R C O Cl

O
R
O
OH
R
Ácido carboxílico
O
X
R
Halogenuro de ácido
O
O
SR'
Tioéster
R
O
O
R'
R
Anhídrido de ácido
O
R
O
R
OR'
Ester
NH2
Amida
O
P
O - OO
Fosfato de acilo
Tienen un sustituyente que es un buen grupo saliente en una reacción de sustitución en el acilo
O
R
O
Y
+ :Nu-
R
Nu
+ :Y-
Sustitución nucleofílica en el acilo
Pueden transformarse en ácidos carboxílicos mediante una hidrólisis
O
R
Grupos acilos
O
Y
+ H2O
R
O
R C
Grupo acilo
O
CH3 C
acetil
OH
+ HY
IUPAC
-ico
-il
Acético
Halogenuros de ácidos
O
CH3CH2CH2 C
Cloruro de butanoílo
Cl
O
O
CH3 C
Acetil
C
Cl
Cloruro de etanoílo
Cl
Cloruro de benzoílo
Cloruro de acetilo
El sufijo –ico se sustituye por el sufijo –ilo y se antepone el nombre del haluro.
En los halogenuros de ácidos se retiene la “o” de la terminación –oico.
Ésteres
O
O
CH3 CH C O CH3
CH3 CH2 CH2 CH2 C O CH2 CH3
CH3
Pentanoato de etilo
2-metilpropanoato de metilo
Isobutirato de metilo
O
CH3
CH2 C O C CH3
CH3
Feniletanoato de tert-butilo
La primera palabra procede del ácido principal al que se la ha sustituido la
terminación –ico por –ato y la segundo procede del nombre alquilo unido al
oxígeno
Amidas
O
O
O
N
HN
NH2
NH2
formamida
O
acetamida
N-metilpropanamida
N,N,3-trimetilbutanamida
Se excluye el sufijo –ico u –oico del nombre del acido principal y se añade el sufijo
–amida
El nitrógeno sustituido se indica precediendo el nombre de la amida sencilla por
N- seguido del grupo sustituyente
Anhídridos de ácidos
O
O
F
O
O
Anhídrido acético
F
O
O
Anhídrido 3-metilpentanoico
O
O
O
F
F
O
O
F
F
Anhídrido trifluoroetanoico
Anhídrido trifluoroacético
(TFAA)
O
H
O
O
Anhídrido fórmico acético
O
Anhídrido ftálico
Se antepone la palabra anhídrido al nombre del ácido carboxílico correspondiente
Múltiples funciones
Ácido > éster > amida > nitrilo > aldehído > cetona > alcohol > amina > alqueno > alquino
N
HO
O
N
O
H2N
O-cianobenzoato de etilo
O
2-hidroxibutanonitrilo
O
2-formilciclohexanocarboxamida
Los 3 enlaces del C=O son
coplanares. El orbital p del C del
C=O, su oxigeno y el átomo X se
solapan para formar un sistema
extendido a través del cual los ese deslocalizan.
La deslocalización electrónica
estabiliza al C=O y decrece su carácter
electrofílico.
Átomo con un par de e- no
enlazantes que pueden interactuar
con el sistema π del C=O
Menor electronegatividad de X,
mejor capacidad de donar e- al
C=O, mayor estabilización
CLORUROS DE ACILO
Los halogenos son muy electronegativos.
Los orbitales 3p son relativamente
grandes y se solapan probremente con
los lobulos de los orbitales 2p del C del
C=O (enlace C-Cl es 180 ppm, mayor
de los C-X).
Mayor electrofilia del C del C=O
ANHIDRIDOS DE ÁCIDO
El par de e- solitarios
del O se encuentra
compartidos por ambos
C=O
ESTER
Solo un grupo C=O compite
por la deslocalización de los
e- del oxigeno.
Menos reactivos que
anhídridos.
Anhídrido de ácido
Ester
Enlace C-N con carácter de
doble enlace (135 pm)
El N es menos electronegativo
que el O y mejor donante de
e- no enlazantes.
Barrera de rotacion alta para
un enlace simple, lo que indica
que el enlace C-N tiene un
significante carácter de C=N.
Puntos
de
ebullición
de
derivados de ácidos graficados
función de sus pesos moleculares.
incluyen para su comparación
alcoholes y alcanos lineales.
los
en
Se
los
2 H para formar puentes H
Solubilidad
Adición nucleofílica
Sustitución nucleofílica en acilos
Sustitución en alfa
Condensación de carbonilos
Se elimina el oxígeno.
Nu
O
R
Nu-
Y
HO
Nu
R
Y
Adición nucleofílica
Protonación del oxígeno.
Formación de alcohol
O
Nu
X mal grupo saliente (R, H)
R
Y
X buen grupo saliente (Cl, OMe, OAc)
-
Y
R
Intermediario
alcóxido tetraédrico
O
YR
Sustitución nucleofílica en acilos
Nu
Se reemplaza
X por Nu-
Adición nucleofílica
Sustitución nucleofílica en acilos
Sustitución en alfa
Condensación de carbonilos
ENOLATO
Nucleófilo
-
O
base
Electrófilo
C
E+
O
O
C
H
ácido
H
C
E
E+
O
C
H+
Sustitución de un H por un E+ a traves de un intermediario enol o enolato
Adición nucleofílica
Sustitución nucleofílica en acilos
Sustitución en alfa
Condensación de carbonilos
O
O
base
H
C
-
O
O-
O
C
C
Participan dos compuestos carbonílicos, uno a través
del C del grupo C=O y otro a través del C
Adición nucleofílica
Sustitución nucleofílica en acilos
Sustitución en alfa
Condensación de carbonilos
Se elimina el oxígeno.
Nu
O
R
NuY
Intermediario
alcóxido tetraédrico
R
Y
HO
Nu
R
Y
Adición nucleofílica
Protonación del oxígeno.
Formación de alcohol
O
Nu
X mal grupo saliente (R, H)
R
Y
X buen grupo saliente (Cl, OMe, OAc)
-
O
YR
Se reemplaza
X por Nu-
Sustitución nucleofílica en acilos
Nu
Mecanismo de la sustitución nucleofílica en el acilo
La adición de un nucleófilo al
grupo C=O, produce un
intermediario tetraédrico
O
R
:NuY
lento
O
Nu
R
Y
O
R
Nu
-
Intermediario
tetraédrico
:Y
Un par de electrones del oxígeno
desplaza al grupo saliente Y. Esto genera
un nuevo compuesto carbonílico
Sustitución de Y por NuDos pasos e involucra un intermediario tetraédrico
Reactividad relativa de los derivados de ácidos carboxílicos
Factores
1. Basicidad del grupo saliente
2. Estabilización por resonancias del carbonilo
3. Electrofilia del carbono carbonílico
más reactivo
menos reactivo
+I
O
O
R C Cl
R C H
O
O
..
C R
..
R C O
no requiere
catálisis
NO son
derivados de
ácidos; tiene
una química
diferente
O
R C R'
Se necesita
catálisis ácida
solo con Nu
débiles
..
R C O
.. R'
O
O
..
R C NH2
Se necesita
catálisis
(la base puede
ser usada para
hidrolizar)
caso especial
(H ácido)
O
R C OH
OH-
O
R C O
requiere ácido
(en la base
conjugada el C=O
esta desactivado)
Interconversiones de derivados de ácidos
Los derivados más reactivos
“menos estables” se convierten
fácilmente en los menos
reactivos “más estables”
Síntesis de los halogenuros de ácidos
O
R
O
R
PBr3
OH
R
OH
O
O
Br
R
SOCl2
O
Cl
R
OH P rojo
O
O
I2
R
I
R
HF
Cl
O
R
F
Tipos de sustituciones nucleofílicas en el acilo
O
R
O
OR'
R
NH2
R'OH
NH3
O
O
OH
R
H
Reducción
[H-]
R
Y
Hidrólisis
Reacción
adicional
O
R'MgX
H2O
R
R
Aminólisis
Alcohólisis
Reacción
adicional
O
R'
Reacción de
Grignard
Cloruros de ácidos
O
R
O
OR'
Éster
R
R'OH
NH3
O
O
H 2O
R
OH
Ácido carboxílico
NH2
Amida
R
O
R'CO2H
Cl
Cloruro de ácido
R
O
O
R'
Anhídrido de ácido
Síntesis de los anhídridos de ácidos
Mejor método
O
O
R C Cl
O
- +
R C O Na
+
R C O C R
NaOH
P 2O 5
O
R C OH
2 R C OH
Este método es eficiente
con ácidos líquidos de bajo
PM o diácidos que pueden
resultan en anhídridos
cíclicos
O
+
R C O C R
calor
O
Los RCOCl y los RCO2H pueden
reaccionar directamente para formar el
anhídrido, pero la reacción es mas
eficiente si se lleva a cabo a través de la
sal del carboxilato
O
O
HCl
Conversión de los RCO2H en anhídridos de ácido
O
2
R
O
calor
R
OH
O
O
R
O
O
OH
calor
O + H2O
OH
La geometría es importante en la
formación de anhídridos cíclicos
O Anhídrido ftálico
Ácido ftálico O
O
O
calor
OH
O + H2O
OH
Ácido maleico O cis
O Anhídrido maleico
O
OH
HO
Ácido fumárico
trans
O
La anhídridos lineales son
generalmente sintetizados por
este método
calor
no reacciona
Síntesis de esteres o ácidos carboxílicos a partir de cloruros de
ácidos
Cloruro de ácido
: O:
O:
R C ..
Cl
.. :
R'
d-
- ..
..
R C
.. Agua o alcohol
.. H
O
R'
+
O
..
..
..
R
Cl :
C
Cl
Muy reactivo
No necesita catalizador
H
Ester o ácido carboxílico
..
d+
O
..
O:
O:
R C ..
O
.. R'
R C ..
+O R'
H
+ HCl
H
..
O :-R'
: Cl
..
Síntesis de amidas a partir de cloruros de ácidos
Se pierde un H+ situado sobre el
N. Aminas terciarias no pueden
dar amidas.
Amina en exceso para
neutralizar el HCl formado
Síntesis de derivados de ácidos a partir de anhídridos de ácidos
En las reacciones de adicion-eliminacion de anhiudridos de acidos el grupo
saliente es un carboxilato
Hidrólisis
O
O
R C O
C R
+
H-OH
2 equivalentes
O
+
R C OH
O
HO C R
Ácido
O
O
R C O
C R
+
O
O
R’-OH
+
R C OR'
HO C R
Ester
.. R
O
O
R C O
C R
+ H N
O
.. R
R C N
R
2 equivalentes
+
R
Amida
-O
O
C R
+
R2NH2
Los anhídridos son menos reactivos que los cloruros de ácidos pero no requieren
catálisis
Esteres como fragancias
O
O
O
Acetato de isopentilo (banana)
O
Butirato de etilo (ananá)
O
O
O
O
Propionato de isobutilo (rum)
Acetato de octilo (naranja)
O
O
O
O
Acetato de propilo (pera)
Butirato de metilo (manzana)
Preparación de esteres
Método limitado a R’X
primarios
Método limitado a
R’OH simples
Método
general
Sustitución nucleofílica en el acilo catalizada por ácidos
1)
H
H O
.. H
+
: O:
R
R C Y
2)
+
:O H
R
C
Y
..
:O H
R
C
Nu
lento
slow
C
SIMPLIFICADA!!!!!
Y
..
:O H
R C Y
Nu
+ Nu:
3)
+
:O H
Y
H
:O
.. H
: O:
R C
Nu
+ Y: + H3O+
Síntesis de esteres a partir de RCO2H
Ácido
Alcohol
Éster
• La reacción fue descrita por primera vez por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895.
• La mayoría de los RCO2H son aptos para la reacción..
• Los ROH debe ser un alcohol primario o secundario, ya que los 3° son susceptibles a la
eliminación.
• Los catalizadores mas comunes: H2SO4, HCl, Ácidos de Lewis.
• Es necesario utilizar reactivos (ácido o alcohol) en exceso o eliminar agua para desplazar el
equilibrio.
• El método mas conveniente para sintetizar esteres es por reacción de un alcohol con un
halogenuro de ácido.
Síntesis de esteres a partir de RCO2H: Esterificación de Fischer
El RCO2H es protonado en
el oxigeno del C=O
aumentando la electrofilia
del C del C=O
Se protona uno de los
oxígenos de los grupos
hidroxilos de este
intermediario tetraédrico
El intermediario pierde
una molécula de agua
para dar el éster
protonado
El ROH actúa como
nucleófilo atacando al C del
C=O
El ion oxonio formado
pierde un H+ para dar el
intermediario tetraédrico
neutro.
Desprotonación
para dar el
éster deseado
Preparación de esteres
Esterificación intramolecular: Lactonizacion
Síntesis de esteres a partir de esteres: Transesterificación
O
H
+
R C O R + R OH
Mecanismo similar a la
esterificación de Fischer
O
R C O R
+
O
O
C O CH3
+
CH3 CH OH
CH3
H
+
calor
exceso
Hidrólisis de esteres en medio ácido
Protonacion del grupo carbonilo
para activarlo…
… para su posterior ataque
nucleofilico por el gua para generar
el intermediario tetraedrico
La transferencia de un H convierte
al grupo –OR’ en un buen GS.
Expulsión del ROH para dar el
RCO2H libre y regenerar el
catalizador ácido
H
O
R
CH3
C O CH
CH3
+
CH3 OH
Hidrólisis de esteres en medio básico: Saponificación
Saponificación: Hidrólisis de esteres en medio básico
Adición nucleofílica del –OH
sobre el C del ester para dar el
intermediario tetraedrico
Eliminación del ion alcóxido para
generar el ácido carboxílico
El ion alcóxido abstrae el H del
ácido para dar el anión
carboxilato
El ácido carboxílico se protona en
un paso posterior por un ácido
mineral
Preparación de amidas
O
R
NHR'
R'NH2
O
O
NH3
R
NH2
R
O
R'2NH2
Cl
R
NR'2
Conversión de amidas en ácidos carboxílicos: Hidrólisis
Conversión de derivados de ácidos en alcohol: Reducción
Conversión de amidas en aminas: Reducción