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Curso: Química orgânica > Unidade 11
Lição 4: Nomenclatura e reações dos derivados de ácido carboxílico- Nomenclatura e propriedades dos haletos de acila (ácido) e anidridos de ácido
- Nomenclatura e propriedades dos ésteres
- Nomenclatura e propriedades das amidas
- Reação de ácidos carboxílicos e derivados
- Substituição nucleofílica acílica
- Hidrólise de éster catalisada por ácido
- Hidrólise catalisada por ácidos e bases de amida
- Antibióticos betalactâmicos
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Hidrólise catalisada por ácidos e bases de amida
O mecanismo para a hidrólise de amidas catalisado por ácidos e bases. Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA12 - Olá, meu amigo e minha amiga! Nós vamos ver hoje
hidrólise de amidas. Já vimos que as amidas são, geralmente, não
reativas devido à estabilização da ressonância. Mas podemos forçá-las a hidrolisar
se usarmos condições severas, como um ácido forte ou uma base
forte e aquecermos por várias horas. Se olharmos esta amida, podemos quebrar
esta ligação do C dupla O com o NH₂ usando um ácido forte
na presença de calor para formar um ácido carboxílico. Vamos dar uma olhada no mecanismo para
a hidrólise catalisada por ácido de amida. Então, o que vai acontecer? Este par de elétrons do oxigênio
vai vir e atacar este H. Por outro lado, este par de elétrons do
hidrogênio com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, vamos ver aí o que nós
vamos ter produzido neste passo. Então, nós temos o
R ligado no C dupla O. O oxigênio, agora, pegou um hidrogênio.
Então, ele está ligado no hidrogênio, com o seu par de elétrons
disponível e sua carga positiva. E o carbono ligado no NH₂. Fazendo o sentido dos elétrons, este par de
elétrons do oxigênio que veio pegar este hidrogênio é este par de elétrons do hidrogênio
com o oxigênio ligado no hidrogênio. O que vai acontecer
neste próximo passo? O oxigênio é mais
eletronegativo que o carbono, vai puxar o par de elétrons para ele,
vai gerar uma densidade de carga negativa e o carbono vai ficar com uma
densidade de carga positiva. Portanto, ele vai ser um eletrófilo. Então, nós temos aqui a água
(oxigênio ligado nos dois hidrogênios), o oxigênio com seus dois
pares de elétrons disponíveis. A água vai atuar
como um nucleófilo. Então, ela vai vir e atacar
o carbono da carbonila. Por outro lado, este par de elétrons do
carbono com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, vamos ver o que vai
ser produzido nesta etapa. Então, nós temos o
carbono ligado no oxigênio (o oxigênio ligado no hidrogênio, agora, o oxigênio com os seus
dois pares de elétrons disponíveis), ligado no R,
ligado no NH₂. O carbono que foi atacado pelo
oxigênio da água se ligou no oxigênio. O oxigênio, agora com um par de elétrons somente,
ligado nos dois hidrogênios e com a sua carga positiva. Seguindo os elétrons, este par de elétrons em
azul do oxigênio que atacou o carbono da carbonila é este par de elétrons que
ligou o carbono com o oxigênio. No próximo passo,
o que vai acontecer? Nós vamos ter outra molécula de água,
[e] agora ela vai funcionar como uma base. Então, nós temos aí o oxigênio
ligado nos dois hidrogênios, os dois pares de elétrons
disponíveis do oxigênio. Este par de elétrons vai vir
e atacar este hidrogênio. Por outro lado, este par de elétrons do
hidrogênio com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, vamos ver o que vai
ser produzido neste passo. Então, nós temos aí o carbono ligado no
oxigênio (o oxigênio ligado no hidrogênio, o oxigênio com seus dois
pares de elétrons disponíveis), ligado no R,
ligado no NH₂. Vou ter que representar agora o nitrogênio
ligado nos dois hidrogênios separados (mostrando aí o par de
elétrons dele disponível), e o carbono ligado no oxigênio. O oxigênio, com dois pares de
elétrons agora, ligado no hidrogênio. Vamos ver aí o sentido dos elétrons. Este par de elétrons do hidrogênio
com o oxigênio, que foi para o oxigênio, é este par de elétrons
disponível do oxigênio. E esta ligaçãozinha entre o
carbono e o oxigênio de azul continua sendo esta ligação do
carbono com o oxigênio em azul. O NH₂, agora, vai
funcionar como uma base. Então, ele vai acabar reagindo com o ácido, que é o
hidrônio ou o hidroxônio. Então, vamos desenhá-lo aqui. O oxigênio fazendo aí suas
três ligações com o hidrogênio. O oxigênio com um par de elétrons
disponível e sua carga positiva. Então, este par de elétrons do
nitrogênio vai vir e pegar este hidrogênio. Então, o que nós vamos
ter produzido nesta etapa? Então, nós temos o
carbono ligado no oxigênio (o oxigênio, com os seus dois pares
de elétrons, ligado no hidrogênio), ligado no R aqui embaixo,
ligado no outro oxigênio (com os dois pares de elétrons
disponíveis, ligado no hidrogênio). E o nitrogênio agora (ele tinha
[se] ligado a dois hidrogênios) acabou fazendo uma ligação com o outro hidrogênio
que ele pegou, ficando com sua carga positiva. Fazendo o sentido dos elétrons, este par de elétrons do nitrogênio,
que atacou o hidrogênio, vai ser este par de elétrons
do nitrogênio com o hidrogênio. Agora, nós temos aqui
o nosso grupo de saída. O que vai acontecer
nesta próxima etapa? Então, nós vamos ter
agora a reforma da carbonila. Então, este par de elétrons do oxigênio vai vir
para o carbono e o oxigênio, reformando a carbonila. Por outro lado, este par de elétrons do
carbono com o nitrogênio vai para o nitrogênio, produzindo o nosso grupo de saída. Então, o que nós vamos ter produzido? Então, nós temos, agora, o carbono fazendo a
dupla O com o oxigênio, reformando a nossa carbonila. O oxigênio ligado no hidrogênio,
com um par de elétrons disponível. Este carbono ligado no R e ligado no OH.
E o nosso grupo de saída aqui, que é o NH₃. Então, vamos desenhar o nitrogênio
ligado aos três hidrogênios (agora, com o seu par
de elétrons disponível). Vamos seguir os elétrons. Então, este par de elétrons do
carbono com o oxigênio, que foi reformar a carbonila, é este par de elétrons
do oxigênio com o carbono. E este par de elétrons do carbono com o nitrogênio,
que foi formar o nosso grupo de saída, é este par de elétrons
desemparelhado do nitrogênio. Agora, na nossa última etapa, nós
vamos formar o nosso ácido carboxílico. O que vai acontecer? Este par de elétrons do nitrogênio vai vir
e arrancar ou atacar este hidrogênio. Este par de elétrons do hidrogênio
com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, nós vamos ter aí o carbono
fazendo dupla ligação com o oxigênio (o oxigênio, agora, com dois
pares de elétrons disponíveis), ligado no R. E o R ligado no OH. Então, vamos ver aí o sentido dos elétrons
que acabou formando o nosso ácido carboxílico: este par de elétrons do hidrogênio
com o oxigênio que veio para o oxigênio é este par de elétrons
desemparelhado do oxigênio. E foi produzido, pelo ataque do nitrogênio
neste hidrogênio, o nosso íon amônio. Então, vamos desenhar
o nosso íon amônio. Então, nós temos aí o nitrogênio
ligado nos três hidrogênios. Acabou pegando mais um
hidrogênio, produzindo aí o NH₄⁺. Sentido dos elétrons: este par de elétrons
do nitrogênio que atacou o hidrogênio é este par de elétrons do
nitrogênio com o hidrogênio, formando aqui o nosso ácido
carboxílico e nosso íon amônio. Este último passo favorece
a formação dos produtos. Isto é o que ajuda a conduzir esta reação
até formar o nosso ácido carboxílico. Vamos ver, agora, uma outra
maneira de hidrolisar uma amida. Desta vez, vamos usar uma base. Nós fizemos anteriormente
usando um ácido, agora nós vamos usar uma base.
Vamos ver o mecanismo. Nós temos aqui a nossa amida reagindo com
o hidróxido de sódio, que é uma base forte. O que vai acontecer? O ânion hidróxido é um
nucleófilo melhor do que a água. Então, este par de elétrons do oxigênio
vai vir e atacar o carbono da carbonila. Por outro lado, este par de elétrons do
carbono com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, vamos ver o que vai
ser produzido neste passo. Então, nós temos o carbono
ligado com o oxigênio. O oxigênio, agora com dois
pares de elétrons disponíveis, recebeu mais um do carbono com o oxigênio,
ficando com três pares de elétrons disponíveis, com sua carga negativa. O carbono ligado no R, ligado no NH₂.
E quem que entrou agora? Este carbono foi atacado pela hidroxila. Então, ele se ligou no O.
O oxigênio ligado no hidrogênio. O oxigênio com seus dois
pares de elétrons disponíveis. Sentido dos elétrons: este par de elétrons
do oxigênio que atacou o carbono da carbonila é este par de elétrons
do carbono com o oxigênio. E este par de elétrons do carbono
com o oxigênio, que foi para o oxigênio, é este par de elétrons
disponível do oxigênio. Agora, o que nós vamos fazer?
Nós vamos reformar a carbonila. Então, este par de elétrons do oxigênio
vai vir para o carbono com o oxigênio. Por outro lado, este par de elétrons do carbono com o
nitrogênio vai para o NH₂, que é o nosso grupo de saída. Então, vamos ver o que nós
temos produzido nesta etapa. Então, nós temos o C
reformando o dupla O (o oxigênio com os seus dois
pares de elétrons disponíveis), ligado no R. O R ligado no oxigênio.
O oxigênio ligado no hidrogênio. O oxigênio com seus dois
pares de elétrons disponíveis. Formando, aí, o
nosso ácido carboxílico. Este par de elétrons do
carbono com o oxigênio é este par de elétrons do carbono
com o oxigênio em azul aqui. Este par de elétrons do oxigênio
que foi para o carbono é este par de elétrons do carbono com
o oxigênio, que formou a nossa carbonila. O que foi produzido?
Foi produzido também o NH₂. Então, nós temos o N ligado no
hidrogênio, ligado no outro hidrogênio. Este nitrogênio, que já tinha um
par de elétrons disponível aqui, continuou com este
par de elétrons disponível, e ganhou mais um par de
elétrons do carbono com o N₂. Então, este par de elétrons do carbono com o nitrogênio
é este par de elétrons disponível aqui do nitrogênio. E ele ficando aí
com sua carga negativa. Este ânion amida é uma base forte. Então, nós temos aí uma base forte e temos um
ácido. Então, vamos ter uma reação ácido-base. Então, esta base forte vai vir e
arrancar este H⁺, ou atacar este H⁺. Por outro lado, este par de elétrons do
hidrogênio com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, o que nós vamos ter produzido? O R ligado no carbono, O carbono dupla O com o oxigênio (o oxigênio com os seus dois
pares de elétrons disponíveis) ligado no outro oxigênio. O outro oxigênio, agora, com dois
pares que ele tinha, ganhou mais um, ficando com três pares,
com sua carga negativa. Então, nós temos aí a base conjugada
do nosso ácido carboxílico, ou carboxilato. Seguindo os elétrons: este par de elétrons do
hidrogênio com o oxigênio que foi para o oxigênio é este par de elétrons
desemparelhado do oxigênio. E foi produzida também a amônia. Então, o nitrogênio, ligado a dois hidrogênios,
veio e acabou pegando o outro hidrogênio, produzindo o NH₃ com o
par de elétrons disponível. Então, este par de elétrons do
nitrogênio que atacou este hidrogênio formou a ligação do
nitrogênio com o hidrogênio. Mais uma vez, este
equilíbrio ácido-base favorece a formação do nosso produto
e ajuda a impulsionar a reação. Finalmente, vamos pensar em como iríamos do
nosso ânion carboxilato ao nosso ácido carboxílico. Então, nós precisamos de uma
fonte de prótons, que é o H⁺. Portanto, este par de elétrons do oxigênio vem e
pega este H⁺, formando o nosso ácido carboxílico. Então, nós vimos aí duas maneiras
de hidrolisar nossa amida. Vamos olhar esta reação aqui. Vamos dizer que o nosso objetivo é, a partir
da benzamida, produzirmos o ácido benzoico. Acabamos de aprender duas
maneiras de fazer isso. A primeira seria adicionar água,
adicionar um ácido e aquecer este processo. Então, nós vamos ter aí a quebra desta ligação,
ou a hidrólise, produzindo o ácido benzoico. Esta é a chamada hidrólise
de amida catalisada por ácido. Ou usarmos uma base na primeira etapa. Vamos colocar aqui o NaOH,
o hidróxido de sódio (Na⁺ e OH⁻). Também aquecemos. Aí, nós vamos ter a produção do carboânion. E, na segunda etapa,
vamos protonar este carboânion. Destas duas maneiras, nós produzimos o nosso
ácido carboxílico por meio da hidrólise de uma amida.