DERIVADOS DE ÁCIDO

Flor de María LaraUniversidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ciencias Químicas y FarmaciaDepartamento de Química Orgánica

Interconversión de los derivados de ácido

Los derivados de ácido más reactivos se transforman fácilmente en derivados menos reactivosSólo 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 NombreMasaMolecular

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 ºCmoderadamente

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 básicoPero 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.

C

O

OH

C

O

OHO

O

O

CALOR

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 feniloes 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 + R´OH

(g del Éster) (1000)E= -------------------------------------------

[mL*N]base – [mL*N]ácido

(g del Éster) (1000)E= -------------------------------------------

[mL*N]base – [mL*N]ácido

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 importanteAnhídridos

• 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

cetona

amida acido

1° amina

• Algunos ejercicios:

OH

COCl

C6H5C

O

N

C6H5C

O

CH2CH2CH3

COO

HN

COOH

O

O

O

NH

O

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