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UNIDAD 2 (Parte 3)

DERIVADOS DE ÁCIDO

Objetivos

1.Establecer los reactivos necesarios para

convertir ácidos carboxílicos en otros

productos de interés.

2.Clasificar a los derivados de ácidos

carboxílicos según su estructura química.

3.Comprender la reactividad relativa de los

derivados de ácidos carboxílicos.

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RC

O

Grupo acilo

Estructura

RC

X

O

Los más comunes los de Cl y Br

Halogenuros de ácido

RC

OR´

O

Éster

2

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C NR

NitrilosR

CO

O

C

O

R

R C

O

O

C

O

R

Anhídrido

RC

NH2

O

RC

NH

O

R'

RC

N

O

R'

R''

Amidas

Amida no sustituida

Amida Primaria

Amida monosustituida

Amida SecundariaAmida disustituida

Amida Terciaria

3

Los derivados de ácidos también es común encontrarlos en la

naturaleza. Los aromas de flores y frutos se deben en muchos

casos a ésteres. Además todos los aceites vegetales están

formados por ésteres, que veremos más adelante.

CO

O

Acetato de BenciloEsencia de Jazmin

CO

O

Acetato de IsopentiloEsencia de Banano

CO

O

Butiraro de metiloEsencia de Manzana

Las amidas se encuentran presentes en muchos productos

naturales también como podría ser la cafeína (componente del

café, té, chocolate y bebidas energizantes), la piperina

(componente principal de la pimienta negra).

N

N N

N

O

O

CH3

CH3

CH3

Cafeína

O

O N

O

Piperina4Lic. Walter de la Roca

antibióticos como la penicilina y los enlaces que unen a los

dipéptido (dos aminoácidos) y proteínas (miles de

aminoácidos). Y podemos encontrarlo en la cubierta

protectora de insectos y crustáceos como quitina que es un

polisacárido con enlaces amida lateral.

N

O

O

N

SH

H

COOK

CH3

CH3

Penicilina G

O

CH2OH

O

OH

NH

O

C

OCH

3

O

CH2OH

OH

NH

C

OCH

3

O

CH2OH

O

OH

NH

O

C

OCH

3

n

Quítina (polímero)

CH2

COH

O

NH2

Glicina(Gli)

aminoácido

CH2

COH

O

NHCH2

C

O

NH2

Dipéptido(Gli-Gli)

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El nitrilo puede presentarse como mandelonitrilo, que sería

una forma de almacenar cianuro no tóxico. Algunos insectos

pueden almacenarlo en sus glándulas defensivas y cuando se

molesta el nitrilo con una enzima que produce su rápida

disociación, produciendo una mezcla de benzaldehído y

cianuro de hidrógeno tóxico. Además algunas almendras

amargas contienen amigdalina (un glucósido del

mandelonitrilo) lo que hace poco atractivas como alimento

por ser altamente venenosas.

OHH

CN

Mandelonitrilo

O

CH2

OH

OHOH

O C

OCH

2OH

OH

OHOH

O

H

CN

Amigdalina

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Derivados de ácido

8

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Propiedades Físicas

Todos los derivados de ácido tienen propiedades físicas

parecidas a los carbonilos con excepción de las Amidas

que pueden formar puentes de hidrógeno.

R NH

O

H

O R

NHH

NR

OH

H..

..

..

•Amidas primarias o no sustituidas.

•Amidas secundarias o mono sustituidas

•La solubilidad límite en agua es de tres a cinco, pero un poco

mayor las amidas

•Son solubles en disolventes orgánicos polares.

•Ésteres tienen olor agradables.

•Cloruros de ácido olores fuertes e irritantes

•Amidas tienen olor pescado en descomposición.

•Anhídridos tienen olores fuertes similar a los ácidos que lo

originan.

Reacciones de sustitución al grupo acilo:

Reacción General:

10

RC

Y

O

R

C

Y

O

Nu

RC

Nu

O: :+ Nu

+

- : :..

- : :+ Y:-

"Y" es el grupo salientePodría ser : -OR (Éster),-NR2 (Amida), -X (halogenurode ácido, O-CO-R (anhidro)

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Mecanismo catalizado con ácido:

11

RC

Y

O

HO

H

H

RC

Y

OH

RC

Y

OH

Nu

: :

+

-

+ ..

Ácido-Base

ProtonaciónRápida

BA

:+

+ Nu

AdiciónNucleaofílica

Lenta

:..

(-H2O)

+

RC

Y

O

Nu

H

HO

HR

CY

O

Nu

RC

Nu

O:..

+

..

..

B

A

Ácido-Base

DesprotonaciónRápida

:..:

-

(-H3O+)

Eliminación

Lenta

: :+ Y:-

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C YC YNu CNu

-Nu:SN2

++ :Y-

"C" tetraédrico

Ataque impedido"C" pentavalente

Inestable

Sustitución nucleofílica del alquilo:

R

C

Y

O

R

C Y

O

NuR

C

Nu

O

+-Nu:

"C" trigonal

Ataque relativamente

libre de impedimento

"C" Tetraédrico

Estable

Sustitución nucleofílica del acilo

Comparar Sustitución Nucleofílica a alquilo y acilo:

12

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R

C

Y

O

R

C

H

O

R

C

R'

O

Derivado del ácido

CarboxílicoAldehído Cetona

Grupo saliente

bueno Grupos saliente malos

(no salen)

Reacciones con derivados de ácido y carbonilos:

Reactividad de derivados de ácido:

CC

O

RR

R

CC

O

RH

R

CC

O

HH

RC

C

O

HH

H

< < <

ReactividadMenos

reactivo

Más

Reactivo

Factores estéricos

13

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Factores electrónicos:

R

C

NH2

O

R

C

OR'

O

O

CR'

O

RC

O

R

C

Cl

O

< < <

Reactividad Más

reactivo

Menos

reactivo

Amida Éster Anhídrido

de ácido

Cloruro de

ácido

RC

Cl

O

OC

R'

O

RC

O

RC

OR'

O

RC

NH2

OÉster

Amida

Anhídrido de ácido

Cloruro de ácido

Más

reactivo

Menos

reactivo

Diagrama de energía de derivados de ácido:

14

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Preparación de derivados de ácido:

Preparación a partir de ácidos carboxílicos:

15

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Conversión de ácidos carboxílicos en cloruros de ácido

(RCO2H RCOCl)

Se utiliza con cloruro de tionilo (SOCl2) y pentacloruro de fósforo (PCl5)

Ejemplos:

COHO

CH3

CH3

CH3

CClO

CH3

CH3

CH3

SOCl2

CHCl3

+ HCl + SO2

Ácido 2,4,6-trimetilbenzoicoCloruro de 2,4,6-

trimetilbenzoílo (90%)

COOH

NO2

O2N

PCl5

NO2

O2N

CClO

POCl3+

Calor

+ + HCl

Ácido

3,5-dinitrobenzoicoCloruro de

3,5-dintrobenzoilo

16

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Conversión de ácidos carboxílicos en anhídridos de ácido

(RCO2H RCO2COR’)

O

CCH

3

O

CH3

C

O

Anhídrido acético

AlPO4

O

CCH

3

O

CH3

C

O

CH3COOH700°C

CH2=C=O + H2OCH3COOH

CetenaÁcido

AcéticoAnhídrido

Acético

CH3

C

O

CH3

700-750°CCH4+CH2=C=O

CetenaAcetona

17

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COOH

COOH

O

O

O

200°C+ H2O

Ácido

SuccínicoAnhídrido

Succínico

COOH

COOH

O

O

O

200°C+ H2O

Anhídrido

Ftálico

Ácido

Ftálico

A partir de ácidos dicarboxílicos y calor:

18

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Conversión de ácidos carboxílicos en ésteres

(RCO2H RCO2R’)

O-:Na+

OO

O CH3

+ CH3-I

Reacción

SN2+ NaI

Butanoato de sodio Butanoato de

metilo (97%)

Éster

Sales de ácido carboxílicos y halogenuro de alquilo:

Ácido carboxílico con alcohol, catalizado en medio ácido:

OHRC

O H3O+

ORRC

O

+ R-OH

R-OH = Etanol y Metanol (los más usados)19

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Mecanismo:

20

RC

OH

O

HO

H

H

RC

OH

OH

RC

OH

OH

: :

+

-

+ ..

Ácido-Base

ProtonaciónRápida

BA

:+

(-H2O)

+

:

+

..

RC

OH

OH

HO

R

R

C

OH

O

O

R

H

H

R

C

O

O

OR

H H

H

:

+

..

+

..

..E Nu

AdiciónNucleofílica

Lenta

:

+....

..:

:-

Acido-BaseProtonación

Desprotonación

Rápida

:+

....:

A

B

ÁcidoCarboxílico

R

C

O

O

OR

H H

H

HO

HR

C

O

O

OR

H H

..:+

....:

..

..+

B

A

Ácido-Base

DesprotonaciónRápida

..:+

....: :-

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OH

COOH

OH

O

OCH2CH

3+ CH3CH2OH

Ácido

mandélico

Etanol

HCl

+ H2O

Mandelato de

etilo (86%)

Ejemplo:

R

C

O

O

OR

H H

R

C

O

OR O

H H..

:+

....: :-

EliminacionDeshidratación

Lenta

....

: :

..

..+

Éster

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Alcoholes: CH3OH > 1° > 2° > (3°)

Ácidos

Carboxílicos: HCOOH > CH3COOH > RCH2COOH > R2CHCOOH > R3CCOOH

Reactividad de reactivo y sustrato en esterificaciones:

Formación de Lactonas (Éster ciclado)

Ciclación Interna

COH

O

O

H

O

C

OO

H

H

O

C

O

H

O

H: :

: :..

-+

+: :

valerolactona

22

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Conversión de ácidos carboxílicos en amidas

(ROCO2H RCONH2)

23

Reacción ácido-base entre amoniaco y derivados con ácido

carboxílico:

RC

O

OH

RC

O

O H

..

..

: :+ NH3

.. Ácido-Base

RápidaB

A

....: -

: :+ NH3

+

Ion Carboxilato

Sal Cuaternariade Amonio

RC

O

OH

RC

O

O

NH2

R NH R

H....

: :+ ..

Ácido-Base

Rápida

BA

....: -

: :+

Ion Carboxilato

+Sal Cuaternaria

de Amonio

RC

O

OH

RC

O

O

NH R

R

HN R

H

R

..

..

: :+ ..

Ácido-Base

Rápida

BA

....: -

: :

Ion Carboxilato

++

Sal Cuaternariade Amonio

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Se prepara en forma indirecta, como se muestra a continuación:

OH

OC

Cl

O NH3

C

NH2

OSOCl2

Ácido

fenilacéticoCloruro de

fenilacétiloFenilacetamida

COH

O

NH2

NC

OO

H

H

H

NC

O

H

H

O

H

..

: :+

..-

: :+

valerolactama

Formación de Lactamas (Amida ciclada)

Ciclación Interna

24

Lic. Walter de la Roca 25

Preparación de los nitrilos

El método más sencillo de preparación de los nitrilos es

la reacción SN2 del CN- con un haluro de alquilo primario

o secundario, como se explicó en reacciones de

halogenuros. Otro método para la preparación de nitrilos

es por la deshidratación de una amida primaria, RCONH2.

Con frecuencia se utiliza para la reacción el cloruro de

tionilo, aunque también funcionan otros agentes

deshidratantes como el POCl3.

Lic. Walter de la Roca 26

La deshidratación ocurre por la reacción inicial del SOCl2en el átomo de oxígeno nucleofílico de la amida, seguida

por la desprotonación y una reacción de eliminación

subsecuente parecida a la E2.

Ambos métodos de síntesis de nitrilos —el

desplazamiento SN2 por el CN- en un haluro de alquilo y la

deshidratación de amidas—, son útiles, pero es más

general la síntesis a partir de amidas debido a que no está

limitada por el impedimento

estérico.

Lic. Walter de la Roca 27

¿Qué aprendimos en la presentación?

1. Identificamos los diferentes derivados de ácido.

2. En donde se encuentran los derivados de ácido.

3. ¿Por qué se denominan derivados de ácidos?

4. Propiedades físicas de los derivados de ácido.

5. Reacciones de sustitución nucleofílica al grupo acilo.

6. Comparación entre sustitución nucleofílica al alquilo y

al acilo.

7. Reactividad de los derivados de ácido.

8. Preparación de derivados de ácido a partir de ácidos

carboxílicos.

Lic. Walter de la Roca 28

Bibliografía:

Capitulo No. 21 McMurry, séptima Edición Paginas (785-

y 825).