QOI-CT-21 Acidez y basicidad de compuestos orgánicos

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Acidez y basicidad de compuestos orgánicos
Química Orgánica I
Facultad de Farmacia y Bioquímica
UBA
	Dra. Alejandra Salerno
	Curso 2020
Teoria de Bronsted- Lowry (1923)
Acido
Especie capaz de ceder un H+
Base
Especie capaz de aceptar un H+ 
Acido
dona un H+
Base
Acepta un H+
ácido
base
ácido
 conjugado
base
 conjugada
Las especies que tienen un hidrogeno en su estructura pueden potencialmente actuar como ácidos y las que poseen pares de electrones no compartidos pueden actuar como bases
Transferencia protónica
Reacción acido-base
¨
Acido
Especie capaz de aceptar electrones
Base
Especie capaz de ceder electrones 
Ácidos y bases de Lewis
El comportamiento de una sustancia como ácido o base depende de la sustancia a la cual se enfrente:
La acidez es la medida de la tendencia de un compuesto a donar un protón
La basicidad es la medida de las afinidad de un compuesto por un protón
Cuanto más capacidad tenga una sustancia en ceder su protón menor tendencia tendrá su
 base conjugada para aceptarlo nuevamente.
Entre un ácido y su base conjugada existe la siguiente relación:
Cuanto mas fuerte es un ácido más débil es su base conjugada como base.
pKa
[H2O] = 55.5 M
Los valores de pKa guardan relación inversa con el grado de acidez
En las reacciones ácido-base el equilibrio se desplaza favoreciendo la formación del ácido más débil
Acidez de compuestos orgánicos
Valores de pKa
Existen dos formas para predecir cuando curre una reacción acido-base y hacia donde estará desplazado el equilibrio
Evaluando los valores de pKa
pKa = -7
pKa = 5
Analizando la estabilidad del anión (base conjugada) que se forma cuando un ácido se disocia
Átomo que soporta la carga negativa
Efectos de resonancia
Efectos inductivos
Hibridación
Solvatación
Reacciones ácido-base. Posición de equilibrio
Estabilidad F- > OH- > NH2- > CH3-
La acidez aumenta con la electronegatividad
La acidez aumenta con el tamaño del átomo
Estabilidad I- > Br- > Cl- > F-
Átomo que soporta la carga negativa
Cuando un ácido carboxílico se disocia se forma un anión carboxilato, cuanto más estable sea el anión carboxilato mas desplazado hacia la derecha estará el equilibrio
En los ácidos carboxílicos tanto el ácido sin disociar como el anión carboxilato son híbridos de resonancia entre dos estructuras limite. 
La resonancia es mas eficiente como efecto estabilizante en el anión carboxilato porque implica dos estructuras de idéntica energía (equivalentes)
Efecto de resonancia
La acidez de los ácidos carboxílicos varia con la naturaleza del resto R y sus sustituyentes
 -R atractor de electrones, estabiliza la base conjugada y aumenta la acidez
-R dador de electrones desestabilza la base conjugada y disminuye la acidez
Ácidos carboxílicos
Además del efecto de resonancia, el efecto inductivo juega un rol importante en la acidez de los ácidos carboxílicos. 
El amento del número de halogenos estabiliza el anión carboxilato y aumenta la acidez
Incorporar elementos mas electronegtivos aumenta la acidez
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La magnitud del efecto inductivo de un sustituyente depende de su distancia al grupo carboxilo. Los sustituyente atractores de electrones en Ca son los mas eficaces para aumentar la acidez.
El ácido benzoico es un ácido más fuerte que su análogo saturado el cicohexaocrboxílico, lo que indica que el grupo fenilo ejerce una acción aceptora de electrones en comparación con los átomos de carbono saturados. 
La influencia de los sustituyentes en el núcleo aromático depende de los efectos inductivos y mesoméricos del mismo y de su ubicación
Estabilización adicional por formación de unión de hidrogeno intramolecular
Acidez de ácidos sulfónicos
Los ácidos sulfónicos (pKa ~ -9) son más ácidos que los ácidos carboxílicos (pKa ~ 4) mostrando una acidez semejante a la de los ácidos minerales (HCl, pKa ~ -7)
La mayor acidez se explica considerando la mayor estabilidad del anión ya que la carga negativa del anión resultante de la ionización de dispersa por resonancia sobre tres átomos de oxígeno en lugar de dos 
Acidez de fenoles
Dispersión de la carga negativa
Separación de cargas
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Efecto de los sustituyentes sobre la acidez del fenol
Afectan muy poco la acidez del fenol
Aumentan la acidez del fenol
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Acidez de Alcoholes
Los alcohole tienen carácter anfótero comportándose como ácidos y bases débiles
El carácter ácido se evidencia por reacción con metales formando alcóxidos
Excepto el metanol los alcoholes son menos ácidos que el agua por lo que el equilibrio e encuentra desplazado hacia la izquierda:
Orden de acidez
1° > 2° > 3° 
Como se estabiliza al anión alcóxido?
Solvatación
Efectos inductivos
Solvatación: estabilización por dispersión de la carga negativa
Cuanto más voluminoso es el resto alquilo, está mas impedido estéricamente para interactuar con el solvente, la estabilización del alcóxido es menor y por lo tanto también la acidez
Acidez de alquinos
La estabilidad del anión se explica por la hibridación del átomo de carbono. El par de electrones en un orbital sp esta mas cerca del núcleo (menos tendencia a ser compartido) que en uno sp2 o sp3 , por lo tanto se encuentran mas estabilizados.
sp3
sp2
sp
Acidez de hidrogenos a en compuestos carbonilicos
Los hidrogenos unidos a un carbono adyacente a un carbono carbonílico (carbono a) son suficientemente ácidos como para ser removidos por una base fuerte
Son más ácidos que otros hidrógenos unidos a carbono sp3 (etano pKa= 60)
La acidez de los hidrógenos alfa a un grupo carbonílico se atribuye a la capacidad de un grupo carbonilo para deslocalizar la carga negativa de la base conjugada. El factor que influye e la estabilización es la resonancia
carbanión
enolato
Esta estabilización no se logra con carbanione en b o mas lejanos al oxigeno 
Por que los ésteres son menos ácidos?
Los pares de electrones sobre C y O compiten por la deslocalización electrónica
Si el Ca se encuentra entre dos grupos carbonilos la acides del Ha aumenta porque los electrones libres de la base conjugada se pueden deslocalizar sobre dos átomos de oxigeno
Estabilización por resonancia de la base conjugada:
Otros grupos atractores de electrones por efecto mesomérico también aumenta la acidez de los Ha 
nucleófilo
Reactividad
Condensación aldólica:
		pKa
	Acido sulfónico R-SO3H	~ -9
	 atractores de e-
Acido carboxílico
 R-COOH dadores de e-	~ 4
	Ha a CO 
	~ 9
	 atractores de e-
Fenoles
 dadores de e-	~ 10
	H2O	15.7
	 primarios
Alcoholes R-OH secundarios
 terciarios	~ 16
	Ha a CO	~ 19
	Alquinos 	~ 25
		
ACIDEZ
Basicidad de compuestos orgánicos
Según la definición de Bronsted una base es una sustancia capaz de aceptar protones y por lo tanto cualquier compuesto con un par de electrones no enlazantes puede actuar como una base
base
ácido
Acido conjugado
pKb = - log Kb
La fuerza básica se puede medir por la constante de basicidad, las sustancias que presente pKb (Kb elevados) pequeños se comportan como bases fuertes
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Aminas
La basicidad de las aminas puede analizarse desde dos puntos de vista
Disponibilidad del par electrónico
Estabilidad del ácido conjugado
La introducción de grupos alquilo aumenta la basicidad por efecto inductivo dador de electrones de los mismos
El ácido conjugado puede estabilizarse por solvatación, mediante enlaces de hidrogeno con moléculas de agua
Las aminas secundarias son más basicas que las primarias por el efecto inductivo dador de electrones de los grupos alquilo
Las aminas terciarias son menos básicas que las anteriores por menor posibilidad de solvatacióndel catión formado
Aminas aromáticas
Son bases mucho mas debiles que las aminas alifáticas. Esto se debe a la deslocalización por resonancia de los electrones no enlazantes del N
La presencia de sustituyentes en el anillo varia la basicidad
Grupos dadores de electrones aumentan la basicidad
Grupos atractores de electrones disminuyen la basicidad
Bases heterocíclicas
pKb ~ 3
pKb ~ 8
pKb ~ 23
A mayor carácter s del orbital menor basicidad
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pKb de bases alifáticas, aromáticas y heterocíclicas 
O
-
N
O
O
-
O
N
O
O
-
-
O
N
O
O
-
-
O
N
O
-
O
-
+
+
+
+
O
N
O
-
O
+
-
O
-
O
-
O
-
O
-
O
C
H
3
O
C
H
3
O
C
H
3
O
C
H
3
C
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C
H
+
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H
2
-
N
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+
C
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N
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+
+
N
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6
-
2
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2
5
C
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O
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2
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3
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3
+
+
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2
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N
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2
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H
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