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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 de éster catalisada por ácido
O mecanismo da hidrólise de ésteres catalisada por ácidos (e transesterificação). Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA3JV - Olá, meu amigo
e minha amiga. No vídeo da
esterificação de Fischer, vimos que se pegarmos
um ácido carboxílico com um álcool
catalisado por um ácido, nós temos a produção
de um éster e da água. Nosso objetivo, neste vídeo, é fazer
mais do nosso éster em questão. Então, se deslocarmos
o equilíbrio para a direita, nós vamos ter uma maior
concentração do produto. Na reação inversa, nós temos
a hidrólise do éster. Se aumentarmos
a concentração da água, este equilíbrio vai ser
deslocado para a esquerda e nós vamos ter
produzido, em questão, o nosso ácido carboxílico
e nosso álcool. Lembrando que para produzir
o nosso ácido e nosso álcool, tem que ocorrer a quebra da
ligação aqui, que ocorre no éster. Esta parte aqui
da molécula do éster, vai ser esta parte da molécula
que vai formar o nosso álcool. Vamos dar uma olhada
no mecanismo desta reação. Vamos desenhar
aqui o nosso éster, o R ligado
ao carbono, o carbono fazendo "dupla O"
com o oxigênio, ligado ao outro oxigênio,
ligado ao R'. Nós temos em solução a água mais o H+,
então vai ser produzido o H₃O+. Então, vamos desenhá-lo, o oxigênio
ligado aos seus dois hidrogênios, ligado a mais
um hidrogênio com o seu par de elétrons
disponível e sua carga positiva. Este é o íon hidrônio
ou íon hidroxônio. O oxigênio do éster tem dois
pares de elétrons disponíveis. Neste primeiro passo,
ele vai ser protonado. Então, este par de elétrons do
oxigênio vem e arranca um H+. Por outro lado, este par
de elétrons de hidrogênio com oxigênio,
vai para o oxigênio. Então, vamos ver o que nós
temos neste primeiro passo. Então, nós temos a dupla
ligação com o oxigênio. O oxigênio agora veio
e arrancou este H+, e o oxigênio com somente um
par de elétrons disponível. Ligado aqui, nós temos o R,
ligado aqui, o oxigênio e o R'. Seguindo o sentido
destes elétrons, este par de elétrons do oxigênio
que veio atacar ou pegar este H+, é este para de elétrons da ligação
do oxigênio com o hidrogênio. No próximo passo,
o que vai acontecer? Então, nós temos aí
uma molécula de água. Vamos desenhar
a molécula de água com os seus dois pares
de elétrons disponíveis. O oxigênio é mais eletronegativo,
puxa o par de elétrons para ele. O carbono fica com sua
densidade de carga positiva, portanto, ele
é um eletrófilo. A água vai funcionar
como um nucleófilo, então este par de elétrons
do oxigênio vem e ataca o carbono. Por outro lado,
este par de elétrons do carbono com o oxigênio,
vai para o oxigênio. Então, vamos desenhar o que foi produzido
neste passo ou nesta etapa. Então, nós
temos o carbono. Entrou nele o oxigênio
com os dois hidrogênios. O oxigênio agora com
somente um par de elétrons e uma carga positiva
ligado ao outro oxigênio. Agora, somente
uma ligação simples, outro par de elétrons entre o carbono
e oxigênio foi para o oxigênio, ficando, portanto, com dois pares
de elétrons ligados ao hidrogênio. Ligado aqui também o R,
ligado aqui o O e o R'. Seguindo os elétrons,
o que nós temos? Este par de elétrons do oxigênio que veio
e atacou o carbono é este par de elétrons que fez a ligação do
carbono com o oxigênio. Este par de
elétrons do carbono com o oxigênio que
foi para o oxigênio, é este par de elétrons
disponível do oxigênio. Neste próximo passo, a água
vai desprotonar essa estrutura. Então, vamos
desenhar a água. Nós temos o oxigênio
ligado a dois hidrogênios, o oxigênio com seus dois
pares de elétrons disponíveis. Este par de elétrons do
oxigênio vem e ataca este H+. Por outro lado,
este par de elétrons do hidrogênio com oxigênio,
vai para o oxigênio. Então, o que nós vamos
ter produzido nesta etapa? Então, nós temos o carbono
ligado ao oxigênio, o oxigênio com os seus dois
pares de elétrons disponíveis ligado ao hidrogênio. Este carbono ligado ao R,
ligado aqui embaixo, ao O, ligado também ao R'
e ligado ao oxigênio. O oxigênio agora com dois
pares de elétrons disponíveis ligado ao hidrogênio. Seguindo os elétrons,
este par de elétrons da ligação do hidrogênio
com o oxigênio, veio formar este par de elétrons
desemparelhado do oxigênio. No próximo passo,
vamos protonar este oxigênio. Lembrando que ele tem dois
pares de elétrons disponíveis. Para protonar, nós vamos
usar o íon hidroxônio. Então, vamos colocar o oxigênio
ligado aos três hidrogênios com seu par de elétrons
disponível e sua carga positiva. Então, o que
vai acontecer? Este par de elétrons
do oxigênio vem e pega 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 neste processo? Nós vamos ter o carbono
ligado ao oxigênio com os seus dois pares de elétrons
disponíveis ligados ao hidrogênio, ligado ao outro oxigênio com os seus
dois pares de elétrons disponíveis, ligado ao hidrogênio,
ligado aqui embaixo ao grupo R. O oxigênio agora com
um par de elétrons disponível, ligou ao hidrogênio ligado ao R',
e o oxigênio com sua carga positiva. Seguindo os elétrons,
este par de elétrons do oxigênio que atacou o hidrogênio
é este par de elétrons do oxigênio
com o hidrogênio. No próximo passo, nós
vamos reformar a carbonila. O que vai acontecer? Este par de elétrons
do oxigênio vai vir, formar ligação dupla
entre o carbono e o oxigênio. Por outro lado,
este par de elétrons do carbono com o oxigênio,
vem para o oxigênio. Então, o que nós vamos
ter produzido nesta etapa? Nós temos o carbono formando
dupla ligação com o oxigênio. O oxigênio ligado ao hidrogênio
com um par de elétrons sobrando, e sua carga positiva, ligado
ao grupo R e ligado ao OH. Quem saiu? Saiu o oxigênio ligado ao R',
ligado ao hidrogênio. O oxigênio com os seus dois
pares de elétrons disponíveis. Então, nós temos nosso grupo
de saída que vai ser o álcool. Seguindo os elétrons, este par
de elétrons do carbono com o oxigênio, que foi para o oxigênio,
é este par de elétrons disponível. Este par de elétrons
do oxigênio com o carbono, veio formar esta dupla ligação
do carbono com o oxigênio. Este par de elétrons do oxigênio
com o hidrogênio em azul, é este par de elétrons do hidrogênio
com o oxigênio em azul aqui. No último passo, nós vamos produzir
o nosso ácido carboxílico. Então, a água vai funcionar como
uma base e vai atacar este H+. Então, nós temos
o hidrogênio ligado ao oxigênio, outro hidrogênio, o oxigênio com os seus
dois pares de elétrons disponíveis. Este par de elétrons
vem e ataca 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 nosso ácido carboxílico,
então "C dupla O". O oxigênio agora com
os seus dois pares de elétrons ligado ao R,
ligado ao OH. Seguindo o sentido
dos elétrons, este par de elétrons
do hidrogênio com o oxigênio, que veio
para o oxigênio, é este par de elétrons
disponível do oxigênio. Este é o nosso mecanismo
de hidrólise de éster produzindo o nosso ácido
carboxílico e o nosso álcool. Quando olhamos aqui,
nós vimos de onde saiu o álcool. Então, houve a quebra aqui,
saindo o nosso álcool e produzindo, da outra parte,
o nosso ácido carboxílico. Vamos ver um exemplo. Então, nós temos aqui
na nossa esquerda, o nosso éster, que é o salicilato de metila
ou óleo de Wintergreen. Nesta parte do éster
que vai ocorrer a hidrólise. Então, vamos olhar como
vai acontecer esta hidrólise? Então, nós temos a presença
da água no meio ácido, a hidrólise vai ocorrer
a quebra desta ligação entre o "C dupla O"
e o oxigênio. Então, esta parte vem
do ácido carboxílico. Então, qual é o ácido carboxílico
que vai ser formado? Vai vir o OH da água
e se ligar a ele. Então, vamos desenhar
o ácido carboxílico produzido. Nós temos seis átomos de carbono,
dupla alternando com simples ligação. O que nós temos
ligado aqui? Nós temos a presença
do "C dupla O" e entrou aqui o OH que veio da água,
produzindo o nosso ácido salicílico. E como vai ser produzido
o nosso álcool? O nosso álcool vem
desta parte do éster, então, esta parte aqui que saiu no nosso
mecanismo de cima produzindo álcool. Então, ele vai ser protonado com este H+,
produzindo o nosso éster que é o metanol. Então, nós vamos ter
o CH₃ ligado ao OH. Nós temos o nosso
produto de hidrólise, o ácido carboxílico,
que é o ácido salicílico, e o nosso álcool,
que é o metanol. Então, temos uma hidrólise
de éster catalisada por ácido. Esta reação está
em equilíbrio químico, então podemos tanto deslocar
o equilíbrio para a direita ou podemos deslocar
o equilíbrio para a esquerda. No vídeo da
esterificação de Fischer, nós usamos essa reação para
produzir o nosso éster Wintergreen. Nós usamos o metanol
e o ácido salicílico para produzir o nosso
éster, que é a Gaultéria. Então, tudo depende das condições
da reação para deslocarmos o equilíbrio. Vamos ver mais
um exemplo. Nós temos o nosso éster
na presença da água. Nós desenhamos a água agora,
a fórmula estrutural em meio ácido. Onde vai ocorrer a
quebra para a hidrólise? A quebra ocorre neste lugar,
então nós vamos ter esta parte indo formar o nosso
ácido carboxílico. Nós temos aqui um carbono
fazendo dupla ligação com outro carbono,
aqui o "C dupla O". E o que entrou aqui?
Entrou o OH. De onde vem este OH?
Este OH vem da água. Então, a presença
deste OH da água que vem formar este OH
produzindo o nosso ácido carboxílico. E como vai ser produzido
o nosso álcool? Nós temos o oxigênio
ligado ao grupo metil, ele vai ser protonado,
produzindo aqui também o metanol. Então, está aí o nosso
álcool produzido. Por que eu desenhei a molécula
da água na fórmula estrutural? Se nós colocássemos
no lugar do H, um radical alquila,
que eu vou chamar de R, nós vamos ter
produzido aqui, no lugar deste hidrogênio,
este radical alquila R. Ou seja, vai ser
produzido um éster. Então, começaríamos com o éster
produzindo um novo éster, esta reação é chamada
de transesterificação. Na prática, é o mesmo
estilo de reação, só que agora está sendo produzido
um éster no lugar de um ácido carboxílico. Vamos ver agora o
nosso último exemplo. Nós temos aqui um éster
reagindo com butanol. Então, vamos ver
o que vai ser produzido. Agora nós temos um
álcool no lugar da água. Então, vai ocorrer a quebra
deste éster hidrólise nesta parte e vai ocorrer a quebra
do nosso álcool. Como vai ser produzido
o nosso novo éster? Então, vai juntar esta parte do éster
com esta outra parte aqui do álcool. Vamos desenhar
nosso produto formado. Então, nós temos aqui uma
ligação dupla entre carbonos. Agora, o carbono
fazendo "C dupla O" ligado ao
outro oxigênio. Aqui nós temos
1, 2, 3, 4 carbonos. Então, estes quatro carbonos
do butanol, 1, 2, 3 e 4, são estes quatro carbonos
que nós temos aqui no novo éster. 1, 2, 3 e 4. E como vai ser produzido
o nosso metanol? Nós temos esta parte do éster
que vai ser protonado pelo H+. Então, nós temos aqui
a produção do metanol. Apesar de tudo
estar em equilíbrio, o metanol tem baixo
ponto de ebulição. Nós podemos fervê-lo e deslocar
o equilíbrio para a direita, produzindo mais
o nosso produto. Então, se começarmos
com um éster de metanol, nós produzimos
um éster de butanol, simplesmente mudando
as condições da reação em uma reação
de transesterificação. Esta é uma reação
bastante útil na indústria.