Ácidos carboxílicos y derivados

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Unidad III. Ácidos Carboxílicos y Derivados Dr. Edgar García-Hernández División de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica e-mail: [email protected] 2016 ITZ TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Zacatepec 1

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Page 1: Ácidos carboxílicos y derivados

Unidad III. Ácidos Carboxílicos y Derivados

Dr. Edgar García-HernándezDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento

de Ingeniería Química y Bioquímicae-mail: [email protected]

2016 ITZ

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOInstituto Tecnológico de Zacatepec

   

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Page 2: Ácidos carboxílicos y derivados

Competencia específicaIdentificar, comparar y analizar, las características

estructurales, y las propiedades de ácidos carboxílicos y

derivados, esto permite aplicar los mecanismos de reacción y los métodos de síntesis de estos

compuestos de importancia en la industria y el ambiente.

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Page 3: Ácidos carboxílicos y derivados

Contenido3.1 Características estructurales de ácidos carboxílicos y derivados (halogenuros de alquilo, anhídridos, amidas, esteres y nitrilos) y nomenclatura.3.2 Hidroxiácidos y cetoácidos de importancia biológica.3.3 Acidez de ácidos carboxílicos.3.4 Obtención de ácidos carboxílicos y derivados.3.5 Reacciones de los ácidos carboxílicos y derivados:

3.5.1 Sustitución nucleofílica.3.5.2 Descarboxilación.3.5.3 Reducción.3.5.4 Hidrólisis.

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Page 4: Ácidos carboxílicos y derivados

3.1. Características estructurales de ácidos

carboxílicos y derivados (halogenuros de alquilo,

anhídridos, amidas, esteres y nitrilos) y nomenclatura.

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Page 5: Ácidos carboxílicos y derivados

Introducción• Los ácidos Carboxílicos, R-CO2H o R-COOH, ocupan

un lugar central entre los compuestos carbonílicos.• Tienen gran importancia en la Química y

Bioquímica.• Se obtienen de ellos numerosos derivados de

acilo:– Cloruros de ácido, esteres, amidas, anhídridos, nitrilos y

tioesteres.

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Page 6: Ácidos carboxílicos y derivados

Ácidos en la naturaleza• Ácido acético, CH3CO2H, principal componente del

vinagre.• Ácido butanóico, CH3CH2CH2CO2H, responsable del

olor a rancio de la mantequilla descompuesta.• Ácido hexanóico, ácido caproico, responsable del

inconfundible olor de las cabras y calcetines sucios.

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Page 7: Ácidos carboxílicos y derivados

Ácidos en la naturaleza• Ácido cólico, principal componente de la bilis

humana.

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Page 8: Ácidos carboxílicos y derivados

Ácidos en la naturaleza• Ácido palmítico, precursor biológico de grasas y

aceites vegetales.

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Page 9: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombres Comunes• Muchos ácidos alifáticos tienen nombres históricos.• La posición de los sustituyentes en la cadena son

etiquetados con letas griegas.

CH3CH2CHC

Cl

OH

O

Ácido -clorobutírico

CH3CH2CH2CHCH2COOH

Ph

Ácido -fenilcapróico

Page 10: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombres IUPAC• Adicione –ico al nombre del alcano (o alqueno) y al

principio la palabra ácido.• El carbono del grupo carbonílico es el #1.

CH3CH2CHC

Cl

OH

O

Ácido 2-clorobutanoico

PhC

HC

H

COOH

Ácido trans-3-fenilprop-2-enoico (ácido cinámico)

Page 11: Ácidos carboxílicos y derivados
Page 12: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombrando ácidos cíclicos• Los cicloalcanos unidos al -COOH se nombran como

ácidos cicloalcanocarboxílicos.• Los ácidos aromáticos se nombran como ácidos

benzóicos.

COOH

CH(CH3)2

Ácido 2-isopropilciclopentanocarboxílico

COOH

OHÁcido o-hidroxibenzóico

(ácido salicílico) =>

Page 13: Ácidos carboxílicos y derivados

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Ácidos Dicarboxílicos• Los diácidos alifáticos son generalmente nombrados por

sus nombres comunes.• Para los nombres IUPAC, numere la cadena a partir del

extremo más cercano al sustituyente.• Dos grupos carboxílicos en un anillo de benceno indican

un ácido ftálico.

HOOCCH2CHCH2CH2COOH

Br

Ácido 3-bromohexanodioicoÁcido -bromoadípico

Page 14: Ácidos carboxílicos y derivados

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Puntos de fusión• Los ácidos alifáticos con más de 8 carbonos son sólidos a

temperatura ambiente.• Los enlaces dobles (especialmente cis) disminuyen el

punto de fusión. Note estos ácidos de 18-C:– Ácido esteárico (saturado): 72C– Ácido Oléico (1 enlace doble cis): 16C– Ácido Linoléico (2 enlaces dobles cis): -5C

=>

Page 15: Ácidos carboxílicos y derivados

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Puntos de ebulliciónTienen puntos de ebullición altos, similares a los

alcoholes, debido a la fomación de dímeros.

Ácido acético, p.e. 118C =>

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Solubilidad• La solubilidad en agua disminuye con la longitud de la

cadena de carbono.• Los ácidos hasta 4 carbonos, son miscibles en agua.• Son más solubles en alcohol.• También son solubles en solventes relativamente no

polares como cloroformo.

Page 17: Ácidos carboxílicos y derivados

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Estructura del Carboxílo• El Carbono tiene hibridación sp2.• Los ángulos de enlace se aproximan a 120.

Page 18: Ácidos carboxílicos y derivados

18

Estructura del Carboxílo• Presentan estabilicazión por resonancia.

Page 19: Ácidos carboxílicos y derivados

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Page 20: Ácidos carboxílicos y derivados

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Puentes de hidrógeno• La mayoría de los ácidos carboxílicos existen como

dímeros cíclicos, lo cual eleva significativamente sus puntos de ebullición

Page 21: Ácidos carboxílicos y derivados

Dímero del ácido acético

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Page 22: Ácidos carboxílicos y derivados

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Estabilización por Resonancia

Page 23: Ácidos carboxílicos y derivados

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Estabilización por Resonancia

Page 24: Ácidos carboxílicos y derivados

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Sales de ácidos carboxílicos• El Hidróxido de Sodio remueve un protón para

formar la sal.• La adición de un ácido fuerte, como HCl, regenera

el ácido carboxílico.

CH3 C

O

OHNaOH

CH3 C

O

O_

Na+

HCl=>

Page 25: Ácidos carboxílicos y derivados

25

Nombrando las sales de ácidos• Nombre el catión.• Entonces nombre el anión reemplazando –ico por -

ato.

CH3CH2CHCH2COO- K+Cl

-clorovalerato de potasio3-cloropentanoato de potasio

=>

Page 26: Ácidos carboxílicos y derivados

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Propiedades de una sal de ácido• Generalmente son sólidos inodoros.• Las sales de carboxilatos de Na+, K+, Li+, y NH4

+ son solubles en agua.

• El jabón es la sal de sódio soluble de una ácido graso de cadena grande.

• Las sales pueden formarse por la reacción de un ácido con NaHCO3, liberando CO2. =>

Page 27: Ácidos carboxílicos y derivados

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Derivados ácidos• Todos pueden ser convertidos a ácidos carboxílicos

por hidrólisis ácida o básica.• Esteres y amidas abundan en la naturaleza.

=>

R C

O

X R C

O

O C

O

R' R C

O

O R R C

O

NH2 R C N

RCOX (RCO)2O RCOOR RCONH2 RCN

Page 28: Ácidos carboxílicos y derivados

28

Page 29: Ácidos carboxílicos y derivados

29

Page 30: Ácidos carboxílicos y derivados

30

Nombrando Ésteres• Los esteres se nombran como carboxilatos de

alquilo.• Alquil del alcohol, carboxilato del ácido carboxílico

precursor.

Acetato de isobutiloEtanoato de 2-metilpropilo

CH3CHCH2OCCH3

CH3 OHCOCH2

O

Formato de benciloMetanoato de bencilo

Page 31: Ácidos carboxílicos y derivados

Ésteres• Los aromas de muchas flores y frutos se deben a

los ésteres.

31

Page 32: Ácidos carboxílicos y derivados

32

Ésteres Cíclicos• La reacción del -OH y –COOH de la misma

molécula produce un éster cíclico, lactona.• Se nombran sistemáticamente como:

“2-oxacicloalcanonas”

Page 33: Ácidos carboxílicos y derivados

33

Amidas• Producto de la reacción de un ácido carboxílico y

amoniaco o una amina.• No básicas, debido a que el par de electrones del

N están deslocalizados por resonancia.

HC

O

N

H

HH

C

O

N

H

H

_

+

Ángulos de enlace alrededor del N son cercanos a 120.

Page 34: Ácidos carboxílicos y derivados

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Clases de Amidas• Amida 1: Tiene un enlace C-N (dos enlaces N-H).• Amida 2 o N-sustituida: Tiene dos enlaces C-N (un

enlace N-H).• Amida 3 o N,N-disustituida: Tiene tres enlaces C-N

bonds (no N-H).

Page 35: Ácidos carboxílicos y derivados

35

Nombrando amidas

Page 36: Ácidos carboxílicos y derivados

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Amidas cíclicas• La reacción de -NH2 y -COOH en la misma

molécula produce una amida cíclica, lactama.• Se nombran sistemáticamente como:

“2-azacicloalcanonas”

Page 37: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nitrilos• El grupo ciano (-CN) puede ser hidrolizado a

ácido carboxílico.

Page 38: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombrando nitrilos• Para los nombres IUPAC, se adiciona –nitrilo al

nombre del alcano.• Nombres comunes: Se elimina “ácido” y la

terminación “ico” y esta se reemplaza con -onitrilo.

CH3CHCH2CH2CH2CN

Br

5-bromohexanonitrilo-bromocapronitrilo

C N

Cyclohexanocarbonitrilo

Page 39: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombrando nitrilos

Page 40: Ácidos carboxílicos y derivados

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Cloruros de acilo• Son más reactivos que los ácidos.• Se nombran reemplazando “Ácido” con “Cloruro” y

la terminación “ico” con –ilo en los alifáticos y con “carbonilo” en los cíclicos.

Page 41: Ácidos carboxílicos y derivados

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Anhídridos de ácido• Dos moléculas de ácido se combinan con la

pérdida de agua para formar el anhídrido.• Son más reactivos que los ácidos, pero menos

reactivos que los cloruros de ácido.• Un ion carboxilato es el grupo saliente en la

reacción de sustitución acil nucleofílica.

R C

O

O H RC

O

OH R C

O

O C

O

R

Page 42: Ácidos carboxílicos y derivados

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Nombrando Anhídridos• Se reemplaza la palabra ácido con anhídrido.• Para un anhídrido mixto, nombrar ambos ácidos

en orden alfabético.• Diácidos pueden formar anhídridos de 5 o 6

miembros.

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43

Puntos de ebullición

Incluso las amidas 3Tienen atracciones fuertes.

Page 44: Ácidos carboxílicos y derivados

44

Puntos de fusión• Las amidas tienen altos puntos de fusión.• El punto de fusión incrementa con el número de

enlaces N-H.

H C

O

NCH3

CH3CH3 C

O

NH

CH3CH3CH2 C

O

NH

H

p.f. -61C p.f. 28C p.f. 79C

Page 45: Ácidos carboxílicos y derivados

45

Solubilidad• Los cloruros de ácido y anhídridos son tan

reactivos para ser usados con agua o alcohol.• Esteres, amidas 3, y nitrilos son buenos solventes

polares apróticos.• Solventes comúnmente utilizados en reacciones

orgánicas:– Acetato de etilo.– Dimetilformamida (DMF)– Acetonitrilo

Page 46: Ácidos carboxílicos y derivados

3.2. Hidroxiácidos y cetoácidos de importancia biológica.

46

Page 47: Ácidos carboxílicos y derivados

Hidroxiácidos• Muy utilizados a partir de lo 90´s.• Se utilizan principalmente en dermatología.• Uso extendido en fotoenvejecimiento cutáneo.• Generaciones en base a su estructura química

propiedades específicas.

47

Page 48: Ácidos carboxílicos y derivados

Familia Hidroxiácidos• Alfahidroxiácidos (AHA)• Betahidroxiácidos (BHA)• Polihidroxiácidos (PHA)

48

Page 49: Ácidos carboxílicos y derivados

Alfahidroxiácidos (AHAs)• Son ácidos carboxílicos orgánicos.• Constituidos por un grupo hidróxido en la posición

alfa.• Son de carácter hidrofílico.

49

Page 50: Ácidos carboxílicos y derivados

AHAs y su fuente natural• Ac. glicólico, monocarboxílico presente en la caña de

azúcar.• Ac. láctico, monocarboxílico presente en la leche

agria.• Ac. málico, dicarboxílico presente en la manzana.• Ac. cítrico, tricarboxílico presente en las frutas

cítricas.• Ac. tartárico, dicarboxílico presente en las uvas.

50

Page 51: Ácidos carboxílicos y derivados

Betahidroxiácidos• Ácido salicílico, único representante.• Ácido carboxílico aromático orgánico.• Grupo hidróxido en la posición Beta.

51

Page 52: Ácidos carboxílicos y derivados

Polihidroxiácidos• Químicamente similares a los AHA, pero son de

peso molecular más grande.• Ácido lactobiónico (ALB) formado por la

oxidación de la lactosa (azúcar de la leche).• Compuesto por una molécula de azúcar D-

galactosa, y una molécula de ácido D-glucónico

52

Page 53: Ácidos carboxílicos y derivados

ALB

53

Page 54: Ácidos carboxílicos y derivados

Tarea• Investigar sobre los Cetoácidos de importancia

biológica.

54

Page 55: Ácidos carboxílicos y derivados

3.3. Acidez de ácidos carboxílicos.

55

Page 56: Ácidos carboxílicos y derivados

56

Acidez

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57

Page 58: Ácidos carboxílicos y derivados

58

Page 59: Ácidos carboxílicos y derivados

59

Efecto de los sustituyentes sobre la acidez

Page 60: Ácidos carboxílicos y derivados

60

Efecto de los sustituyentes sobre la acidez

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Page 62: Ácidos carboxílicos y derivados

62

Efecto de los sustituyentes sobre la acidez

Grupo atractorGrupo donante

Page 63: Ácidos carboxílicos y derivados

63

Page 64: Ácidos carboxílicos y derivados

3.4. Obtención de ácidos carboxílicos y derivados.

64

Page 65: Ácidos carboxílicos y derivados

1. Por oxidación de alquenos y alquinos.

65

CCCH3 CH3

H CH3 KMnO4

(warm, conc.)C C

CH3

CH3

OHOH

H3C

H

C

O

H3C

H

C

CH3

CH3

O

C

O

H3COH

+

Page 66: Ácidos carboxílicos y derivados

1. Por oxidación de alquenos y alquinos.

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CCCH3 CH3

H CH3 O3 CH3C

H

O OC

CH3

CH3

O

Ozonuro

+(CH3)2S

CH3C

HO C

CH3

CH3

O CH3 S

O

CH3

DMSO

Page 67: Ácidos carboxílicos y derivados

2. Por oxidación de aldehídos y alcoholes primarios.

67

Page 68: Ácidos carboxílicos y derivados

3. Por oxidación bencílica de alquilbencenos.

68

Page 69: Ácidos carboxílicos y derivados

4. Por oxidación de anillos de benceno.

69

Page 70: Ácidos carboxílicos y derivados

5. Por oxidación de cianohidrinas y otros nitrilos.

70

Page 71: Ácidos carboxílicos y derivados

5. Por oxidación de cianohidrinas y otros nitrilos.

71

Page 72: Ácidos carboxílicos y derivados

5. Por oxidación de cianohidrinas y otros nitrilos.

72

Page 73: Ácidos carboxílicos y derivados

5. Por oxidación de cianohidrinas y otros nitrilos.

73

Page 74: Ácidos carboxílicos y derivados

6. Carbonatación de reactivos de Grignard

74

Page 75: Ácidos carboxílicos y derivados

75

6. Carbonatación de reactivos de Grignard

Page 76: Ácidos carboxílicos y derivados

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Derivados ácidos• El grupo unido al carbón acilo determina el tipo de

compuesto:– -OH, ácido carboxílico– -Cl, cloruro de ácido– -OR’, ester– -NH2, amida

• Se interconvierten via sustitución nucleofílica.

Page 77: Ácidos carboxílicos y derivados

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Esterificación de Fischer• Ácido + alcohol produce ester + agua.• Catalizador ácido para nucleófilos débiles.• Todos los pasos son reversibles.• Las reacciones alcanzan el equilibrio.

COOH

+ CH3CH2OHH+ COCH2CH3

O

+ HOH

=>

Page 78: Ácidos carboxílicos y derivados

78

Mecanísmo de Fischer (1)Protonación del carbonil y ataque al alcohol

(nucleófilo débil).

COH

O+

H+

+COH

OHCOH

OH

+CH3CH2OHCOH

OH

O H

CH2CH3

OH

R

COH

OH

O

CH2CH3

=>

Page 79: Ácidos carboxílicos y derivados

79

Mecanísmo de Fischer (2)Protonación del -OH y pérdida de agua.

+H+

COH

OH

O

CH2CH3

C

OH

O

CH2CH3

H

OH+ O

H

RC

O

CH2CH3

OH C

O

CH2CH3

O

=>

Page 80: Ácidos carboxílicos y derivados

80

Cloruros de ácido• Son una forma activada de los ácidos carboxílicos.• El cloro es un buen grupo saliente.• Para sintetizarlos se utiliza cloruro de tionilo o

cloruro de oxailo con el ácido.

C

O

OHC

O

C

O

Cl Cl+

C

O

Cl+ + +HCl CO CO2

=>

Page 81: Ácidos carboxílicos y derivados

81

Esteres a partir de cloruros de ácido

• Los cloruros de ácido reaccionan con alcoholes para dar esteres en buenos rendimientos.

• Se efectúa mediante una adición nucleofílica del alcohol al Cloruro de ácido.

CCl

O

+ CH3OH

COCH3

O

+ HCl

Page 82: Ácidos carboxílicos y derivados

82

Amidas a partir de Cloruros de ácido

• Los Cloruros de ácido reaccionan con amonio y aminas para dar amidas.

• Una base (NaOH o piridina) se adiciona para remover el HCl del producto.

CCl

O

+ CH3NH2

CNHCH3

O

NaOHNaCl H2O+ +

=>

Page 83: Ácidos carboxílicos y derivados

83

Diazometano• CH2N2 reacciona con ácidos carboxílicos para

producir esteres de metilo.• Es muy tóxico, explosivo. Se disuelve en eter.

C

O

OH +C

O

OCH3 +CH2N2 N2

Page 84: Ácidos carboxílicos y derivados

84

Mecanísmo

=>

Page 85: Ácidos carboxílicos y derivados

85

Amidas a partir de ácidos• La amina (base) remueve el protón del ácido

carboxílico para formar una sal.• Calentando la sal arriba de 100C y evacuando el

vapor se forma la amida.

C

O

OH +C

O

O- +NH3CH3

+

CH3NH2heat

C

O

NHCH3

H2O

=>

Page 86: Ácidos carboxílicos y derivados

3.5. Reacciones de los ácidos carboxílicos y derivados.

86

Page 87: Ácidos carboxílicos y derivados

3.5.1 Sustitución nucleofílica.3.5.2 Descarboxilación.3.5.3 Reducción.3.5.4 Hidrólisis.

87

Page 88: Ácidos carboxílicos y derivados

88

Page 89: Ácidos carboxílicos y derivados

89

Reducción a Alcoholes 1

• Se utiliza agentes reductores fuertes, LiAlH4.• Borano, BH3 en THF, reduce el ácido a alcohol,

pero no reduce la cetonas.

Page 90: Ácidos carboxílicos y derivados

90

Reducción a Aldehídos• Difícil detener la reacción en aldehído.• Se utiliza una forma más reactiva del ácido

carboxílico (un cloruro de ácido) y un agente reductor más débil, hidruro de litio y tri(t-butoxi)aluminio.

CCl

O

C

O

HLiAl[OC(CH3)3]3H

Page 91: Ácidos carboxílicos y derivados

91

Alquilación para obtener CetonasReaccionan 2 equivalentes de un reactivo de

organolitio con un ácido carboxílico.

COOH 1)

2)

CH3CH2 Li2

H2O

C

O

CH2CH3

Page 92: Ácidos carboxílicos y derivados

92

Interconversión de Derivados de ácidos

• El nucleófilo se adiciona al carbonil para formar un intermediario tetrahédrico.

• Al irse el grupo saliente se regenera el C=O.

C

O

R YNuc_

C

O

R Y

Nuc

_

C

O

R Nuc+ Y

_

=>

Page 93: Ácidos carboxílicos y derivados

93

Reactividad

La reactividad decrece a medida que el grupos saliente incrementa su basicidad.

=>

Page 94: Ácidos carboxílicos y derivados

94

Interconversión de Derivados

Los derivados más reactivos pueden convertirse a derivados menos reactivos.

=>

Page 95: Ácidos carboxílicos y derivados

95

Cloruros de ácido a Anhídridos• Un ácido o ion carboxilato atacan el C=O.• Se forma un intermediario tetrahedrico.• El ion cloruro sale, el enlace C=O se restaura y el

H+ sale.

+ HClC

O

R OC

O

R'

_

C

O

R Cl

OH C

OR'

C

O

R ClR' C

O

O H+

- H+

Page 96: Ácidos carboxílicos y derivados

96

Cloruros de Ácido a Esteres

+ HClC

O

R OR'

_

C

O

R Cl

OH R'

C

O

R Cl+

- H+

R' O H

Page 97: Ácidos carboxílicos y derivados

97

Clururos de Ácido a Amidas• Amonio produce amidas 1.• Una amina 1 produce amidas 2.• Una amina 2 produce amidas 3.

C

O

R NR'2

_

C

O

R Cl

NH R'2

C

O

R Cl+

R'2 N H

R'2 N HR'2NH2

+ Cl-+

Page 98: Ácidos carboxílicos y derivados

98

Anhídridos a Esteres• Un alcohol ataca un C=O del anhídrido.• Se forma un intermediario tetrahédrico.• El ion carboxilato sale, el C=O is restored y sale un

H+

_C

O

R OR'C

O

R OC

O

RR' O H+

C

O

R O

OH R'

C

O

R

_

O C

O

R +

Page 99: Ácidos carboxílicos y derivados

99

Anhídridos a Amidas

_C

O

R NR'2C

O

R OC

O

RR'2 N H+

C

O

R O

NH R'2

C

O

R

_

O C

O

R +

• Amonio produce amidas 1.• Una amina 1 produce amidas 2.• Una amina 2 produce amidas 3.

Page 100: Ácidos carboxílicos y derivados

100

Esteres a Amidas• El nucleofilo debe ser NH3 o una amina 1.• Se requiere calentamiento prolongado.

C

O

R NHR'

_

C

O

R OCH3

NH R'

H

C

O

R OCH3+

R' NH2 +OCH3_

Page 101: Ácidos carboxílicos y derivados

101

Grupos salientesUna base fuerte puede ser un grupo saliente en un

paso exotérmico.

Page 102: Ácidos carboxílicos y derivados

102

Transesterificación• Un grupo alcoxido puede ser reemplazado por otro

por catálisis ácida o básica.• Se utiliza un gran exceso del alcohol deseado.

C

O

OCH2CH3+ CH3OH H+ or -OCH3

C

O

OCH3

CH3CH2OH+

Page 103: Ácidos carboxílicos y derivados

103

Hidrólisis de Cloruros de Ácido y Anhídridos

• La hidrólisis occurre rápidamente, aún en aire húmedo sin catálisis ácida o básica.

• Los reactivos deben ser protegidos de la humedad.

+CH3 C

O

Cl HOH CH3 C

O

OH + HCl

Page 104: Ácidos carboxílicos y derivados

104

Hidrólisis Ácida de Esteres• Reacción inversa de la esterificación de Fischer.• Alcanza el equilibrio.• Requiere un exceso de agua.

+CH3 C

O

OCH3 HOH CH3 C

O

OH + CH3OHH+

Page 105: Ácidos carboxílicos y derivados

105

Saponificación• Investigar:• La reacción de Saponificación.• Diferencia entre jabón y detergente.

Page 106: Ácidos carboxílicos y derivados

106

Hidrólisis de AmidasSe requiere:• Calentamiento prolongado con una solución 6 M

de HCl, o• Una solución acuosa al 40% de NaOH.

+CH3 C

O

NHCH3-OH CH3 C

O

O- + CH3NH2H2O

+CH3 C

O

NHCH3 HCl CH3 C

O

OH + CH3NH3+Cl-

H2O

Page 107: Ácidos carboxílicos y derivados

107

Hidrólisis de Nitrilos• Bajo condiciones suaves, los nitrilos se hidrolizan a

amidas.• Calentando en medio ácido o básico acuoso se

hidroliza un nitrilo a un ácido.

+ H2O

C N -OHC

O

NH2 -OHheat

C

O

O-+ NH3

Page 108: Ácidos carboxílicos y derivados

108

Reducción a AlcoholesEl Hidruro de Litio y Aluminio reduce los ácidos,

cloruros de ácido y esteres a alcoholes primarios.

CH3CH2OH+

CH2OH

H2O2)1) LiAlH4

C

O

OCH2CH3

Page 109: Ácidos carboxílicos y derivados

109

Reducción a AldehídosLos Cloruros de ácido reaccionan con agentes

reductores débiles para dar un aldehído.

CH3CHCH2C

CH3 O

HLiAl(t-BuO)3HCH3CHCH2C

CH3 O

Cl

Page 110: Ácidos carboxílicos y derivados

110

Reducción a Aminas• El Hidruro de Litio y Aluminio reduce amidas y

nitrilos a aminas.• Nitrilos y amidas 1 se reducen a aminas 1.• A 2 amide reduces to a 2 amine.• A 3 amide reduces to a 3 amine.

CH3 C

O

NHCH3 CH3 CH2 NHCH3LiAlH41)

2) H2O

Page 111: Ácidos carboxílicos y derivados

111

Reactivos OrganometálicosReactivos de Grignard y organolitio se adicionan dos

veces a los cloruros de ácido para dar alcoholes despues de la protonación.

C

O

OCH2CH3 CH3MgBreter

C

OH

CH3CH3

2 H3O+

Page 112: Ácidos carboxílicos y derivados

112

Reactivos de Grignard y NitrilosUn reactivo de Grignard u organolitio ataca el grupo

ciano para dar una imina, la cual es hidrolizada a cetona.

C N CH3MgBrether

H3O+C NH3C MgBr

C OH3C

Page 113: Ácidos carboxílicos y derivados

113

Síntesis de Cloruros de ácido

C

O

OH SOCl2C

O

Cl+ +SO2 HCl

Page 114: Ácidos carboxílicos y derivados

114

Reacciones de Cloruros de ácido (1)

H2O

R'OH

R'NH2

R'COOH

R C

O

Cl

R C

O

OH + HCl

R C

O

OR'

R C

O

NHR'

R C

O

O C

O

R' + HCl

+ HCl

+ HCl

ácido

ester

amida

anhídrido

Page 115: Ácidos carboxílicos y derivados

115

Reacciones de Cloruros de ácido (2)

R C

O

H

R CH2OH

R C

O

R'

R C

OH

R'

R'

R C

O

Cl

H2O(2)(1) 2 R'MgX

R'2CuLi

(1)(2) H2O

LiAlH4

Li( BuO)3AlHt-

ZAlCl3

C

O

RZ

3° alcohol

cetona

1° alcohol

aldehido

acilbenceno

Page 116: Ácidos carboxílicos y derivados

116

Síntesis en Lab de Anhídridos• El cloruro de ácido reacciona con ácido carboxílico

o ion carboxilato.C

O

Cl+ CH3 C

O

O_ C

O

O C

O

CH3

• Se calienta ácidos dicarboxílicos para formar anhídridos cíclicos

C

O

OH

C

O

OHO

O

O

Page 117: Ácidos carboxílicos y derivados

117

Reacciones de Anhídridos

R C

O

O C

O

R

R C

O

OH + RCOOH

R C

O

OR'

R C

O

NHR' + RCOOH

+ RCOOH

AlCl3

H2O

R'OH, H+

R'NH2

ZC

O

RZ

ácido

ester

amida

Acilbenceno

Page 118: Ácidos carboxílicos y derivados

118

Síntesis de ÉsteresR C

O

OR'R C

O

OH + R'OHH+

+ HOHácido

R C

O

OR'R C

O

Cl + R'OH + HClCloruro de ácido

R C

O

OR'R C

O

O C

O

R + R'OHH+

+ RCOOHanhídrido

R C

O

OH CH2N2+ R C

O

OCH3 N2+metil ester

Page 119: Ácidos carboxílicos y derivados

119

Reacciones de Esteres

R C

O

OR'

R C

O

OH + R'OH

R C

O

OR''

R C

O

NHR'' + R'OH

+ R'OH

R CH2OH

R C

OH

R''

R''H2O(2)

(1) 2 R''MgX

(1)(2) H2O

LiAlH4

H2O

R''OH,

R''NH2

H+ or -OR''

ácido

ester

amida

1° alcohol

3° alcohol

Page 120: Ácidos carboxílicos y derivados

120

Lactonas• Se favorece la formación para anillos de 5 y 6

miembros.O

OCOOHOH H+

H2O+

H+H2O+

O

O

OH

COOH

• Para anillos más grandes, remover el agua para favorecer la reacción.

Page 121: Ácidos carboxílicos y derivados

121

Síntesis de AmidasR C

O

OH + HOH+ R'NH2heat

R C

O

NHR'ácido

R C

O

O C

O

R + RCOOHR'2NH R C

O

NR'2+anhídrido

R C

O

OR'' + R''OHR'NH2 R C

O

NHR'+ester

R C

O

NH2R C N + H2O H+ or OH-

nitrilo

Cloruro de ácidoR'2NH2

+Cl-+R C

O

NR'2R'2NH+ 2R C

O

Cl

Page 122: Ácidos carboxílicos y derivados

122

Reacciones de Amidas

R C

O

OH + R'NH2

R C

O

NHR'

R CH2NHR'(1)(2) H2O

LiAlH4

H2OH+ or -OH

Br-, OH-R NH2 + CO2

POCl3(or P2O5)

R C N

Ácido y amina

amina

1° amina

nitrilo

Page 123: Ácidos carboxílicos y derivados

123

Formación de Lactamas• Anillos de 5 y 6 miembros pueden formarse

calentando - and -amino acidos.NH

OCOOH

NH2 heat+ H2O

• Anillos más grandes o más pequeños no se forman fácilmente.

Page 124: Ácidos carboxílicos y derivados

124

-Lactamas• Los anillos de 4 miembros son muy reactivos.• Se encuentran an antibióticos aislados de fungi.

Amida ester !!

Page 125: Ácidos carboxílicos y derivados

125

Síntesis of NitrilosR C

O

NH2 R C NPOCl3

1° amida

R C N +R X NaCN Na+X-

haluro de alquilo

+Ar N N+ CuCN Ar CN N2Sal de diazonio

R C

O

R'HCNKCN

R C R'HO CN

aldehido o cetona

cianohidrina

Page 126: Ácidos carboxílicos y derivados

126

Reacciones de Nitrilos

R C

O

NH2

R CH2NH2(1)(2)

LiAlH4

H2OH+ or -OH

R C N

H+ or -OHH2O R C

O

OH

H2O

R'MgXR C

N

R'

MgXH3O

+

R C

O

R'cetona

amida ácido

1° amina

Page 127: Ácidos carboxílicos y derivados

127

Esteres de Ácido Carbonico• CO2 en agua contiene algo de H2CO3.• Los diesteres son estables.• Se sintetizan a partir del fosgeno.

+C

O

ClCl CH3CH2OCOCH2CH3

O2 CH3CH2OH

Dietilcarbonato

Page 128: Ácidos carboxílicos y derivados

Poliésteres

128

Page 129: Ácidos carboxílicos y derivados

Poliamidas

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Page 130: Ácidos carboxílicos y derivados

Usos Nylon 6,6

130

Page 131: Ácidos carboxílicos y derivados

Nota

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Page 132: Ácidos carboxílicos y derivados

Nota

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Page 133: Ácidos carboxílicos y derivados

Nota

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Page 134: Ácidos carboxílicos y derivados

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Page 135: Ácidos carboxílicos y derivados

Fin de la Unidad

Dr. Edgar García-HernándezDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento

de Ingeniería Química y Bioquímicae-mail: [email protected]

2016 ITZ

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOInstituto Tecnológico de Zacatepec

   

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