Ácidos Carboxílicos e Derivados: Propriedades e Estruturas

Capítulo 18 Ácidos carboxílicos e seus derivados Adiçãoeliminação nucleofílica no carbono acílio Ácidos carboxílicos 2 Introdução O grupo carboxila CO2H pertence à classe de compostos chamados de compostos acil da qual faz parte os derivados de ácidos carboxílicos 3 Nomenclatura e propriedades físicas Na nomenclatura IUPAC o sufixo o correspondente ao alcano é modificado para óico Ao carbono carboxílico é atribuída a posição 1 Os nomes comuns de muitos ácidos carboxílicos permanecem em uso Os ácidos metanóico e etanóico geralmente são referidos como respectivamente ácido fórmico e acético Os ácidos carboxílicos podem formar ligações de hidrogênio entre si e com a água Ácidos carboxílicos com até 4 átomos de carbono são miscíveis em água em qualquer proporção Ácidos carboxílicos 5 Acidez de ácidos carboxílicos A maioria dos ácidos carboxílicos possuem pKa entre 4 e 5 Os ácidos carboxílicos são prontamente desprotonados por hidróxido ou bicarbonato de sódio formando sais de carboxilatos Os carboxilatos são mais solúveis em água do que o ácido carboxílico correspondente Grupos retiradores de elétrons próximos ao grupo carboxila aumentam a acidez do ácido Eles estabilizam o ânion carboxilato por deslocalização indutiva da carga Ácidos carboxílicos 6 Ácidos dicarboxílicos Ácidos dicarboxílicos são nomeados como ácidos alcanodióicos no sistema IUPAC Nomes comuns são muito empregados para ácidos dicarboxílicos simples Ácidos carboxílicos 7 Ésteres Os nomes dos ésteres são derivados dos ácidos carboxílicos correspondentes Os ésteres não formam ligações de hidrogênio entre si e possuem pontos de ebulição menores do que os ácidos carboxílicos Os ésteres podem realizar ligações de hidrogênio com a água Ácidos carboxílicos 9 Anidridos de ácidos Muitos anidridos são nomeados de acordo com seus ácidos correspondentes Cloretos de ácido Ácidos carboxílicos 10 Amidas Amidas com um ou dois hidrogênios formam ligações de hidrogênio fortes e possuem elevados pontos de fusão e ebulição Amidas NNdissubstituídas não podem formar ligações de hidrogênio entre si e possuem menores pontos de fusão e ebulição Ácidos carboxílicos 11 Nas proteínas e peptídeos as ligações de hidrogênio entre amidas é um fator importante na determinação de suas estruturas tridimensionais Nitrilas Nitrilas acíclicas são nomeadas pela adição do sufixo nitrila ao nome do alcano Ao carbono da nitrila é atribuída a posição 1 Etanonitrila geralmente é chamada de acetonitrila Ácidos carboxílicos 12 Preparação de ácidos carboxílicos Por oxidação de alcenos Por oxidação de aldeídos e álcoois primários Por oxidação de alquilbenzenos Ácidos carboxílicos 13 Por oxidação do anel benzênico Por oxidação de metilcetonas reação do halofórmio Por hidrólise de cianidrinas e outras nitrilas A hidrólise de uma cianidrina forma um hidroxiácido Ácidos carboxílicos 14 Haletos de alquila primários reagem com cianeto formando nitrilas as quais podem ser hidrolisadas aos ácidos carboxílicos Por carbonação de reagentes de Grignard Ácidos carboxílicos 15 Adiçãoeliminação no carbono acílio Aldeídos e cetonas sofrem adição nucleofílica na ligação dupla carbono oxigênio O grupo carboxila de ácidos carboxílicos e seus derivados sofrem reações de adiçãoeliminação O nucleófilo reage com o grupo carbonila formando um intermediário tetraédrico O intermediário tetraédrico elimina o grupo abandonador L O grupo carbonila é regenerado a reação global é uma substituição acil Ácidos carboxílicos 16 Para sofrer adiçãoeliminação nucleofílica o composto deve possuir um bom grupo abandonador ou um grupo que possa se convertido em um bom grupo abandonador Cloretos de ácido reagem com eliminação do íon cloreto Anidridos reagem com perda de um íon carboxilato Ácidos carboxílicos 17 Ésteres ácidos carboxílicos e amidas geralmente reagem com perda de seus grupos de partida álcool água e amina respectivamente Estes grupos de partida são gerados por protonação do composto acílio Aldeídos e cetonas não podem reagir por este mecanismo pois não possuem um bom grupo de partida Ácidos carboxílicos 18 Reatividade relativa dos acil compostos Reatividade relativa dos ácidos carboxílicos e seus derivados Em geral a reatividade pode ser relacionada à habilidade do abandonadora do grupo de partida L A nucleofugacidade é inversamente proporcional à basicidade O cloreto é a base mais fraca e melhor grupo de partida As aminas são as bases mais fortes e portanto piores grupos abandonadores Como regra geral acil compostos menos reativos podem ser sintetizados a partir de outros mais reativos A síntese de acil derivados a partir de outros mais reativos é difícil e requer reagentes especiais se possível Ácidos carboxílicos 19 Cloretos de ácido Síntese de cloretos de ácido Os cloretos de ácido são sintetizados a partir de ácidos carboxílicos por reação com cloreto de tionila tricloreto de fósforo ou pentacloreto de fósforo Estes reagentes são eficazes porque transformam o grupo hidroxila do ácido carboxílico em um excelente grupo de partida Ácidos carboxílicos 20 Reações de cloretos de acíla Cloretos de acíla são os acilcompostos mais reativos e podem ser usados para preparar qualquer outro derivado Como os cloretos de acíla são facilmente preparados a partir de ácidos carboxílicos eles fornecem um caminho para se obter qualquer acilcomposto a partir de um ácido carboxílico Cloretos de acila reagem prontamente com água mas esta não é uma reação sinteticamente útil Ácidos carboxílicos 22 Anidridos de ácidos carboxílicos Obtenção Cloretos de ácido reagem com ácidos carboxílicos para formar anidridos simétricos ou mistos assimétricos É necessário o emprego de uma base como por exemplo a piridina Carboxilatos de sódio reagem com cloretos de ácido formando anidridos Ácidos carboxílicos 23 Anidridos cíclicos com anéis de 5 ou 6 membros podem ser obtidos por aquecimento do diácido apropriado Reações de anidridos de ácidos carboxílicos Anidridos de ácidos carboxílicos são muito reativos e podem ser empregados para sintetizar ésteres e amidas A hidrólise de um anidrido fornece o respectivo ácido carboxílico Ácidos carboxílicos 25 Ésteres Síntese de ésteres Reação de esterificação A reação entre ácidos e álcoois fornecendo ésteres é chamada de esterificação de Fischer A esterificação de Fischer é um processo de equilíbrio A formação de éster é favorecida pelo emprego de um grande excesso de álcool ou do ácido carboxílico A formação do éster também é favorecida com a remoção de água Ácidos carboxílicos 26 A esterificação com metanol marcado fornece um produto marcado apenas no átomo de oxigênio ligado ao grupo metila Um mecanismo consistente com esta observação é mostrado abaixo Ácidos carboxílicos 27 A reação reversa é a hidrólise de éster catalisada por ácido A hidrólise é favorecida com o emprego de solução aquosa de ácido diluída Ésteres a partir de cloretos de acíla Cloretos de ácido reagem com álcoois na presença de uma base pe piridina formando ésteres Ácidos carboxílicos 28 Ésteres a partir de anidridos de ácidos carboxílicos A reação entre álcoois e anidridos formam ésteres Ácidos carboxílicos 29 Hidrólise de ésteres promovida por base saponificação A reação de um éster com hidróxido de sódio resulta n formação de um carboxilato de sódio e um álcool O mecanismo é reversível até a formação do álcool A protonação do alcóxido pelo ácido carboxílico formado inicialmente é irreversível Esta etapa desloca o equilíbrio no sentido dos produtos Ácidos carboxílicos 30 Lactonas ou hidroxiácidos sofrem reação catalisada por ácido formando ésteres cíclicos conhecidos como ou lactonas respectivamente Ácidos carboxílicos 31 As lactonas podem ser hidrolisadas com base aquosa A acidificação do produto carboxilato pode formar novamente a lactona inicial se muito ácido for utilizado Ácidos carboxílicos 32 Amidas Síntese de amidas Amidas a partir de cloretos de ácido Amônia aminas primárias ou secundárias reagem com cloretos de ácido formando amidas Um excesso de amina é utilizada para neutralizar o HCl formado na reação Ácidos carboxílicos podem ser convertidos em amidas através do cloreto de acila correspondente Ácidos carboxílicos 33 Amidas a partir de anidridos carboxílicos Anidridos reagem com 2 equivalentes de amina formando uma amida e um carboxilato de amônio A reação entre um anidrido cíclico e uma amina seguida de acidificação fornece um produto contendo os grupos funcionais amina e ácido carboxílico Ácidos carboxílicos 34 Amidas a partir de ácidos carboxílicos e carboxilatos de amônio A reação direta de ácidos carboxílicos e amônia forma sais de amônio Alguns sais de amônio de ácidos carboxílicos podem ser desidratados formando amidas à temperaturas elevadas Este método geralmente não é muito eficiente para a obtenção de amidas Uma boa forma de se sintetizar uma amida é converter um ácido carboxílico em um cloreto de ácido e em seguida reagir com amônia ou uma amina Ácidos carboxílicos 35 A dicicloexilcarbodiimida DCC é um reagente empregado para a síntese de amidas a partir de ácidos carboxílicos e aminas O DCC ativa o grupo carbonila de um ácido carboxílico para uma reação nucleofílica de adiçãoeliminação Ácidos carboxílicos 36 Hidrólise de amidas O aquecimento de uma amida em uma solução aquosa de ácido ou base concentrados resulta na hidrólise A hidrólise de uma amida é mais lenta do que a hidrólise de um éster Ácidos carboxílicos 39 Nitrilas a partir da desidratação de amidas Uma nitrila pode ser obtida a partir da reação de uma amida com pentóxido de fósforo ou com anidrido acético Hidrólise de nitrilas Uma nitrila é o equivalente sintético de um ácido carboxílico porque pode ser convertida em um ácido carboxílico por hidrólise Ácidos carboxílicos 42 Descarboxilação de ácidos carboxílicos Ácidos cetocarboxílicos e seus sais descaboxilam quando aquecidos O mecanismo da descarboxilação de um ceto ácido ocorre através de um estado de transição cíclico com 6 membros Ácidos carboxílicos 43 Ânions carboxilatos descarboxilam rapidamente porque formam um enolato estabilizado por ressonância Ácidos malônicos também descarboxilam facilmente Ácidos carboxílicos