Resoluçao de Atividades

Universidade de Caxias do Sul Área do Conhecimento em Ciências Exatas e Engenharia Química Orgânica II 20242 Docente Prof Dr Thiago Barcellos Página 1 de 3 Acidez e basicidade nos compostos orgânicos Exercícios adicionais recomendados T W Graham Solomons Química Orgânica Vol 1 12 ed Capítulo 3 Ácidos e bases Uma Introdução às reações orgânicas e seus mecanismos Exercícios página 134 320 322 323 324 325 326 ao 333 335 336 340 341 342 e 343 1 Utilizando as setas curvas represente o fluxo de elétrons nos reagentes os quais levarão aos produtos apresentados em cada uma das seguintes equações químicas Adicionalmente indique qual molécula se comporta como um ácido e qual molécula se comporta como uma base 2 Mostre a equação química e após o mecanismo reacional que representa as reações ácido base para a reação entre o ácido acético pKa 476 com a H2O b NaOH c HCl d H3O e NH3 Nas representações do mecanismo inclua apropriadamente as setas curvas indique valores de pKa quem são as espécies envolvidas ácido base ácido conjugado base conjugada e o favorecimento do equilíbrio reacional 3 Considerando as espécies químicas a seguir como bases de BronstedLowry represente as estruturas químicas para os respectivos ácidos conjugados a CH3CH2OH b CH3O c CH3COO d CH3CH2NH2 4 O ácido butanoico o qual é também chamado de ácido butírico e apresenta um valor de pKa de 482 é o composto responsável pelo sabor amargo e característico do leite e da manteiga Represente a estrutura química para o ácido butírico e diga se este é um ácido mais forte ou mais fraco que o ácido acético Ao compararmos o ácido butírico com o ácido fórmico podemos considerar ácido butírico um ácido mais forte ou mais fraco que o ácido fórmico Justifique Universidade de Caxias do Sul Área do Conhecimento em Ciências Exatas e Engenharia Química Orgânica II 20242 Docente Prof Dr Thiago Barcellos Página 2 de 3 5 Os sais orgânicos benzoato de sódio e propanoato de sódio estruturas mostradas abaixo são aditivos utilizados em alimentos para prevenir proliferação de microrganismo O benzoato de sódio é naturalmente encontrado em algumas frutas como a ameixa Identifique as estruturas abaixo e represente a reação necessária para obter estes sais orgânicos 6 O fenol é considerado uma substância mais acida que o cicloexanol Indique os valores de pKa destas duas substâncias e discuta o motivo de tal afirmação 7 Com relação a acidez a anilina protonada pKa 46 é um ácido mais forte que a ciclo hexilamina protonada pKa 112 Qual a razão para isto 8 O polímero poliácido acrílico PAA é formado por monômeros do ácido acrílico É um polímero aniônico com um vasto número de aplicações que vão da formulação de géis a base de água material absorvente em fraldas descartáveis material de limpeza e tintas O PAA é um polímero hidrofílico e a solubilidade em água aumenta em valores de pH mais elevados Pesquise as estruturas químicas do ácido acrílico do PAA e discuta o motivo do aumento da solubilidade do polímero em pH elevados 9 O ácido málico cuja estrutura é mostrada a seguir é encontrado em todos os organismos vivos e faz parte do processo de respiração celular o chamado ciclo de Krebs Na indústria de alimentos é empregado quando se necessita um sabor azedo ao alimento a Com base na estrutura química mostre e justifique qual dos hidrogênios é o mais ácido e relacione os seguintes valores de pKa com os respectivos hidrogênios ácidos Valores de pKa 346 510 e 150 b Mostre a equação química que representa a reação ácidobase entre o 1 mol do ácido málico com 1 mol de NaOH 10 O sal de potássio do 6metil123oxathiazin4ona mais conhecido como acessulfameK é utilizado como edulcorante artificial 200 vezes mais doce que o açúcar O pKa estimado para o acessulfameK é de 20 Mostre a reação química entre o acessulfame e o KOH para a obtenção do acessulfameK e represente como a base conjugada é estabilizada pelas estruturas de ressonância Represente as estruturas de forma completa empregando os pares de elétrons cargas e setas curvas Universidade de Caxias do Sul Área do Conhecimento em Ciências Exatas e Engenharia Química Orgânica II 20242 Docente Prof Dr Thiago Barcellos Página 3 de 3 11 Pesquise a estrutura química e os valores de pKa dos aminoácidos alanina e prolina Após represente a forma predominante destes aminoácidos nos seguintes valores de pH 10 74 e 12 12 Redesenhe a estrutura química para a forma predominante do adoçante aspartame na saliva cujo pH é 64 Também represente a forma predominante nos seguintes valores de pH 20 e 12 represente a estrutura completa da molécula 13 A amoxicilina é um antibiótico de amplo espectro cuja estrutura química possui 3 hidrogênios ácidos O hidrogênio do grupo ácido carboxílico com pKa de 21 o hidrogênio do grupo amônio com pKa2 de 74 e hidrogênio da hidroxílica fenólica com pKa de 96 Qual será a forma iônica predominante da amoxicilina no pH do plasma sanguíneo que em condições normais varia entre 735 e 745 Represente a estrutura completa da forma ionizada 14 Levando em consideração os conceitos de solubilidade acidez e basicidade dos compostos orgânicos pKa e pH planeje um procedimento experimental para em que seja possível separar os compostos ácido benzoico e paracloroanilina utilizando uma extração ácidobase Para a separação destes compostos você terá disponível os solventes água solvente polar e éter etílico com características menos polares e imiscível em água e as soluções aquosas de HCl 01 mol L1 e NaOH 01 mol L1 para a alteração do valor de pH Obs Não é necessário especificar os volumes e quantidades dos solventes e reagentes empregados apenas a sequência e o motivo consequência Universidade de Caxias do Sul Área do Conhecimento em Ciências Exatas e Engenharia Química Orgânica II 20242 Docente Prof Thiago Barcellos Página 1 de 2 Introdução as reações orgânicas 1 Para cada uma das ligações covalentes destacadas nas moléculas a seguir faça a identifique se a ligação é covalente polar ou apolar indique os valores de eletronegatividade para cada átomo envolvido na ligação b represente a clivagem da ligação homólise ou heterólise empregando as setas curvas Mostre também os respectivos produtos representando adequadamente os pares de elétrons não ligantes e as respectivas cargas quando houver 2 Analisando as espécies reativas mostradas abaixo identifique quais são eletrofílicas e quais são nucleofílicas a H2O b HO c H3O d Br e CH3O f CH3CH2SH g CH3CHCH2 h CH33C i Cl j H3C k CH3NH2 3 Para cada uma das transformações mostradas a seguir classifiqueas como aadição b eliminação c substituição ou d rearranjo Complete com as respectivas nomenclaturas para os reagentes e produtos Universidade de Caxias do Sul Área do Conhecimento em Ciências Exatas e Engenharia Química Orgânica II 20242 Docente Prof Thiago Barcellos Página 2 de 2 4 Abaixo são mostrados alguns exemplos de reações Identifique o tipo de reação que está acorrendo a reação de edição b reação de substituição ou c reação de eliminação Ainda proponha os reagentes e produtos que estão faltando nas equações 5 A seguir são mostradas equações químicas que estão incompletas Assim com base nas informações que estão presentes represente a estrutura químicas dos reagentes ou produtos que estão faltando e identifique o tipo de reação que está acorrendo reação de edição reação de substituição ou reação de eliminação Apresente essa informação sobre a seta reacional 6 No ciclo do ácido cítrico também conhecido como ciclo de Krebs uma das transformações que ocorre é a formação do fumarato a partir do succicinato Assim indique que tipo de reação está acorrendo nesta transformação e quais são os átomos que estão sendo adicionados eliminados ou substituídos Dica Para melhor resolver este problema inicialmente represente a estrutura molecular do ácido fumárico e o do ácido succcinico Após represente as reações ácidobase para estes compostos com a finalidade de obter os respectivos diânions base conjugadas Acidez e basicidade 1 a base ácido b base ácido c ácido base 2 a H2O OH H3O base ácido ác conjugado base conjugada pKa157 pKa476 b NaOH OH H2O base ácido ác conjugado base conjugada pKa476 pKa157 c HCl OH Cl ácido base conjugada pKa8 pKa476 d H3O OH H2O ácido base conjugada ác conjugada pKa17 pKa476 e NH3 OH NH4 base ácido ác conjugado conjugada pKa38 pKa476 3 a b CH3OH c OH d c HCl OH Cl ácido base conjugada pKa8 pKa476 d H3O OH H2O ácido base conjugada ác conjugada pKa17 pKa476 e NH3 OH NH4 base ácido ác conjugado conjugada pKa38 pKa476 3 a b CH3OH c OH d 4 Ácido butírico é mais fraco que ácido acético O ácido butírico é mais fraco que o ácido fórmico pois tem cadeia carbônica maior a qual é doadora de elétrons e diminui a estabilidade do carboxilato da base conjugada 5 NaOH NaOH 6 pKa10 pKa16 O fenol é mais ácido porque sua base conjugada é estabilizada por híbridos de ressonância devido à presença do anel aromático 7 pKa46 pKa112 A estrutura da base conjugada da anilina protonada é estabilizada por estruturas de ressonância conferindo maior acidez a essa estrutura 8 ác acrílico PAA Em pH elevado a estrutura do PAA é desprotonada e adquire carga negativa possibilitando interações íondipolo com a água aumentando sua solubilidade pKa510 pKa346 pKa150 O hidrogênio mais ácido pertence à carboxila menos distante da hidroxila a qual contribui com efeito indutivo retirador de elétrons e é tanto mais forte quanto menor for a distância relativa ao hidrogênio ácido b NaOH 10 11 pKa23 pKa20 pKa97 pKa106 Alanina Prolina Em pH10 Em pH74 Em pH12 12 pH64 pH2 pH12 Reações Orgânicas 1 a a Br Br covalente apolar ENBr 296 b Br Br 2 Br b a Cl Cl covalente apolar ENCl 316 b Cl Cl 2 Cl c a HO OH covalente apolar ENO 344 b HO OH 2 OH d a H3C Br covalente polar ENC 255 ENBr 296 b H3C Br H3C Br e a H3C Li covalente polar ENC 255 ENLi 098 b H3C Li H3C Li f a H3C CH3 covalente apolar ENC 255 b H3C CH3 2 CH3 g a Et OH covalente polar ENC 255 ENO 344 b H3CC OH H3CC OH2 2 Eletrofílicas H3O CH33C Nucleofílicas H2O HO Br CH3O CH3CH2SH CH3CH CH2 Cl H3C CH3NH2 3 Adição c Eliminação d Substituição a b Rearranjo e 4 A H2O Adição B OH HBr Br Substituição 13 pH 740 50 50 Como pH pKa2 aproximadamente metade das estruturas terão o grupo amônio protonado e a outra metade desprotonado 14 Com os compostos dissolvidos em água acidificar meio com HCl 01 M até pH 2 protonando os dois compostos Adicionar éter etílico para extrair o ácido benzóico que em pH 2 está em sua forma neutra e terá menor afinidade com a água A pcloroanilina permanece na água pois em pH 2 está com carga positiva interagindo com a água por interações íondipolo c I NaSCH3 SCH3 Substituição d OH H2O Eliminação 5 a Hex1eno H2O ADIÇÃO OH b Br KOH SUBSTITUIÇÃO OH KBr 1Bromobutano c OH ELIMINAÇÃO H2O d Br NaOH SUBSTITUIÇÃO OH NaBr 52Bromopentano RPentan2ol 6 Ác fumárico Ác succinico Succinato ELIMINAÇÃO fumarato 2H 2e