Aulas 03 e 04 -Ácidos Carboxílicos_reações (13)

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UNIDADE 1: REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA EM
CARBONOS ACÍLICOS (REAÇÕES ENVOLVENDO ÁCIDOS
CARBOXÍLICOS E DERIVADOS).
Aula 03 e 04
Patrícia Fontes Pinheiro
QUÍMICA ORGÂNICA III – QUI 232
Ácidos Carboxílicos
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A reatividade dos compostos de carbonila é devida à polaridade do grupo carbonila, 
que resulta do oxigênio ser mais eletronegativo do que o carbono. 
COMO ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E ÁCIDO CARBOXÍLICO DERIVATIVOS REAGEM?
 O carbono carbonílico é, portanto,
deficiente em elétrons (um eletrófilo),
então reage com nucleófilos.
Carbono carbonílico
Reatividade dos compostos carbonilados
A reatividade das substâncias carboniladas reside na polaridade do grupo carbonila.
 A eliminação de Y~ ou Z “ depende de suas basicidades relativas. A base mais fraca e
preferencialmente eliminada, quanto mais fraca for a base, melhor será como grupo de
saída.
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Intermediário tetraédrico
 Uma base mais fraca forma uma ligação mais fraca - é mais fácil de 
quebrar a ligação.
Reatividade dos compostos carbonilados
 Podemos, portanto, fazer a seguinte afirmação geral sobre as reações dos compostos
carboxílicos derivados de ácido: “Um derivado de ácido carboxílico sofrerá uma reação
de adição-eliminação nucleofílica, desde que o grupo recém-adicionado no
intermediário tetraédrico não seja uma base muito mais fraca do que o grupo de
saída.”
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Intermediário tetraédrico
 O orbital não-ligante cheio que contem o par de elétrons livre do nucleófilo se
sobrepõe ao orbital molecular antiligante vazio do grupo carbonila, formando uma
nova ligação sigma no intermediário tetraédrico.
Reação de Substituição Nucleofílica Acílica ou Reação de 
Transferência Acílica
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Usando basicidade para prever o resultado de uma reação de adição-
eliminação nucleofílica.
1. Qual é o produto da reação do cloreto de acetila com CH3O
-?
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Exercício de fixação
O pKa do HCl é –7; o pKa de CH3OH é 15,5.
Resposta: Para identificar o produto da reação, precisamos comparar as basicidades dos dois grupos no
intermediário tetraédrico para que possamos determinar qual deles será eliminado. HCl é um ácido mais forte
que CH3OH, Cl
– é uma base mais fraca que CH3O
– . Portanto, Cl– será eliminado do intermediário tetraédrico e
acetato de metila será o produto da reação.
Reatividade dos compostos carbonilados
Um derivado de ácido carboxílico sofrerá uma reação de substituição nucleofílica desde
que o novo grupo acrescentado no intermediário tetraédrico não tenha uma base muito
mais fraca do que o grupo que esta ligado ao grupo acílico no reagente.
Reatividade crescente
Reatividade relativa dos ácidos carboxílicos e seus derivados
Cloretos de acila Anidrido de ácido Éster Ácidos carboxílicos Amidas
Reatividade crescente
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Mecanismo geral de reação de derivados de ácidos 
carboxílicos: Catálise Básica
Todos compostos carboxílicos reagem pelo mesmo mecanismo.
Mecanismo de Adição/Eliminação com um intermediário tetraédrico, do
qual será eliminado o melhor grupo abandonador(a base mais fraca).
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MECANISMO PARA UMA REAÇÃO DE ADIÇÃO-ELIMINAÇÃO 
NUCLEOFÍLICA COM UM NUCLEÓFILO NEGATIVAMENTE CARREGADO
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Nucleófilo negativamente 
carregado adiciona a
o carbono carbonílico
eliminação da
base mais fraca do
intermediário tetraédrico
 Se o nucleofilo for neutro, o mecanismo tem uma etapa adicional
MECANISMO PARA UMA REAÇÃO DE ADIÇÃO-ELIMINAÇÃO 
NUCLEOFÍLICA COM UM NUCLEÓFILO NEUTRO
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nucleófilo neutro
adiciona ao carbono 
carbonílico remoção de
um próton de
o tetraédrico
intermediário
eliminação da
base mais fraca do
intermediário tetraédrico
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Anidrido
Éster
Amida
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Anidrido
Éster
Amida
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Mecanismo para a conversão de um cloreto de acila
em um anidrido de ácido
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Mecanismo para a conversão de um cloreto de acila
em um éster
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formação de um tetraédrico
intermediário
O próton é removido
a base mais fraca é eliminada
Formação Formação de Amidas a Partir de Haletos 
Haletos de Acila
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 A reação, portanto, deve ser realizada com duas vezes mais amônia ou amina do que
cloreto de acila para que haja amina suficiente para reagir com o haleto de acila.
um equivalente um equivalente
Formação de Amidas a Partir de Haletos Haletos de 
Acila
 Como aminas terciárias não podem formar amidas (Por que?), um equivalente de amina
terciaria tal como a trietiiamina ou piridina pode ser usada no lugar do excesso de amina.
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piridina
Formação de Amidas a Partir de Haletos Haletos de 
Acila
19
v
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2. Começando com cloreto de acetila, que nucleófilo neutro você usaria para 
fazer cada um dos seguintes compostos?
Exercício de fixação
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a) Quais são as duas amidas obtidas da reação do cloreto de acetila com um equivalente
de etilamina e um equivalente de propilamina?
b) Por que apenas uma amida é obtida da reação do cloreto de acetila com um equivalente
de etilamina e um equivalente de trietilamina?
Exercício de fixação
Resposta 
a)
N-Etilacetamida N-Propilacetamida
Qualquer uma das aminas pode reagir com o cloreto de acetila, então ambas as amidas são formadas: 
N-etilacetamida e N-propilacetamida.
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b)
Dois compostos são formados inicialmente. No entanto, o composto
formado pela trietilamina é muito reativa porque tem um nitrogênio
carregado positivamente, que é um excelente grupo de saída.
Portanto, o composto reagirá imediatamente com a etilamina, então
a N-etilacetamida é o único produto amida da reação.
N-Etilacetamida
N-Etilacetamida
Bom grupo 
de saída
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Reações de anidridos de ácido
 Anidridos não reagem com cloreto ou brometo de sódio. Por que?
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Como o íon haleto que entra é a base mais fraca, ele será o substituinte expulso do 
intermediário tetraédrico.
Reações de anidridos de ácido
Anidrido acético Acetato de etila Ácido acético
Anidrido benzoico Ácido benzoico
Anidrido propiônico N-metilpropanamida
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NH2
Anilina
N
H C
O
CH3
H3C O CH3
O O
+
Anidrido acético
Acetanilida
+ CH3COOH
Ácido acético
Síntese e Recristalização da acetanilida
Mecanismo?
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Mecanismo da conversão de um anidrido para um éster (e 
um ácido carboxílico):
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Reação de Ésteres: Catálise Ácida
Acetato de metila Ácido acético
Benzoato de metila Benzoato de etila
Propionato de etila N-Metilpropanamida
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 Um éster reage com água para formar um ácido carboxílico e um álcool. Esse é um
exemplo de uma reação de hidrólise — uma reação com água que converte uma
substancia em duas (lysis e um termo grego que significa ‘quebrar’).
Acetato de metila Ácido acético
 Hidrólise
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 Os íons fenxidos (ArO-) sao bases mais fracas do que os íons alcóxidos (RO- ), o 
que significa que ésteres fenílicos são mais reativos do que ésteres alquílicos.
Reação de Ésteres
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é mais reativo que
Acetato de fenila Acetato de metila
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As ceras são ésteres com alta massa 
molecular
As ceras são ésteres formados a partir de ácidos carboxílicos de cadeia longa e álcoois 
de cadeia longa. A palavra cera vem do inglês antigo weax, significando “material do 
favo de mel”. 
 A cera de carnaúba é uma cera particularmente dura devido à
sua resistência relativamente alto peso molecular; sendo
amplamente utilizada como cera automotiva e em polimento de
pisos.
componente principal de
cera de abelha
material estrutural
de colmeias
um componente principal de
cera de Carnauba
revestimento nas folhas
de uma palmeira brasileira
Hidrólise de um éster com um grupo alquil primário ou secundário
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Quando um ácido é adicionado a uma reação, a primeira coisa que acontece é
que o ácido protona o átomo no reagente que tem a maior densidade de
elétrons. Portanto, quando um ácido é adicionado a um éster, o ácido protona o
oxigênio da carbonila.
 Os contribuintes de ressonância do éster mostram porque o oxigênio da carbonila é o 
átomo com a maior densidade eletrônica:
Mecanismo da Hidrólise de Ésteres Catalisada por Ácido
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1. O ácido protona
o oxigênio do grupo carbonila 2. o nucleófiloataca o
carbono carbonílico
intermediário tetraédrico I
intermediário tetraédrico II
3. :B remove
um próton 
3. Protonação do grupo 
OCH3
intermediário tetraédrico II
4. eliminação de
a base mais fraca
5. :B remove
o próton , regenerando o 
catalisador.
Hidrólise de éster catalisada por ácido
 Éster se hidrolisa lentamente porque a água é um nucleófilo fraco e o éster tem um grupo
de saída muito básico. A velocidade da reação pode ser aumentada pela adição de ácido
ou de HO- .
Constante de Equilíbrio na Esterificação e Hidrólise Hidrólise de Ésteres
Deslocar o equilíbrio: 
•Excesso de água desloca o equilíbrio para o lado do ácido carboxílica; 
•Excesso de álcool desloca o equilíbrio para o lado do éster; 
•Remoção de água ou álcool desloca o equilíbrio para o lado do ácido 
carboxílico e éster, respectivamente. 
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 A protonação do oxigênio carbonílico aumenta a suscetibilidade do carbono
carbonílico a ataques nucleofílicos.
Hidrólise de éster catalisada por ácido
MOTIVO: o grupo de saída é ROH, uma base mais fraca do que o grupo de
saída (RO- ) em uma reação não catalisada.
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mais suscetível
para adição por um
nucleófilo
menos suscetível
para adição por um
nucleófilo
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 Liste os seguintes ésteres em ordem do mais reativo para o menos reativo
em relação à hidrólise:
Exercício de fixação
Resposta: Quanto mais fraca a base (grupo de saída), mais fácil ocorrerá a hidrólise do éster. Então, agora
precisamos comparar os fundamentos do três íons fenolatos. O íon fenolato substituído por nitro é a base mais
fraca porque o grupo nitro retira elétrons indutivamente e por ressonância, o que diminui a concentração de
carga negativa do oxigênio. O íon fenolato substituído por metoxi é a base mais forte porque o grupo metoxi doa
elétrons por ressonância mais do que retira elétrons indutivamente, de modo que a concentração de carga
negativa no oxigênio é aumentada. Portanto, os três ésteres têm a seguinte reatividade relativa em relação à
hidrólise
Hidrólise de ésteres com grupos alquílicos terciários
 Os ésteres com grupos alquílicos terciários sofrem hidrolises muito mais rapidamente
do que outros ésteres porque se hidrolisam por um mecanismo completamente
diferente — que não envolve a formação de um intermediário tetraédrico. A
hidrólise de um éster com um grupo alquílico terciário é uma reação SN1 porque no
momento em que o ácido carboxílico sai deixa para trás um carbocátion terciário
relativamente estável.
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Saída do grupo para formar
um carbocátion terciário
Reação de
o carbocátion
com um nucleófilo
Transesterificação
Aplicação: Síntese de Biodiesel
https://www.webposto.com.br/blog/dicas/entenda-como-o-preco-do-biodiesel-
esta-impactando-o-preco-final-do-diesel/
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Transesterificação
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 O mecanismo da transesterificação catalisada por
ácido é idêntico ao mecanismo da hidrólise de éster
catalisada por ácido, exceto que o nucleófilo é ROH
em vez de H2O.
Hidrólise de éster promovida pelo íon hidróxido
 Os íons carboxilatos o carregados negativamente, nunca serão atacados por 
nucleofilos.
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quanto mais básica a solução, 
menor sua concentração
Hidrólise de éster promovida pelo íon hidróxido
 Os íons carboxilatos o carregados negativamente, nunca serão atacados por 
nucleofilos.
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quanto mais básica a solução, 
menor sua concentração
Hidrólise de éster promovida pelo íon hidróxido
 Os íons carboxilatos são carregados negativamente, eles nunca serão 
atacados por nucleofilos.
 Nesse caso, o íon
hidróxido é
um reagente, por não
regenerar no final do
processo não pode ser
considerado um
catalisador.
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 A reação nas quais o nucleófilo é um álcool pode ser promovida pela base
conjugada do álcool. A função do íon alcóxido é fornecer um nucleofilo forte para
a reação, portanto somente reações nas quais o nucleófilo e um álcool podem
ser promovidas pela sua base conjugada.
Transesterificação
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Substituição nudeofílica para grupos acila: intermediário 
tetraédrico
 O intermediário tetraédrico é instável para ser isolado, como podemos ter certeza que ele 
é formado?
 Se a reação fosse similar à SN2 o intermediário tetraédrico não seria formado, nesse caso 
seria formado um estado de transição:
 Myron Bender investigou a hidrólise promovida pelo íon hidróxido do benzoato de etila com o 
oxigênio carbonílico do benzoato de etila marcado com O18.
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 Se a reação tivesse seguido o
mecanismo de uma etapa de
deslocamento direto, todo o éster
isolado teria se mantido marcado
porque o grupo carbonílico não
participaria da reação.
 Bender apresentou evidência
sobre à formação reversível do
intermediário tetraédrico.
Éster não marcado
 Nem todo éster isolado havia o 
oxigênio marcado.
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Hidrólise de éster catalisada por base: Saponificação
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 Em solução aquosa, o sabão forma micelas, com as cabeças polares (grupos carboxilatos) na
superfície e as caudas apolares (ácidos graxos R grupos) no interior
Surfactantes - Detergentes
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Reações de ácidos carboxílicos
 Reatividades relativas para substituição nucleofílica acílica
Esterificação de Fischer
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 Os ácidos carboxílicos não sofrem reações de substituição nucleofílica acílica com
aminas.
 Como o ácido carboxílico tem um pKa mais baixo do que a amina, o ácido carboxílico doa
imediatamente um próton para a amina quando as duas substâncias são misturadas. O
sal carboxilato de amônio e o produto final de reação; o íon carboxilato não é reativo e a
amina protonada não é um nucleofilo.
Reações de ácidos carboxílicos
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Reação ácido-base
Reações de ácidos carboxílicos: síntese de amidas 
promovida por DCC
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Amidas – Ligação peptídica
Ligação de hidrogênio
 Ligação de hidrogênio entre grupos
amida de cadeias pepitídicas. Essa
interação entre as cadeias
(denominada folha β) é importante
para a estrutura de muitas
proteínas.
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Reações de amidas
 As amidas são substâncias bem pouco reativas, o que e animador, uma vez que 
proteínas são compostas de aminoácidos ligados por ligações amida.
 As amidas não reagem com íons haletos, íons carboxilatos, álcoois ou água
porque, em cada caso, o nucleófilo que se aproxima é uma base mais fraca
do que o grupo de saída que o da amida.
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Reações de amidas
 As amidas são substâncias bem pouco reativas, o que e animador, uma vez que 
proteínas são compostas de aminoácidos ligados por ligações amida.
 As amidas não reagem com íons haletos, íons carboxilatos, álcoois ou água
porque, em cada caso, o nucleófilo que se aproxima é uma base mais fraca
do que o grupo de saída que o da amida.
 As amidas, no entanto, reagem com água e álcoois se a mistura reacional for 
aquecida na presença de ácidos.
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Teoria de orbital molecular: as amidas são pouco 
reativas
 As amidas possuem uma importante forma de ressonância na qual o nitrogênio compartilha
seus pares de elétrons livres com o carbono carbonílico — o orbital que contém par de
elétrons livres se sobrepõe ao orbital compartilhado do grupo carbonílico.
 Essa sobreposição diminui a energia do par de elétrons livre — ele não e nem básico nem
nucleofílico — e aumenta a energia do orbital π* do grupo carbonílico, tornando-o menos
reativo a ataques de nucleófilos.
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 Uma amida com o grupo NH2 pode ser desidratada a uma nitrila. Os agentes
desidratantes normalmente empregados para essa finalidade são: P2O5, POCl3 e
SOCl2.
Reações de amidas
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Hidrólise de amidas catalisada por ácido
 A reação ocorre melhor por catálise ácida:
amônia é uma base fraca (bom grupo
abandonador); amideto não é bom grupo
abandonador.
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Hidrólise de uma imida: Síntese de Gabriel
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Síntese de aminas 
primárias
Hidrólise de nitrilas
 As nitrilas são tão difíceis de hidrolisar quanto as amidas. As nitrilas são hidrolisadas
lentamente a ácidos carboxílicos quando aquecidas com água e um ácido.
Mecanismo:
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Planejamento: Síntese de substâncias cíclicas
 Substânciascíclicas são formadas por reações intramoleculares: os dois grupos
reagentes estão presentes na mesma molécula.
 Uma reação intramolecular é particularmente favorável se a reação formar substâncias
com anéis de cinco ou seis membros.
 Um éster cíclico (uma lactona) pode ser preparado a partir de um reagente que tem 
tanto o grupo acido carboxílico quanto o grupo álcool na mesma molécula. 
 O tamanho do anel lactônico será determinado pelo número de átomos de carbono 
entre o grupo acido carboxílico e o grupo álcool.
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 Uma substância com um grupo cetona ligado ao anel benzênico pode ser preparada
usando uma reação de acilação de Friedel-Crafts.
Planejamento: Síntese de substâncias cíclicas
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 Um éter cíclico pode ser preparado pela síntese intramolecular de Williamson
Planejamento: Síntese de substâncias cíclicas
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Planejamento: Síntese de substâncias cíclicas
 Um éter cíclico também pode ser preparado por uma reação de adição 
eletrolítica intramolecular.
 Reação de alquilação de Friedel-Crafts intramolecular.
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Síntese de derivados de ácidos carboxílicos
 Ativação de ácidos carboxílicos para reações de substituição nucleofílica
acílica em laboratório
Ácido acético
Ácido butanoico
Ácido benzoico
Cloreto de 
tionila
Cloreto de acetila
Tricloreto
de fósforo
Tribrometo
de fósforo
Cloreto de butanoíla
Brometo de 
benzoíla
Ácido
fosfórico
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Preparo de cloretos de acila
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Anidridos 
 Os ácidos carboxílicos podem também ser ativados para uma reação de substituição 
nudeofílica acílica ao serem convertidos em anidridos. 
 Os anidridos são produzidos ao se tratar os ácidos carboxílicos com agentes desidratantes 
fortes, como P2O5.
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 A síntese de substâncias pelos organismos biológicos é chamada biossíntese.
 Nos organismos vivos a ativação dos ácidos carboxílicos ocorre pela conversão dos mesmo em:
Fosfato de acila: uma mistura de anidrido de ácido carboxílico 
e ácido fosfórico;
Pirofosfato de acila: uma mistura de anidrido de ácido 
carboxílico e ácido pirofosfórico
Adenilato de acila: uma mistura de anidrido de ácido 
carboxílico e adenosina monofosfato (AMP
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 Fosfatos de acila são formados pelo ataque nucleofílico de um íon carboxilato no
fósforo y (o fósforo terminal) do ATP. O ataque de um nucleófilo no grupo P = 0
rompe uma ligação fosforoanidrido (e não a ligação π), por isso não é formado um
intermediário. Essencialmente, é uma reação SN2 com uma adenosina pirofosfato
como grupo de saída.
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 Os pirofosfatos de acila são formados pelo ataque nucleofílico de um íon carboxilato no 
fósforo β do ATP.
Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
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 Os adenilatos de acila são formados pelo ataque nucleofílico de um íon carboxilato 
no fósforo a do ATP
Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 Os tioésteres são as formas mais comuns de ativação de ácidos carboxílicos em 
uma célula. 
 O íon tiolato é uma base mais fraca e, portanto, é um grupo de saída melhor do 
que o íon hidróxido.
 Existe menor deslocalização de elétrons porque ocorre menor sobreposição entre
o orbital 3p do enxofre e o orbital 2p do carbono, comparado com a quantidade de
sobreposição entre o orbital 2p do oxigênio e o orbital 2p do carbono
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 O tiol usado em sistemas biológicos para a formação de tioéster é a coenzima-A. A
substância é escrita como ‘CoASH' para enfatizar que o grupo tiol é a parte mais reativa
da molécula.
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 A primeira etapa da conversão de um ácido carboxílico em um tioéster é a conversão
do ácido carboxílico em um adenilato de acila. O adenilato de acila reage com a
CoASH para formar o tioéster. O acetil-CoA é o tioéster mais comum em células.
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Ativação dos íons carboxilato para reações de substituição 
nudeofílica acílica em sistemas biológicos
 A acetilcolina, um éster, é um exemplo de um derivado de ácido carboxílico que as células
sintetizam usando a acetil-CoA. A acetilcolina é um neurotransmissor — uma substância
que transmite impulsos nervosos através das sinapses entre as células nervosas.
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 BARBOSA, L.C.A. Introdução à Química Orgânica. São Paulo: Prentice Hall, 2ed., 2011.
 BRUICE, P. Química Orgânica, vol.2, 4 ed. São Paulo, Pearson, 2006.
 CLAYDEN, J.; REEVES, N. Organic Chemistry. Oxford University Press: United Kingdom,
2000.
 SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica, v. 2, 10ª edição, (traduzida da original -
John Wiley & Sons, Inc), Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora, 2013.
Referências
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