acido base química orgânica
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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