acido base química orgânica

Ácido-Base em Química Orgânica

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Ácidos e Bases de Brønsted–Lowry

• Um ácido doa (ou perde) um próton.

• Uma base recebe (ou remove) um próton.

H O + H Cl H O + Cl−H

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H O +

H

H Cl H O +

H

ClH

Base(proton acceptor)

Acid(proton donor)

Conjugateacid of H2O

Conjugatebase of HCl

• Ácido de Lewis: receptor de par de elétron.

• Base de Lewis: doador de par de elétrons.

Acidos e Bases de Lewis

Cl H H NH3NH3+ +Cl

Ácido de Lewis Base de Lewis

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Ácido de Lewis Base de Lewis

Al

Cl

ClCl

Al

Cl

Cl

Cl

NH3NH3+

Ácido de Lewis Base de Lewis

The hard-soft-acid-base theory - HSAB theory

Bases duras –eletronegatividade e carga

negativa

Ácidos duros – menor raio e carga positiva

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e carga positiva

Bases duras tendem a reagir com ácidos duros � ligação iônica

Bases moles tendem a reagir com ácidos moles � ligação covalente

Interação HOMO-LUMO

Força de ácidos

C O + +H

O

H3C C O−

O

H3CH2O H3O+

Ka = 1,76 x 10-5

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Ka: A constante de dissociação ácida.

Ka = 1,76 x 10-5

C O + +H

O

H3C C O−

O

H3CH2O H3O+

Ácido mais forte Base mais fraca

Força relativa de alguns ácidos e suas bases conjugadas

6Ácido mais fraco Base mais forte

Quanto mais forte for o ácido, mais fraca será sua base conjugada

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Aumento da força básica

Relação estrutura acidez

• Força de ligação

• Fator mais importante para força de um ácido orgânico -estabilid ade da base conjug ada.

Fatores que influenciam na acidez de uma substância

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estabilid ade da base conjug ada.

- Eletronegatividade;

- Hibridização;

- Deslocalização da carga negativa.

Força da Ligação

Mesma família � força de ligação com o proton, interação de orbitais (superposição). Quanto menos efetivo a superposição, mais fraca a ligação e mais forte o ácido

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Mesmo período � efeito predominante é a eletronegatividade

Eletronegatividade

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Efeito indutivo

• A retirada indutiva de elétrons (-I) estabiliza a base conjugada

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Efeito Coulomb

• Hibridização do carbono

Efeito indutivo

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• Grupos doadores de elétrons – diminuem a acidez

Efeito indutivo

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• Deslocalização da carga negativa.

Considere: • etanol (pKa = 15,9) fenol (pKa = 10) ácido acético (pKa = 4,8) ácido metanossulfônico (pKa = -1,9)

Efeito ressonância

pKa = 4,8

pKa = 15,9

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pKa = -1,9

pKa = 10

Estabilidade da base conjugada por efeito de ressonâ ncia .

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• Acidez de hidrogênios ligados ao carbono

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• Acidez de hidrogênios ligados ao carbono

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Grupo protetor Fmoc-x – Estável em meio ácido.

• O grupo protetor é removido em meio básico.

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• Acidez de hidrogênios ligados ao carbono

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Efeitos estéricos

pKaH = 16,3

N,N-Dimetilanilina pK = 5,1

Menor tensão entre os dois pares de elétrons do nitrogênio

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N,N-Dimetilanilina pKaH = 5,1

Proton spongespKaH = 12,8 pKaH = 4,9

Efeitos estéricos

Ácido de Meldrum

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preferência

Cíclico conformação

syn

Acíclico conformação

anti

Acidez de hidrogênios ligados ao nitrogênio

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Resumo

• Possuir carga negativa em um átomo eletronegativo

• Deslocalização da carga negativa entre sistema π, ou melhor, entre átomos mais eletronegativos

• Quanto mais estável for a base conjugada, mais forte será o ácido

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mais eletronegativos

• Dispersar a carga negativa através do efeito indutivo de grupos retiradores de elétrons

• Possuir a carga negativa em um orbital com o maior caráter s

• Tornar-se aromático

Basicidade do oxigênio nas funções orgânicas

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+ HO+ −+H N

H

HOH

AcidBase

NH3

H

H

Conjugate acid Conjugate basepKa = 9.2

• Basicidade é a medida da afinidade de uma substância por um próton

Basicidade de aminas

pKaH 9,2

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+ HO+ −+H3C N

H

HOH

AcidBase

CH3NH2

H

H

Conjugate acid Conjugate basepKa = 10.6

• Como o íon metilamônio é um ácido mais fraco que o íon amônio, a metilamina é uma base mais forte que a amônia.

pKaH 10,6

Basicidade de aminas

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• Hibridização do par eletrônico do nitrogênio

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• Aminas aromáticas

Efeito indutivo

Efeito hibridização do carbono

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Efeito hibridização do carbono

Amidas são pouco básicas

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Amidinas são bases muito fortes

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Guanidinas são bases mais fortes que amidinas

Reações ácido-base

• As reações ácido-base sempre favorecem a formação do ácido mais fraco e da base mais fraca

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Ácido-base extração

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Curva verde –concentração ácido HA

Curva vermelha –concentração da base

conjugada A-

Síntese de Lumière-Barbier – Método de acetilação de anilinas em meio aquoso

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Relação pH - pKa

Permite informar quando uma substância estará na sua forma ácida ou básica em determinado pH

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Exemplo: substância com pKa = 5,2

Exemplo: como separar mistura de um ácido carboxílico (pKa 5,0) e uma amina protonada (pKa = 10,0) utilizando água e éter etílico?

Ácidos e bases em soluções não-aquosas

HOH + NH2− O

−−−− + NH3

ácido fortepKa = 15.74

base forte base fraca ácido fracopKa = 38

liquidaNH3

H

Efeito nivelador do solvente

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HCC + + CH3CH3

ácido fortepKa = 25

base forte(from CH3CH2Li )

base fraca ácido fracopKa = 50

H C −CHhexano− CH2CH3

HCC + NH2− + NH3

ácido fortepKa = 25

base forte(from NaNH2)

base fraca ácido fracopKa = 38

H C −CHliquid

NH3

Na+

H2O

H2O

H2O OH2

OH2H2OHO

H

H−O HO

H

H O

H

H O

H

Íons hidrônio e hidróxido são os ácidos e bases mais fortes que podem existir em solução aquosa

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Solvated sodium ion Solvated hydroxide ion

H O +

H

Cl O +HH+ −−−−+ Na+ −−−−

H O

H

2 Cl−−−−+Na+

Spectator inosÍons espectadores

Reação iônica total

pKa em ação: Síntese da cimetidina

• Cimetidina é um fármaco desenvolvido pela SmithKline usado no combate a úlcera, é um antagonista da histamina. A histamina é uma das moléculas que controlam (estimulam) a produção de ácido gástrico.

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• Primeiramente foi desenvolvido uma guanidina análoga:

agonista

• Diminuir a basicidade – troca da aminoguanidina por tiouréia, menos básica.

• Síntese da burimamida – pequena atividade antagonista, mas principalmente, nenhum atividade agonista.

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• A basicidade do imidazol na burimamida é maior que na histamina. Isso quer dizer que o imidazol da burinamida estará protonado impedindo molécula de ligar-se ao receptor

• Obtenção da tioburimamida - adicionado um átomo de enxofre que com seu efeito indutivo retirador de elétrons, diminuiu a basicidade do imidazol da tioburimamida

• Próximo passo foi a fixação de um dos tautômeros. Era sabido que um tautômero apresentava melhor interação com o receptor. A introdução de um grupo metila favorece

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apresentava melhor interação com o receptor. A introdução de um grupo metila favorece o tautômero A. Então foi obtida a metiamida.

• A metiamida mostrou ser 10 vezes mais ativa que a burimamida.

• Devido a efeito colateral atribuído ao grupo tiouréia, dois novos análogos foram sintetizados.

• Nenhum deles apresentou melhor atividade que a metiamida, porém deste estudo resultou uma importante descoberta: o derivado guanidina não apresentou atividade

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resultou uma importante descoberta: o derivado guanidina não apresentou atividade agonista. Obviamente, ainda tinha o problema da protonação da guanidina

• Vários grupos retiradores de elétrons foram sintetizados para diminuir a basicidade:

• Moléculas com nitro e ciano guanidinas foram sintetizadas e os resultados mostraram que o derivado ciano apresentou melhores resultados (pequena diferença).

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• O desenvolvimento da cimetidina levou 30 anos – desde o início até a entrada no mercado do fármaco

• O planejamento racional baseado nos princípios químicos fez com que Sir James Black, cientista envolvida nesta campanha, fosse indicado ao prêmio Nobel de Medicina em 1988