Transcript Derivados de Ácido QOII 2014 - Departamento de Química Orgánica

DERIVADOS DE ÁCIDO
Flor de María Lara
Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia
Departamento de Química Orgánica
Interconversión de los derivados de
ácido
Los derivados de ácido más
reactivos se transforman
fácilmente en derivados menos
reactivos
Sólo un ácido carboxílico se
puede transformar en un
intermedio más reactivo (el
cloruro de acilo) mediante una
reacción con cloruro de tionilo.
Estructura
• Estos tienen sitios muy electrofílicos en su
estructura.
Por qué el nombre??
• Se observó que éstos siempre se hidrolizaban a
ácido carboxílico.
Estructura
• El carbono acilo tiene carácter electrofílico ¿Qué
efecto tendrá el añadirle un grupo nucleofílico?
Entonces se estabiliza
• Todo depende de grupo, no es lo mismo
tener un cloro al lado, que un nitrógeno:
Reactividad de los derivados de
ácido
La reactividad de los derivados de ácido respecto al ataque nucleofílico
depende de su estructura y de la naturaleza del nucleófilo atacante.
Los cloruros de ácido son los derivados más reactivos, mientras que el ión
carboxilato es el derivado menos reactivo.
• La siguiente tabla muestra que tan
estabilizados se encuentran:
Propiedades Físicas
• Observemos algunas propiedades de compuestos
orgánicos
Fórmula
IUPAC Nombre
Masa
Molecular
Punto
Ebullición
Solubilidad en
agua
CH3(CH2)2CO2H
Ácido butanoico
88
164 ºC
muy soluble
CH3(CH2)4OH
1-pentanol
88
138 ºC
poco soluble
CH3(CH2)3CHO
pentanal
86
103 ºC
poco soluble
CH3CO2C2H5
Etanoato de etilo
88
77 ºC
moderadamente
soluble
CH3CH2CO2CH3
Propanoato de metilo
88
80 ºC
poco soluble
CH3(CH2)2CONH2
Butanamida
87
216 ºC
soluble
CH3CON(CH3)2
N,N-dimetilletanamida
87
165 ºC
muy soluble
CH3(CH2)4NH2
1-aminobutano
87
103 ºC
muy soluble
CH3(CH2)3CN
pentanonitrilo
83
140 ºC
poco soluble
CH3(CH2)4CH3
hexano
86
69 ºC
insoluble
Propiedades Físicas de
Halogenuros de ácido
Fórmula
Nombre IUPAC
Peso Molecular
Punto eb.
Solubilidad/agua
CH3(CH2)2CO2H
Ácido butanóico
88
164 ºC
very soluble
CH3(CH2)2CONH2
butanamida
87
216-220 ºC
soluble
CH3CH2CONHCH3
N-metilpropanamida
87
205 -210 ºC
soluble
CH3CON(CH3)2
N,N-dimetiletanamida
87
166 ºC
very soluble
HCON(CH3)CH2CH3
N-etil, N-metilmetanamida
87
170-180 ºC
very soluble
CH3(CH2)3CN
pentanonitrilo
83
141 ºC
slightly soluble
CH3CO2CHO
Ánhídrido matanóico y etanóico.
88
105-112 ºC
reacts with water
CH3CH2CO2CH3
Pentanoato de Metilo
88
80 ºC
slightly soluble
CH3CO2C2H5
Etanoato de etilo
88
77 ºC
moderately soluble
CH3CH2COCl
Cloruro de propanoilo
92.5
80 ºC
reacts with water
CH3(CH2)3CHO
pentanal
86
103 ºC
slightly soluble
CH3(CH2)2COCH3
2-pentanona
86
102 ºC
slightly soluble
Puntos de ebullición de los derivados de ácido
carboxílico.
Representación de los
puntos de ebullición de los
derivados de ácido frente a
sus masas moleculares. Se
incluyen los alcoholes y los
alcanos lineales como
referencia para la
comparación.
Las amidas tienen puntos
de ebullición más
elevados que el ácido, los
nitrilos, los ésteres y los
cloruros de ácido.
Regla general
• La siguiente gráfica:
Veamos la Estructura
• Si se observan las estructuras se puede observar
un poco mejor este comportamiento.
A qué se debe esto:
• Principalmente son fuerzas intermoleculares:
Fuerzas intermoleculares de las
amidas.
La representación de las formas resonantes de una amida justifica su fuerte
naturaleza polar. Los enlaces de hidrógeno y las atracciones dipolares estabilizan la
fase líquida, por lo que los puntos de ebullición son más altos.
Las amidas tienen puntos de ebullición más altos que los ácidos carboxílicos de
pesos moleculares parecidos
Algunas consideraciones finales
• Los ésteres son líquidos, con
excepción de algunas grasas.
• Las amidas son sólidas con
excepción de algunas formamidas.
• Los haluros de acilo suelen ser
líquidos.
• Los nitrilos son líquidos altamente
polares.
Solubilidad
• Los cloruros de acilo y los anhídridos se
descomponen en el agua para dar ácidos que por lo
regular pueden ser insolubles en agua.
• Algunas amidas y nitrilos por su polaridad pueden
ser solubles en agua y formar mezclas binarias
usadas para análisis instrumental.
Derivados de ácido en la
naturaleza:
• Existen varios derivados de ácido en la
naturaleza:
Tópico Interesante
• Los dálmatas tienen esas manchas por la
segregación de ácido úrico
Propiedades químicas
• ¿Cómo reaccionan los derivados de ácido?
• Note que el carbono es positivo:
Reversibilidad de la reacción
• Si Z es una base más débil que Y entonces la
reacción es reversible o no se da tan fácil:
• Si Y es una base más débil que Z entonces la
reacción se da:
Qué pasa si la basicidad es
similar
• Veamos un caso interesante, si son bases
equivalentes en cuanto a fuerza nucleofílica se
refiere:
Diagramas de Energía:
Grupos salientes
• ¿Cómo va esta estabilidad?
• En base a esto como debe ir la reactividad?
En resumen
• La reactividad se da, por la presencia de un átomo
más reactivo que el carbono acilo.
• Algunos nucleófilos no pueden sustituir algunos
grupos salientes. Ya que generarían una base más
fuerte y la reacción sería altamente reversible.
Las reacciones se interconvierten
• Si se aprecia de cerca, de cualquier derivado de
ácido puede obtenerse casi cualquier otro
derivado:
Hidrólisis de derivados de ácido.
• Ésta se da al añadir agua, ya sea por medio básico
o ácido, o simplemente la adición de agua.
Ejemplo de hidrólisis
• La hidrólisis de los haluros de ácido es
importante:
• Observe la base que se genera por la
reacción de sustitución-eliminación.
Otro ejemplo
• Los ésteres también pueden hidrolizados en
medio básico ó ácido, con esto se forman
sales:
Mecanismo
• Veamos el mecanismo, el cual es muy similar:
Algunas consideraciones:
• Es una reacción donde el equilibrio es sumamente
delicado:
Saponificación
• En medio alcalino, se puede dar lo que se
conoce como Saponificación (hidrólisis de
un éster promovido por base)
Mecanismo
• La saponificación tiene un mecanismo más simple
que la hidrólisis en medio ácido
Pero el medio es
básico
Consideraciones interesantes:
• Observe lo siguiente y comente:
Hidrólisis de Amidas
• Por ser el peor grupo saliente, ésta es una
hidrólisis difícil, hay una básica y otra ácida:
Hidrólisis de nitrilos
Reacciones de ácidos
carboxílicos:
• Esterificación de Fischer:
Mecanismo
• Es un mecanismo exactamente igual a los
vistos anteriormente:
Mecanismo
• Ya teniendo el intermediario tetrahédrico
todo es más fácil:
Una reacción muy útil
• Está es una reacción clásica en la química orgánica
además de muy útil y es la transformación de ácidos a
haluros de ácidos:
Y de un haluro se puede
obtener:
ácido
éster
amida
Anhídrido de ácido
Otras reacciones de haluros de
acilo:
• Estás son reacciones que dan productos que
no son derivados de ácido:
3° alcohol
Cetona
1° alcohol
aldehído
• Todas llevan el mismo mecanismo.
Reacciones de Anhídridos
• Los anhídridos también dan varias reacciones
ácido
éster
amida
acilbenceno
AlCl3
Ejemplos prácticos:
• Veamos los siguientes ejemplos:
Reacción importante
• La formación de anhídridos es sumamente
importante y se puede dar por calor.
O
C OH
O
CALOR
O
C OH
O
O
Síntesis de los anhídridos
Transformación de un cloruro de acilo en un anhídrido.
La reacción de un cloruro de acilo con un ácido da lugar al
anhídrido
Síntesis de los ésteres
Transformación de un cloruro de ácido en un éster.
El ataque nucleofílico del alcohol sobre el cloruro de ácido
produce el éster.
Síntesis de amidas.
Transformación de un cloruro de ácido en una amida.
La adición de dos equivalentes de amina al cloruro de
ácido producirá la amida.
Reacciones de los ésteres
• Las siguientes reacciones son características
ésteres
ácido
éster
amida
1° alcohol
3° alcohol
Trans-esterificación
• Se da cuando se cambia el grupo R del éster por
un R´, son reacciones útiles.
A esta reacción también se le conoce como
alcohólisis.
Reacción de transesterificación
Cuando un éster se trata con un alcohol diferente en presencia de un
catalizador ácido, los dos grupos alcohol se pueden intercambiar. Se
produce un equilibrio que puede estar desplazado hacia el éster que se
desee obtener utilizando un gran exceso de alcohol deseado o eliminando el
otro alcohol.
La transesterificación también se puede producir bajo condiciones básicas
utilizando un alcóxido.
Aminólisis
• Es una reacción carácterística de los ésteres. Y
se da para formar una amina, si se usa amoníaco,
se llama amonólisis.
Reactividad de los ésteres
• Puesto que los ésteres pueden poseer diferentes
grupos alquilo, hay que entender un poco como
éste afecta.
El acetato de fenilo
es más reactivo
A manera de ejercicio
• Enliste los siguientes ésteres en orden
decreciente a su velocidad de hidrólisis.
Equivalente de Saponificación
• Si se hidroliza un éster con una cantidad
conocida de base (puesta en exceso) puede
determinarse el equivalente de saponificación:
R
COOR´
+
OH
R
COO
+
(g del Éster) (1000)
E= ------------------------------------------[mL*N]base – [mL*N]ácido
R´OH
Hidrólisis de ésteres:
saponificación.
El jabón se obtiene a partir de la hidrólisis básica de las
grasas, que son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena larga
(ácidos grasos) con glicerol.
El hidróxido de sodio se utiliza para la reacción
Ejercicio
• ¿Cuántos moles de base se consumirían con
un mol de ftalato de dimetilo? ¿Cuál es el
equivalente de saponificación del estereato
de glicerilo?
• ¿Cuál es el equivalente de saponificación del
acetato de n-propilo? ¿hay 8 ésteres
alifáticos simples adicionales que tienen el
mismo equivalente de saponificación como
el del neutralizado.
Ésteres cíclicos: Lactonas
• El mecanismo de la lactonización es:
• Problemas clásicos: encuentre el error
en estos ejemplos
Otra ciclación importante
Anhídridos
• Siempre que se forme un cliclo de 5 o 6 miembros,
un ácido dicarboxílico puede formar éstos.
Reactividad de amidas
Reacciones de Amidas.
• Las siguientes reacciones son las carácterísticas
de las amidas:
Acido y amina
amina
1° amina
nitrilo
• Observemos al ponerle nombres a los grupos R
Deshidratación de amidas a
nitrilos.
Los agentes deshidratantes fuertes pueden eliminar agua de
las amidas primarias para formar nitrilos.
El oxicloruro de fósforo (POCl3) o el pentóxido de fósforo
(P2O5) se suelen utilizar como agentes
Tópico interesante
• El mecanismo de acción de la Penicilina, va por el
rompimiento de una Amida.
Tópico interesante
• Dependiendo quien sea el grupo R, así es la
acción de la Penicilina, por la estabilidad de
la amida:
Formación de Lactamas
• Un ácido más una amina es una amida,
entonces si se tiene un ácido y una amina en
una misma molécula ésta se puede ciclar.
Reacciones de Nitrilos.
• Las siguientes son reacciones carácterísticas de
nitrilos
amida
acido
1° amina
cetona
• Algunos ejercicios:
COCl
OH
O
C N
C6H5
O
C CH CH CH
2
2
3
C6H5
COO
H
N
COOH
O
O
O
O
NH
CH3
Tópicos interesantes para su carrera
Ácido L-ascórbico y eritromicina.
Las lactonas son frecuentes entre los productos naturales. En
soluciones ácidas, el ácido ascórbico es una mezcla en
equilibrio de las formas cíclica y acíclica, pero predomina la
forma cíclica.
Por ejemplo, el ácido L-ascórbico (vitamina C) es necesaria
en la dieta humana para evitar la enfermedad del tejido
conectivo conocida como escorbuto.
β-lactamas
Las β-lactamas son amidas con una reactividad inusual, son
capaces de acilar una amplia variedad de nucleófilos. La
tensión de un anillo de cuatro miembros parece ser la
responsable de la reactividad de las β-lactamas.
El anillo de β-lactamas se encuentra en las penicilinas,
cefalosporinas y carbapenemos.
Penicilina V, Keflex y Primaxin.
El anillo de β-lactama se encuentra en tres clases importantes
de antibióticos: las penicilinas, las cefalosporinas y los
carbapenemos.
Estos antibióticos aparentemente funcionan interfiriendo en
las síntesis de las paredes celulares de las bacterias
Función de las β-lactamas
Los antibióticos de β-lactámicos actúan acilando e
inactivando uno de los enzimas que se necesitan para
construir la pared celular de la bacteria.
La enzima acilada es inactiva
Estructura de la coenzima A
(CoA).
La coenzima A (CoA) es un tiol cuyos tioésteres actúan como reactivos
bioquímicos de transferencia del grupo acilo. El acetil-CoA transfiere un grupo
acetilo a un nucleófilo, actuando el coenzima A como grupo saliente.
Los tioésteres no tienden tanto a la hidrólisis porque son excelentes reactivos
acilantes selectivos; por tanto, los tioésteres son agentes acilantes comunes en los
seres vivos.
Síntesis de los ésteres de carbamato a partir de
isocianatos.
Otra forma de obtener uretanos es el tratamiento de un alcohol o un fenol
con un isocianato, que es formalmente un anhídrido del ácido carbámico.
A pesar de que el ácido carbámico es inestable, el uretano es estable
Ésta es la forma de obtener el insecticida Sevin
Síntesis de policarbonatos
Los policarbonatos son polímeros enlazados mediante la unión
carbonato
El diol que se utiliza para la obtención de Lexan es un fenol denominado
bisfenol A, intermedio frecuente en la síntesis de poliésteres y
poliuretanos.
Síntesis de los poliuretanos.
Un poliuretano se obtiene cuando un diol reacciona con un
diisocianato, que es un compuesto con dos grupos isocianato
La reacción del diisocianato de tolileno con etilenglicol
produce una de las formas más frecuentes de los
poliuretanos