactivos
Cloreto de ácido a anidrido



Ácido ou ião carboxilato ataca o C=O.
Forma-se o intermediário tetrahedrico
O ião cloreto é o grupo abandonante, o C=O é formado, H+ é
abstraído.
O
R' C O H
_
O
R
C
O
Cl
R
H
C
+O
O
O
- H+
Cl
R
C R'
C
O
O
C
R'
+
HCl
Cloreto de ácido a ester

Álcool ataca a ligação C=O.

Forma-se o intermediário tetrahedrico.

O ião cloreto abandonan, C=O é restabelecido, H+ é
abstraido.
_
O
R'
O H
R
C
O
Cl
R C Cl
+O
H
R'
O
- H+
R
C
O
R' +
HC l
Cloreto de ácido a amida



Amónia forma uma amida 1
A amina 1 forma a 2
A amina 2 forma a 3
_
O
R'2
N H
R
C
Cl
R'2
O
O
R C Cl
+N
H
R'2
C
N H
R
N
R'2
+
+
-
R'2NH2 Cl
Anidrido a ester
R'
O H
R
O
O
C
C
O
_
O
R
O
R C O C R
+O
H
R'
O
_
O C R
O
+
R
C
OR'
Anidrido a amida
O
R'2
N H
R
C
_
O
O
C
O
R
O
R C O C R
+N
H
R'2
O
_
O C R
O
+
R
C
NR'2
Ester a amida

Nucleófilo tem que ser NH3 ou amina 1.

Aquecimento prolongado
_
O
R'
NH2
R
C
O
OCH3
R C OCH3
+N
H
R'
H
O
_
OCH3
+
R
C
NH
R'
Surprise!
=>
Leaving Groups
Base forte normalmente nunca é um grupo abandonantea
não ser que seja um passo exotérmico
Transesterification


One alkoxy group can be replaced by another
with acid or base catalyst.
Use large excess of preferred alcohol.
O
O
C OCH CH
2
3
+
+ CH3OH
-
H or OCH3
C OCH
3
+ CH3CH2OH
=>
Redução
Redução a álcoois
Hidreto de aluminio e litio reduz ácidos, cloretos de ácido,
e esteres a álcoois primários
O
C OCH CH
2
3
CH2OH
1) LiAlH4
2) H2O
+ CH3CH2OH
Reducão a aldeidos
Cloretos de ácido reagem com agente redutor
fraco, a aldeido.
CH3
O
CH3CHCH2C
Cl
LiAl(t-BuO)3H
CH3
O
CH3CHCH2C
H
=>
Redução a aminas

Hidreto de aluminio e litio reduz amidas e nitrilos a aminas.

Nitrilos e amidas 1 amides reduzem a aminas 1.

Amidas 2 amide reduzem a aminas 2 .

Amidas 3 reduzem a aminas 3.
O
CH3
C NHCH3
1) LiAlH4
2) H2O
CH3 CH2 NHCH3
Reacção entre Esteres e Reagentes
de Grignard
Reagentes Organometalicos
Reagentes de Grignard reagentes organolitio adicionam
em duplicado a esteres e cloretos de ácido para dar
álcoois depois de protonados.
OH
O
C OCH CH
2
3
2 CH3MgBr
ether
H3O
+
C CH
3
CH3
=>
Mecanismo
Resumo de reacções
Acid Chloride Reactions (1)
O
H2O
R C OH +
acid
HCl
O
O
R'OH
+
HCl
ester
R C NHR' +
HCl
amide
R C OR'
O
R C Cl
R'NH2
O
R'COOH
O
R C O C R' +
acid anhydride
HCl
=>
Acid Chloride Reactions (2)
OH
(1) 2 R'MgX
(2) H2O
R'2CuLi
O
R
C
R
C
R'
3° alcohol
R'
ketone
R'
O
R
C
R
CH2OH
Cl
(1) LiAlH4
(2) H2O
Li(t- BuO)3AlH
1° alcohol
O
R
aldehyde
C H
O
Z
AlCl3
C
Z
R
acylbenzene
=>
Anhydride Reactions
O
H2O
R
O
R
O
C O C
RCOOH
acid
+
RCOOH
ester
C NHR' +
RCOOH
amide
O
+
R'OH, H
+
C OH
R
C OR'
O
R
R'NH2
R
O
Z
AlCl3
C
R
Z
acylbenzene
=>
Synthesis of Esters
O
O
+
R C OH
+ R'OH
H
R C OR'
+ HOH
acid
O
R
C
O
Cl
R
+ R'OH
C OR' + HCl
acid chloride
O
O
R C O C R + R'OH
+
H
O
R C OR' + RCOOH
acid anhydride
O
R C OH + CH2N2
O
R C OCH3 + N2
methyl ester
=>
Reactions of Esters
O
H2O
R C OH +
R'OH
acid
R'OH
ester
O
R''OH,
+
-
H or OR''
O
R C OR'
R
C OR'' +
O
R''NH2
(1) LiAlH4
(2) H2O
(1) 2 R''MgX
(2) H2O
R
C NHR'' +
R CH2OH
R'OH
amide
1° alcohol
OH
R
C
R''
R''
3° alcohol
=>
Synthesis of Amides
O
R C OH + R'NH2
O
heat
R C NHR' + HOH
acid
O
O
R C NR'2 + R'2NH2+Cl-
R C Cl + 2 R'2NH
acid chloride
O
O
O
R C NR'2 + RCOOH
R C O C R + R'2NH
acid anhydride
O
O
R C OR'' + R'NH2
R C NHR' + R''OH
ester
+
R C N + H2O
nitrile
-
H or OH
O
R C NH2
=>
Reactions of Amides
O
H2O
+
H or OH
O
R C NHR'
(1) LiAlH4
(2) H2O
Br-, OHPOCl3
(or P2O5)
R C OH +
R'NH2
acid and amine
R CH2NHR'
amine
R NH2 + CO2
R C N
1° amine
nitrile
=>
Fim