Los compuestos que contienen al grupo carboxilo son ácidos y se llaman ácidos carboxílicos.
Los compuestos que contienen al grupo carboxilo son ácidos y se llaman ácidos carboxílicos.
Un ácido carboxílico cede protones por ruptura del enlace O-H dando un protón y un ión carboxilato.
Nomenclatura Común: Se da el nombre de acuerdo a la procedencia del Ácido. Si tienen sustituyentes se nombran indicando la posición de los mismos con letras letras griegas. Ej: ácido αbromopropiónico.
Estructura
HCOOH
CH3COOH
CH3CH2COOH
Nombre IUPAC
Ácido metanoico
Ácido etanoico
Ácido propanoico
CH3CH2CH2COOH
Ácido butanoico
CH3(CH2)3COOH
Ácido pentanoico
CH3(CH2)4COOH
Ácido hexanoico
Nombre común
Fuente natural Procede de la destilación destructiva de Ácido fórmico hormigas (formica es hormiga en latín) Vinagre (acetum Ácido acético es vinagre en latín) Producción de Ácido propiónico lácteos ( pion es grasa en griego) Mantequilla (butyrum, Ácido butírico mantequilla en latín) Ácido valérico Raíz de valeriana Olor de cabeza Ácido caproico (caper , cabeza en latín)
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry Ácido: Especie capaz de donar un ión H+ Base: especie capaz de aceptar unión H+
La reacción de neutralización entre ácidos y bases en agua es:
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry
Ejemplo
Ejemplo
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry
Fuerza de Ácidos y Bases: Los ácidos se caracterizan por su capacidad para donar H+. Acido Fuerte: es un acido que esencialmente sufre ionización total en agua (HCl, HNO3, y H2SO4). El equilibrio en estos casos está totalmente desplazado a la derecha.
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry
Fuerza de Ácidos y Bases: Los ácidos se caracterizan por su capacidad para donar H+. Acido débil: es un acido que solo esta parcialmente ionizado en agua.
ACIDOS Y BASES DEBILES El ácido acético es un ácido mucho más débil. Cuando el ácido acético se disuelve en agua, la reacción que se muestra a continuación no se lleva a cabo en forma completa.
Los experimentos muestran que en una solución 0.1 M a 25 ºC, sólo el 1 % de las moléculas del ácido acético transfieren sus protones al agua.
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry
Ácidos y Bases según Bronsterd Lowry Bases fuertes tales como OH Bases débiles tales como NH 3
Dependen de la afinidad que tengan por los H +
La fuerza exacta de un ácido HA en disolución acuosa, se describe con la constante de equilibrio keq de su disociación de equilibrio
Cuanto mayor sea Ka o menor pKa más ácida será la especie Cuanto menor sea Ka o mayor pKa menos acido será la especie
Ejemplo
Fuerzas relativas de algunos ácidos comunes y de sus bases conjugadas Acido débil
Acido
Nombre
pk a
Base conjugada
Nombre
CH3CH2OH
Etanol
16,00
CH3CH2O-
H2O
Agua
15,74
HO-
Ión etóxido Ión hidracina
HCN
Acido cianhídrico Ac. Acético
9,31
CN-
4,76
CH3COO-
HF
Ac. fluorhídrico
3,45
F-
HNO3
Ac. Nítrico
+1,3
NO3-
HCl
Ac. clorhídrico
7,0
Cl-
CH3COOH
Acido fuerte
Ión cianuro Ión acetato Ión fluoruro Ión nitrato Ión cloruro
Ejemplo
Acido acético mas fuerte que el H2O
Ácidos y Bases Orgánicas
Los ácidos orgánicos son de dos clases principales Los que tienen un átomo de O enlazado a un H (O-H) Los que tienen un átomo de H enlazado con un átomo vecino de carbono a un doble enlace C=O •
•
Ácidos Orgánicas
Ácidos Orgánicas
Acidez de los ácidos carboxílicos Los ácidos carboxílicos son 105 veces más ácidos que los fenoles, 1011 veces más ácidos que el agua y 1014 veces más ácidos que los alcoholes
Acidez de los ácidos carboxílicos Al comparar la acidez de alcoholes y ácidos carboxílicos, vemos que los ácidos son mejores donadores de protones porque el anión resultante está estabilizado por resonancia, lo que disminuye la energía de la reacción.
Bases Orgánicas
Las bases orgánicas pertenecen a una clase principal en las cuales suelen contener un átomo de nitrógeno con un par de e- sin compartir como el NH3
Para comparar la fuerza básica entre especies se usa el pKa de los ácidos conjugados
La metilamina es una base más fuerte que el amoniaco porque su ácido conjugado es más débil que el produce el amoniaco.
Bases Orgánicas
Bases Orgánicas
Ácidos y Bases según Lewis Ácido: especie capaz de aceptar un par electrónico Base: especie capaz de donar un par electrónico Ácidos y Bases comparten el par de e- donados en un enlace covalente
Ácidos y Bases según Lewis
Ácidos y Bases según Lewis H2O, HCl, HBr, HNO 3, H2SO4
Algunos Ácidos de Lewis
Algunos cationes
Li+ , Mg2+ ,Br+ Algunos compuestos metalicos AlCl3, BF3, TiCl4, FeCl3, ZnCl2
BF3 AlCl3 FeCl3 SbCl3 ZnCl3 HgCl2
Ácidos y Bases según Lewis Bases de Lewis
La mayor parte de los compuestos orgánicos oxigenados y nitrogenados son bases de Lewis porque también tienen pares de e- no compartidos. Los alcoholes y los ácidos carboxílicos funcionan como acido cuando, ceden un H+ pero como base cuando su átomo de oxigeno acepta un H+
Ácidos y Bases según Lewis
Algunas bases de Lewis
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad
Efectos Estructurales Los efectos estructurales sobre la reactividad pueden dividirse entres 4 categorías
Momento dipolar Efecto inductivo Efecto de resonancia Efecto estérico
• • • •
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad
Momento dipolar Efecto inductivo Efecto de resonancia Efecto estérico
• • • •
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad Átomos pertenecientes a una misma fila de la tabla periódica crece del CH4 al HF Y-H
Kcal/mol
pka
C-H
CH4
99
40
N-H
NH3
93
36
O-H
H2O
110
15,7
F-F
HF
135
3,2
Aumento de la Acidez
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad Átomos pertenecientes a una misma fila de la tabla periódica crece del CH4 al HF
Depende de la estabilidad de la base conjugada que se forme y la electronegatividad del átomo que soporte la (-)
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad La electronegatividades serán F O N C es de esperar que en ese mismo orden soporten mejor la carga negativa y la estabilidad de la base Conjugada será.
Cuanto mas estable es la base conjugada mayor será la fuerza de su acido conjugado Experimentalmente HF H2O NH3 CH4
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad
Factores que afectan la Acidez y la Basicidad Relación de la acidez con la Hibridización Hibridación
Y-H
Sp3
CH4
25%
1,094
104
0,31
40
Sp2
CH2= CH2
33,3%
1,087
106
0,63
36
Sp
CHCH
50%
1,058
121
1,05
25
Aumento de la Acidez
% Longitu carácter S d C-H
En C-H
Momento pka dipolar
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Relación de la acidez con la Hibridización En la tabla se incluyen las longitudes de enlace C-H con el objeto de apreciar que el aumento del Momento dipolar del enlace C-H se debe Fundamentalmente al aumento de la densidad de carga negativa en el átomo de C como resultado del aumento del carácter S y no de la distancia entre los núcleos.
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Relación de la acidez con la Hibridización
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos
Momento dipolar Efecto inductivo Efecto de resonancia Efecto estérico
• • • •
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto inductivo o electrostático Es la polarización de un enlace por la influencia de un enlace adyacente polar o por un grupo. Dicho efecto puede derivarse de la presencia en la molécula de cargas formales o de dipolos La magnitud de este efecto depende de la Electronegatividad o afinidad electrónica de los sustituyentes y se transmite a través de los enlaces sigma ( )
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto inductivo o electrostático CH3-CH3 enlace no polar Los grupos electro atrayentes estabilizan cargas (-) del carbonilo vecino
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Ejemplos
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Ejemplos
Grupos atractores de e- estabilizan (-) carbaniones Grupos dadores de e- estabilizan (+) carbocationes
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Grupos atarctores -I Grupos dadores +I Grupos atarctores –I: +NH
+NR , NO , NH , NHR, F, Cl, Br, I, CN, COOH, , 3 3 2 2 COOR, COH, OH, OCOR, SH, , CHCHR
Grupos dadores +I: COO-, O-, S-, R(CH3, C2H5, iPr, tBu)
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos
Momento dipolar Efecto inductivo Efecto de resonancia Efecto estérico
• • • •
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto estérico Se denominan con este nombre a todos aquellos Factores que afectan al comportamiento de las moléculas debido a la presencia de grupos Voluminosos que ocupan espacios cercanos al centro de reacción.
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto estérico La acidez de un compuesto puede disminuir debido al impedimento estérico a la solvatación, causada por el tamaño del ácido o del disolvente Inhibiendo la estabilidad la estabilización de la Base conjugada por parte del disolvente
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto estérico Ejemplo
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Efecto estérico Hay impedimento de solvatación de la especie iónica formada Solvatación: estabilización a través de una interacción ión dipolo y carga
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos
Momento dipolar Efecto inductivo Efecto de resonancia Efecto estérico
• • • •
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Implica la deslocalización de eEjemplo:
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Ejemplo:
Ejemplo: Ión carbonio alilico CH2=CH-CH2+
Ejemplo:
Ejemplo: Carbanion alilico CH3-CH=CH-CH--CH3
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos
Estructuras con el mismo numero de enlaces covalentes se llaman isovalentes de lo contrario se llaman heterovalentes
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Como escribir estructuras de resonancia 1) Solo se mueven los e- NO se mueven los átomos 2) Las estructuras de resonancia deben tener el mismo número de desaparaeados (o apareados) CH2=CH-CH2-
3) Cuanto mayor sea la estabilidad de una Estructura mayor será su contribución
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Como escribir estructuras de resonancia 3.1) si es neutra las diferentes estructuras que no presentan separación de carga. 3.2) Todos los atomos tengan 8 e - en su ultima capa. 3.3)mayor número de enlaces covalentes (estructuras con el mismpo numero de enlaces = isovalentes)
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Como escribir estructuras de resonancia 4) La estructura heterovalentes son importantes cuando aumenta la densidad electrónica sobre un atomo mas electronegativo
4)Un grupo dador de inestabiliza mas la molécula
electrones
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Como escribir estructuras de resonancia 5) Las estructuras que acumulan cargas + En un átomo electronegativo (X, O, N) son contribuyentes cuando conducen a estado isovalente.
Factores que afectan la acidez de los compuestos organicos Como escribir estructuras de resonancia 6) C, O, N NO pueden tener mas de 8 e 7) Para que exista la deslocalización de e los orbitales de los átomos involucrados deben solaparse y encontrarse en paralelo 8) La energía de resonancia aumenta, a medida que aumenta el numero de estructuras de resonancia
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Ejemplos: Pirrol
Factores que afectan la acidez de los compuestos orgánicos Ejemplos:
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad Aunque los fenoles son más ácidos que los alcoholes porque pueden deslocalizar mejor la carga negativa de su anión, no son tan ácidos como los ácidos carboxílicos.
El ion fenóxido puede deslocalizar la carga negativa en cinco estructuras de resonancia, pero además del número de estructuras resonantes, deben considerarse otros factores para determinar la
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad La fuerza ácida está relacionada con la estabilidad de la base conjugada. •El anión carboxilato es estable porque puede deslocalizar la carga negativa sobre dos átomos electronegativos
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad
En el anión acetato, los dos enlaces C-O tienen igual longitud (1.27 A), que es intermedia entre un enlace C-O (1.36 A) y un enlace C=O (1.21 A), lo que indica que ambos oxígenos tienen carácter sp2 parcial .
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad En el caso de los ácidos aromáticos, el efecto de los grupos sustituyentes es importante.
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos
Propiedades de los alcoholes y fenoles Acidez y basicidad Ejemplos
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos La posición en el anillo también afecta la acidez Ejemplos
m-metoxifenol > o-metoxifenol > p-metoxifenol
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos La posición en el anillo también afecta la acidez Ejemplos
p-nitrofenol >o-nitrofenol > m-nitrofenol
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos
Efecto de los grupos sobre la acidez en ácidos benzoicos sustituidos Tanto las bases conjugadas del o-nitrofenol como del p-nitrofenol poseen una estructura más que el m-nitrofenol, en que el grupo nitro está en resonancia con la carga negativa del fenóxido, lo que significa que la carga negativa está deslocalizada en mayor número de átomos. Esto hace que estas bases conjugadas sean más estables, es decir, son bases más débiles y, por lo tanto, los fenoles más ácidos. Entre el o-nitrofenol y el p-nitrofenol el primero debería ser más ácido debido al fuerte efecto atractor del grupo nitro adyacente a la carga negativa del oxigeno.
Efecto de los grupos sobre la basicidad
Efecto de los grupos sobre la basicidad
Equilibrio ácido base de la anilina
Efecto de los grupos sobre la basicidad sustitución en el grupo aromático
Efecto de los grupos sobre la basicidad sustitución en el grupo aromático Ejemplos
m-nitroanilina>p-nitroanilina > m-nitroanilina>p-nitroanilina o-nitroanilina
Efecto de los grupos sobre la basicidad sustitución en el grupo aromático
Efecto de los grupos sobre la basicidad sustitución en el grupo aromático
