Clase 5. Acidos y Bases

Introduccion a las reacciones Organicas: Acidos and Bases

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� Reacciones y sus mecanismos� Hay cuatro tipos generales de reacciones orgánicas

�Sustituciones

�Adiciones

�Eliminaciones

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�Reordenamientos

� Ruptura de enlaces covalentes� Homolisis

� Heterolisis

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� Las reacciones heterolíticas casi siempre ocurren en enlaces polares� la reacciones a menudo es asistida por la formación de un nuevo

enlace con otra molécula que tiene un par de electrones no compartidos

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� Introducción a la química Acido-Base� La definición Brønsted-Lowry de Ácidos y Bases

�Acido: una sustancia que puede donar un protón�Base: una sustancia que puede aceptar un protón�Ejemplo

� El acido clorhídrico es un ácido muy fuerte y esencialmente transfiere todos los protones al agua

� Otros ácidos fuertes

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� Ácidos y bases en soluciones acuosas�El ion hidronio es el ácido mas fuerte que puede existir en el agua,

cualquier acido mas fuerte transferirá sus protones al agua.�El ion hidróxido es la base mas fuerte que puede existir en el agua.

Cualquier base más fuerte removerá un protón del agua para formar iones hidróxido.

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�Cuando se mezcla una solución de HCl y NaOH�La reacción real ocurre entre los iones hidronio y hidróxido

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� Definición de Lewis de Ácidos y Bases�Lewis Ácidos: aceptor de un par de electrones�Lewis Base: dador de un par de electrones�La flecha curvada indica el movimiento de los electrones para

romper el enlace

�En esta teoría, no solo los dadores de protones son ácidos, muchas otras moléculas son ácidas también.

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• Cualquier átomo deficiente en electrones puede actuar como un ácido de

Lewis.

• Muchos compuestos que contienen elementos del grupo IIIA, tales como

el boro y el aluminio son ácidos de Lewis,• los átomos del grupo IIIA tienen sólo un sexteto de electrones en su capa exterior.

• Muchos otros compuestos que tienen

átomos con orbitales vacantes también actúan como ácidos de Lewis.• Haluros de Zinc y hierro (III) (haluros férricos) se utilizan con frecuencia como ácidos de

Lewis en las reacciones orgánicas.

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� Cargas opuestas se atraen y reaccionan� BF3 and NH3 reaccionan basados en su densidad

electrónica elativa�BF3 tiene una carga positiva sustancial en el boro�NH3 tiene una carga negativa sustancial ubicada en el par de

electrones.

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Escriba las ecuaciones muestran la reacción acido base de Lewis

que tienen lugar cuando

a) El BF3 reacciona con un alcohol

b) El AlCl3 reacciona con una amina terciaria

c) El BF3 reacciona con una cetona

En cada caso, debe usar una flecha curva para indicar la donación

de un par de electrones

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� Heterolisis de enlaces de carbonos: Carbanionesy Carbocationes� La reacción puede ocurrir produciendo un carbocatión

o carbanión dependiendo la naturaleza de Z

� Los carbocationes tienen solo 6 electrones de valencia y carga positiva

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� Los carbaniones tienen 8 elctrones de valencia y carga negativa

� Términos de la química orgánica para los ácidos y bases de Lewis�Electrófilos (“electron-loving” reagents ): persiguen electrones

para obtener una capa estable de electrones de valencia� Son deficientes en electrones e.g. carbocationes

�Nucleófilos (“nucleus-loving” reagents): persiguen un protón o algún otro centro cargado positivamente

� Son ricos en electrones e.g. carbaniones

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� El uso de flechas curvas ilustrando las reacciones

�Las flechas curvas muestran el flujo de electrones en la reacción �Una flecha inicia en un punto una mayor densidad de electrones

(un enlace covalente o un par de electrones no compartidos) y termina en un sitio deficiente de electrones

�Ejemplo: Mecanismo de reacción de HCl y water

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� Fuerza de Ácidos y Bases� Ka y pKa

�El ácido Acético es relativamente débil y en una solución 0.1M solo cerca de 1% es capaz de protonar el agua

�La ecuación para el equilibrio de esta reacción es:

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�Ácidos diluidos tienen una concentración constante de agua (~ 55.5 M) y por eso la concentración del agua ´puede ser un factor para obtener la constante de acidez (Ka)

� Ka acetic acid = 1.76 X 10-5

�Cualquier ácido débil (HA) disuelto en agua se ajusta a la expresión general de Ka

� Mientras mas fuerte el ácido mayor es la Ka

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�La Acidez usualmente se expresa en términos de pKa� pKa es menos (-) el logaritmo de Ka

� El pKa del acido acético es 4.75

�Mientras mayor el pKa, más débil es el ácido

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� Prediciendo la fuerza de las Bases� Cuanto más fuerte es el ácido, el más débil será su base

conjugada� Un ácido con un pKa bajo tendrá una base conjugada débil�El cloruro es una base muy débil por que su acido conjugado es

un ácido muy fuerte

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� Metilamina es una base mas fuerte que el amonio�El ácido conjugado de la etilamina es mas débil que el acido

conjugado del amonio

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� Predecir el resultado de reacciones ácido-base� Las reacciones ácido-base siempre favorecen la

formación del par acido más débil/base más débil�Ambos están siempre del mismo lado de la reacción

� Ejemplo�El ácido acético reacciona con el hidróxido de sodio para

favorecer fuertemente la formación de los productos

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� Solubilidad en agua como resultado de la formación de sal�Los compuestos orgánicos que son insolubles en agua pueden

volverse solubles al transformarse en sales�Los ácidos carboxílicos insolubles en agua pueden llegar a ser

solubles en soluciones acuosas de hidróxido de sodio

�Las aminas insolubles pueden llegara ser solubles en soluciones acuosas de acido clorhídrico

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� Relación entre estructura y acidez �Acidez aumenta hacia abajo en la tabal periódica�La fuerza del enlace con hidrogeno disminuye hacia abajo y por lo

tanto aumenta la acidez

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�La Acidez aumenta de izquierda a derecha en la tabla periódica�Aumentando la electronegatividad de los átomos polariza el

enlace con el hidrogeno y también estabiliza la base conjugada

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� Información general de las tendencias de la acidez

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� El efecto de la hibridación en la acidez� Los Hidrógenos conectados a los orbitales con más

carácter s serán más acidicos�Los orbitales s son más pequeños y cercanos al núcleo que los p�Los aniones en orbitales híbridos con más carácter s estarna más

cercanos al núcleo serán más estables

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� Efecto Inductivo�Efectos electrónicos que son transmitidos a través del espacio y

a través de los enlaces de la molécula. �En el etil fluoruro, el fluor electronegativo se dibuja con una

densidad electronica que se aleja de los carbonos� El efecto se vuelve más débil con la distancia