Ácidos Carboxílicos e Derivado

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Ácidos Carboxílicos e Derivados
Características químicas e físicas dos ácidos carboxílicos e derivados e suas aplicações.
Profa. Gabriela de Andrade Danin Barbosa
1. Itens iniciais
Propósito
Obter conhecimento e informações básicas sobre estrutura, nomenclatura, propriedades, métodos de
obtenção e reações de ácidos carboxílicos, bem como de seus derivados, com ênfase nos mecanismos das
reações, é importante para prever as características e a obtenção de compostos orgânicos dessa classe com
aplicações nos setores químico e farmacêutico.
Objetivos
Descrever as características químicas e físicas, reatividade e acidez dos ácidos carboxílicos e
derivados.
 
Descrever os princípios mecanísticos gerais e as principais reações de substituição nucleofílica acílica.
 
Reconhecer as reações que envolvam a substituição do hidrogênio alfa (Hα) por eletrófilos e os
princípios mecanísticos gerais da condensação de Claisen e da descarboxilação aplicada ao ácido
malônico.
Introdução
Os ácidos carboxílicos e seus derivados estão entre os mais comuns de todas as moléculas, tanto no
laboratório quanto nas rotas biológicas, sendo comumente encontrados na estrutura de diversas biomoléculas
essenciais à vida. Além disso, estão presentes no nosso cotidiano quando se trata das indústrias
farmacêutica, química e de alimentos.
 
Neste tema, você terá a oportunidade de reconhecer as principais reações que envolvem os ácidos
carboxílicos e derivados, assim como de descrever os princípios mecanísticos de cada tipo de reação.
Abordaremos também alguns exemplos de reações e suas aplicações no nosso cotidiano.
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1. Introdução à química dos ácidos carboxílicos
Premissa
Os ácidos carboxílicos ocupam um lugar central entre os compostos de carbonila, sendo comumente
encontrados na química e na bioquímica. Além disso, são materiais de partida na síntese de derivados de
acila, como cloretos ácidos, ésteres, amidas e tioésteres.
No universo bioquímico podemos citar os aminoácidos presentes em nossa dieta alimentar, tais como o
ácido L-glutâmico e o ácido γ-aminobutírico (GABA), que atuam como neurotransmissores importantes
no sistema nervoso. Podemos citar, também, as prostaglandinas, que exercem papéis importantes em
muitos processos fisiológicos, como, por exemplo, o controle da pressão sanguínea, o processo
inflamatório e a atividade do sistema digestivo.
(COSTA et al., 2003)
Na imagem a seguir, você pode ver a representação de fórmulas químicas das prostaglandinas dos tipos D, E e
F.
Prostaglandinas dos tipos D, E e F
Na natureza podemos encontrá-los nas plantas e nas frutas. O ácido oxálico, por exemplo, é um ácido
dicarboxílico tóxico que pode estar presente no espinafre. Mas não se assuste! A sua concentração no
espinafre é muito baixa para representar qualquer perigo; além disso, o ácido oxálico é um ótimo removedor
de manchas e ferrugens. Nas frutas, podemos encontrar os ácidos cítrico, málico e tartárico, cujos sabores
são acentuados e estão presentes em limões, maçãs e uvas, respectivamente.
 
Como explicado por COSTA et al., 2003, na indústria alimentícia, utilizamos, por exemplo, o glutamato
monossódico – para acentuar o sabor de uma série de produtos –, o ácido benzóico – como preservativo de
alimentos – e o ácido acético, presente no vinagre – usado na alimentação e no preparo de ketchup, picles e
molhos.
Como podemos ver, a compreensão das propriedades e reações dos ácidos carboxílicos é
fundamental para entendermos a Química Orgânica, uma vez que eles estão presentes em muitos
processos industriais e classes de produtos bioativos, além de serem utilizados como intermediários
na síntese de outros compostos.
Estrutura e propriedades dos ácidos carboxílicos
Grupo carboxila
Na química orgânica, ácidos carboxílicos têm um grupo funcional formado pela presença de uma carbonila e
de uma hidroxila (-COOH), denominado grupo carboxila (imagem 1).
Imagem 1. Fórmulas estruturais do ácido carboxílico
Estrutura do grupo carboxila
Na estrutura do grupo carboxila, o carbono apresenta hibridização sp2, em que os três átomos ligados ao
átomo de carbono ocupam o mesmo plano, com ângulos de ligação C-C=O e O=C-O de aproximadamente
120° (tabela 1). Possuem dois comprimentos de ligação carbono-oxigênio, sendo o comprimento de ligação
C=O mais curto, quando comparado à ligação C-O. (MCMURRY, 2011)
Ângulos de ligação Graus Comprimento de ligação pm
C-C=O 119 C-C 152
C-C-OH 119 C=O 125
O=C-OH 122 C-OH 131
Tabela 1. Parâmetros de ligação do ácido acético.
Adaptado de McMurry, 2011/BARBOSA, 2020.
Ácidos carboxílicos
Os ácidos carboxílicos podem reagir com bases, perdendo um próton para formar sais de carboxilato. Essa
reação ocorre pela quebra heterolítica da ligação O-H, ficando os elétrons no átomo de oxigênio (imagem 2).
Quebra heterolítica
Cisão/Quebra heterolítica: é a ruptura eletronicamente desigual da ligação entre dois átomos, onde
apenas um deles (geralmente o mais eletronegativo) fica com o par de elétrons.
Imagem 2. Síntese de um sal de ácido carboxílico
Propriedades físicas de ácidos carboxílicos
Esses compostos são substâncias polares, podendo formar ligações de hidrogênio intermoleculares intensas
(formação de dímeros cíclicos), proporcionando elevados pontos de ebulição. Já a solubilidade em água
decorre da formação de ligações de hidrogênio com a água, fazendo com que compostos com baixa massa
molecular apresentem notável miscibilidade com a água (tabela 2).
Dímeros cíclicos
Que é composto de duas partes. Molécula resultante da combinação de duas moléculas idênticas.
Nome IUPAC Nome
comum Estrutura p.f.
(°C)
p.e.
(°C)
Solubilidade
em água* pKa
Saturados
Ácido
metanoico
Ácido
fórmico
HCO2H 8 101 ∞ 3,75
Ácido etanoico
Ácido
acético
CH3CO2H 17 118 ∞ 4,76
Ácido butanoico
Ácido
butírico
CH3CH2CH2CO2H -6 163 ∞ 4,81
Ácido 3-
metilbutanoico
Ácido
isovalérico
(CH3)2CHCH2COOH -29 177 5,0 -
Ácido
hexanoico
Ácido
caproico
CH3(CH2)4CO2H -3 205 1,08 4,84
Ácido
decanoico
Ácido
cáprico
CH3(CH2)8CO2H 31 269 0,015 4,84
Insaturados
Ácido 2-
propenoico
Ácido
acrílico
CH2=CHCO2H 14 141 8 -
Ácido benzoico
Ácido
benzoico
C6H5CO2H 122 250 0,34 4,19
Nome IUPAC Nome
comum Estrutura p.f.
(°C)
p.e.
(°C)
Solubilidade
em água* pKa
Ácidos graxos
Ácido
dodecanoico
Ácido
láurico
CH3(CH2)10CO2H 44 179 0,006 5,30
Ácido
tetradecanoico
Ácido
mirístico
CH3(CH2)12CO2H 59 200 0,002 -
Ácido
hexadecanoico
Ácido
palmítico
CH3(CH2)14CO2H 63 219 0,0007 6,46
Ácido
octadecanoico
Ácido
esteárico
CH3(CH2)16CO2H 70 383 0,0003 -
Ácidos dicarboxílicos
Ácido
etanodioico
Ácido
oxálico
HO2C-CO2H 189 - 9,0 -
Ácido
propanodioico
Ácido
malônico
HO2C-CH2-CO2H 136 - 74 -
Ácido cis-2-
butenodioico
Ácido
maleico
Cis-
HO2CCH=CHCO2H 140 - 79 -
*g 100 mL-1 de água, 25°C
Tabela 2. Propriedades físicas de alguns exemplos de ácidos carboxílicos.
Adaptado de Solomons & Fryhle, 2006/BARBOSA, 2020.
De acordo com a tabela 2, é possível observar que ácidos carboxílicos de baixo peso molecular são líquidos e
miscíveis com água devido à solvatação pela formação de ligações de hidrogênio com o solvente; já seus
homólogos superiores são sólidos em temperatura ambiente e insolúveis em água, pois na medida em que
aumenta o tamanho da cadeia hidrocarbônica, a solubilidade em água diminui.
Curiosidade
IUPAC é União Internacional de Química Pura e Aplicada que estabelece as regras de nomenclatura de
compostos orgânicos. 
Ácidos graxos
Dentre os homólogos superiores, estão os ácidos graxos (C12-C20), amplamente encontrados na natureza
sob a forma de ésteres do glicerol, sendo conhecidos como triglicerídeos. Os ácidos graxos podem apresentar
cadeias saturadas, sólidos em temperatura ambiente, ou insaturadas de configuração cis, em geral óleos e
gorduras, como os ácidos oleico, linoleico e linolênico.
 
Na imagem 3, é possível observar que, nos ácidos graxos insaturados, a presença de uma ligação dupla cis
impede a formação de uma rede cristalina estável, proporcionado os baixos pontosde fusão desses
compostos.
Imagem 3. Exemplos de ácidos graxos com 18 carbonos
Nomenclatura dos ácidos carboxílicos
No sistema IUPAC, os ácidos carboxílicos derivados de hidrocarbonetos de cadeia aberta são
sistematicamente nomeados substituindo-se o sufixo -o da maior cadeia hidrocarbônica que contém a
carboxila pelo sufixo -oico, precedido da palavra ácido. Apesar dos nomes sistemáticos ou substitutivos
IUPAC, muitos ácidos carboxílicos apresentam nomes comuns derivados do latim ou grego que indicam uma
das suas fontes naturais (imagem 4).
Imagem 4. Nomenclatura de alguns exemplos de ácidos carboxílicos
Para nomear compostos com cadeias ramificadas e/ou com ligações múltiplas (dupla ou tripla), devemos
numerar a cadeia principal, e o carbono do grupo -COOH sempre será a posição 1, veja a seguir na imagem 5.
Imagem 5. Nomenclatura de compostos derivados de ácidos carboxílicos-alifáticos
Quando o grupo -COOH estiver ligado a um anel, ele será considerado um substituinte da cadeia principal e,
nesses casos, o carbono do grupo -COOH será ligado ao C1 e não será numerado nesse sistema. Por
exemplo, um ciclobutano contendo COOH como substituinte é chamado de ácido ciclobutanocarboxílico. Já
os ácidos carboxílicos aromáticos são nomeados como derivados do anel aromático correspondente e pode-
se utilizar prefixos orto- (o-), meta- (m-) e para- (p-) para designar a posição dos substituintes. Veja alguns
exemplos na imagem 6.
Imagem 6. Nomenclatura de compostos derivados de ácidos carboxílicos - cíclicos e
aromáticos
Vamos ver uma curiosidade sobre o ácido benzóico?
O ácido benzóico faz parte da composição natural de diversos alimentos, como:
Cogumelos
Tomates
Iogurtes
Cervejas
Vinho
Maçãs
Uvas
Outra opção de nomenclatura para designar as posições dos substituintes na cadeia principal é a utilização
das letras gregas alfa (α), beta (β), gama (γ), delta (δ), épsilon (ε) e ômega (ω).
 
A letra α (alfa) é a primeira a ser utilizada no carbono adjacente à carboxila, seguida pelas demais, β, γ, δ e ε.
Já a posição ω será sempre o carbono mais afastado da carboxila, independentemente do número de
carbonos da cadeia principal.
 
Já os ácidos dicarboxílicos, também chamados de diácidos, apresentam dois grupos –COOH. Para os ácidos
alifáticos, a nomenclatura deve ser realizada pela adição do sufixo –dioico ao nome do alcano da cadeia
principal (cadeia que possui os dois grupos –COOH), precedido pela palavra ácido. A cadeia principal será
numerada a partir do grupo –COOH que permitir a menor numeração para os substituintes. Para os ácidos
cíclicos, consideram-se as carboxilas substituintes da estrutura cíclica.
Imagem 7. Nomenclatura dos ácidos dicarboxílicos
Reatividade química e acidez dos ácidos carboxílicos e
seus derivados
Acidez do grupo carboxílico
Como o próprio nome diz, a propriedade principal dos ácidos carboxílicos é a acidez. Os ácidos carboxílicos
são ácidos de Brønsted-Lowry que se dissociam levemente em água para gerar o hidrônio, H3O+, e os ânions
carboxilatos, RCO2
-.
 
Para a maioria dos ácidos carboxílicos, a constante de acidez (Ka) é aproximadamente 10-4 a 10-5, mostrando
serem ácidos muitos mais fracos do que os ácidos inorgânicos, porém, muito mais fortes que os álcoois.
Temos, como exemplo, o etanol, que possui Ka de aproximadamente 10-16, tornando-o mais fraco do que o
ácido acético que possui Ka igual a 1,34 x 10-5.
 
Segundo a teoria Brønsted-Lowry, ácidos são espécies (íons ou moléculas) doadoras de prótons (H+) e bases
são espécies aceptoras de prótons. Um ácido reage com uma base, levando à formação de um ácido
conjugado da base e uma base conjugada do ácido.
 
Em ambos os casos, a acidez é decorrente do fato de a base conjugada do ácido ser estabilizada por ter sua
carga negativa em um átomo de oxigênio fortemente eletronegativo. Entretanto, o etanol dissocia-se,
produzindo um íon etóxido, no qual a carga negativa está localizada em um átomo eletronegativo, enquanto o
ácido acético gera um íon acetato, no qual a carga negativa está deslocalizada sobre dois átomos de oxigênio
equivalentes. Sendo assim, o íon acetato é mais estável do que o íon etóxido, devido ao efeito de ressonância.
 
O íon acetato apresenta duas estruturas canônias de mesma energia, distribuindo a carga negativa entre dois
átomos eletronegativos, enquanto no etóxido um único átomo de oxigênio porta a carga negativa (imagem 8).
O efeito de ressonância torna o íon acetato mais estável que o íon etóxido, possuindo uma energia mais baixa
e sendo mais favorecido no equilíbrio de dissociação.
Constante de acidez (Ka)
É proporcional à concentração dos íons formados. Portanto, quanto maior o valor de Ka mais ionizado é
o ácido; consequentemente, maior a sua força. Logo, quanto mais forte o ácido, maior o valor de Ka,
menor o valor de pKa e mais fraca a sua base conjugada.
Imagem 8. Estruturas canônicas do etanol e do ácido acético
Mas, por que o íon fenolato é menos estável do que o íon acetato, uma vez que o íon fenolato
apresenta mais estruturas de ressonância?
A resposta fica clara se observarmos a imagem 9.
 
No fenolato, três das formas canônicas mostram a carga negativa situada em átomos de carbono, que
apresentam menor contribuição, ou seja, são menos eletronegativos e suportam menos a carga negativa.
Imagem 9. Estruturas canônicas do fenolato
Efeito do substituinte sobre a acidez
Como a dissociação de um ácido carboxílico é um processo de equilíbrio, qualquer fator que estabilize o ânion
carboxilato irá favorecer o deslocamento do equilíbrio no sentido da dissociação, aumentando a acidez.
Utilizaremos como base, para discussão deste tópico, os compostos da imagem 10, a seguir.
Valores de pKa para ácidos carboxílicos
Imagem 10. Valores de pKa para alguns exemplos de ácidos carboxílicos
Observe na imagem que os compostos que têm o cloro como substituinte apresentam um menor valor de pKa
em relação aos seus correspondentes sem o substituinte cloro. No ácido α-clorobutírico, por exemplo, o
caráter eletronegativo do cloro é o responsável por “puxar” elétrons da ligação C-Cl. O carbono, por sua vez,
puxa elétrons do carbono da carboxila, que irá puxar elétrons dos átomos de oxigênio, estabilizando o
carboxilato. Sendo assim, quanto maior o número de átomos de cloro em um mesmo carbono, menor será o
pka do composto e, consequentemente, maior a acidez.
 
Entretanto, observe que à medida que o átomo de cloro se afasta da posição α, os valores de pKa aumentam,
pois o efeito indutivo é transmitido por meio das ligações σ adicionais, diminuindo a sua intensidade.
 
Como pôde ser visto na imagem 9, o ácido α-fluoracético é o mais ácido entre os ácidos α-substituídos por
halogênios. Esse fato é decorrente do maior efeito polar do flúor sobre a estabilização do carboxilato, ou seja,
quanto maior a eletronegatividade do substituinte, maior a acidez do composto.
Efeito dos substituintes no ácido benzoico p-substituído
Os efeitos dos substituintes na acidez também são encontrados nos ácidos benzoicos substituídos. Quando
os sistemas aromáticos são substituídos por grupos doadores de elétrons (CH3, OH, CH3O, NH2, N(CH3)2 ),
tanto a reatividade quanto a acidez irão diminuir em relação ao ácido benzoico sem substituintes. Por outro
lado, substituições por grupos retiradores de elétrons (CF3, NO2, CN, CHO, Cl) irão aumentar a eletrofilicidade
da carbonila e sua acidez em relação ao produto não substituído.
Tabela 3. Efeito dos substituintes no ácido benzoico p-substituído
Reatividade química dos ácidos carboxílicos e derivados
Os fatores estéricos e eletrônicos são de extrema importância na determinação da reatividade dos ácidos
carboxílicos e seus derivados.
Reatividade dos compostos
Na imagem 11, podemos observar que, ao compararmos uma série de ácidos similares, os compostos com
menor número de substituintes são mais reativos. Essa reatividade ocorre porque os grupos carbonila estão
mais desimpedidos estericamente.
Imagem 11. Reatividade dos compostos substituídosde um derivado de ácido
carboxílico
Influência das formas
Do ponto de vista eletrônico, a reatividade química frente a nucleófilos depende da contribuição relativa
dessas estruturas, as quais dependem da natureza do grupo substituinte X. Por exemplo, os cloretos de
ácidos são mais reativos do que as amidas e os ésteres, pois o cloro, por ser mais eletronegativo, terá mais
força para retirar elétrons do carbono da carbonila, tornando-a mais δ+. Além disso, nesse caso, dentre as
suas formas canônicas, a contribuição da forma canônica C – onde todos os átomos estão com o octeto
completo e o carbono encontra-se neutro, o que diminui a eletrofilicidade – será muito pequena (imagem 12).
Imagem 12. Influência das formas canônicas dos ácidos carboxílicos e derivados na
reatividade
Quando se trata de ésteres e amidas, a contribuição da estrutura C é mais expressiva em ambos os
compostos. Entretanto, a menor eletronegatividade do nitrogênio em relação ao oxigênio faz com que o
nitrogênio suporte melhor a carga positiva, aumentando a contribuição da estrutura C; sendo assim, os
ésteres serão mais reativos do que as amidas.
Ordem decrescente de reatividade
Agora, ao compararmos os tioésteres com os ésteres correspondentes, veremos que os primeiros são mais
reativos, pois a interação por ressonância dos pares de elétrons não compartilhados do enxofre com a ligação
C=O é pouco efetiva. Sendo assim, a contribuição da forma canônica C nos tioésteres será pequena,
prevalecendo a estrutura B, na qual o carbono está positivo e altamente eletrofílico (imagem 13).
Imagem 13. Ordem decrescente de reatividade dos derivados de ácidos carboxílicos
Como consequência dessas diferenças de reatividade, podemos dizer que um derivado ácido mais
reativo pode ser convertido diretamente em um menos reativo, mas o inverso geralmente é mais
difícil e, quando possível, requer reagentes especiais.
Nomenclatura e reatividades dos ácidos carboxílicos e derivados
Assista agora o vídeo sobre nomenclatura e reatividades dos ácidos carboxílicos e derivados.
Conteúdo interativo
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Organize os ácidos carboxílicos descritos a seguir em ordem crescente de acidez:
A
Ácido p-benzóico, ácido p-metoxibenzóico, ácido p-clorobenzóico, ácido p-nitrobenzóico
B
Ácido p-metoxibenzóico, ácido benzóico, ácido p-nitrobenzóico, ácido p-clorobenzóico
C
Ácido p-metoxibenzóico, ácido benzóico, ácido p-clorobenzóico, ácido p-nitrobenzóico
D
Ácido p-benzóico, ácido p-metoxibenzóico, ácido p-nitrobenzóico, ácido p-clorobenzóico
E
Ácido p-nitrobenzóico, ácido p-clorobenzóico, ácido benzóico, ácido p-metoxibenzóico
A alternativa C está correta.
Um grupo retirador de elétrons(desativador) aumenta a acidez pela estabilização do ânion carboxilato e um
grupo doador de elétron (ativador) diminui a acidez pela estabilização do ânion carboxilato. O grupo nitro,
por apresentar maior efeito polar, irá alterar mais a acidez quando comparado aos halogênios.
Questão 2
Escolha a alternativa que apresenta os nomes sistemáticos IUPAC dos compostos a seguir:
A
I – ácido ciclobutilcarboxílico; II- ácido-cis-3-benzil-2-propenoico; III- ácido 3-etil-6-metiloctanoico
B
I – ácido ciclobutanocarboxílico; II- ácido-trans-3-benzil-2-propenoico; III- ácido 3-etil-6-metiloctanadioico
C
I – ácido ciclobutanocarboxílico; II- ácido-trans-3-fenil-2-propenoico; III- ácido 3-etil-6-metiloctanedioico
D
I – ácido ciclobutilcarboxílico; II- ácido-cis-3-fenil-2-propanoico; III- ácido 3-etil-6-metiloctanoico
E
I – ácido butanoico; II- ácido-trans-3-fenil-2-propenoico; III- ácido 3-metil-6-metiloctanedioico
A alternativa C está correta.
De acordo com o sistema IUPAC, os ácidos carboxílicos derivados de hidrocarbonetos de cadeia aberta
devem ser nomeados substituindo-se o sufixo -o da maior cadeia hidrocarbônica que contém a carboxila
pelo sufixo -oico, precedido da palavra ácido. Para nomear compostos com cadeias ramificadas e/ou com
ligações dupla ou tripla, devemos numerar a cadeia principal, e o carbono do grupo -COOH sempre será a
posição 1. Já em sistemas aromáticos, quando o grupo -COOH estiver ligado a um anel, ele será
considerado um substituinte da cadeia principal, e o carbono do grupo -COOH será ligado ao C1 e não será
numerado nesse sistema.
2. Reação de substituição nucleofílica acílica
Premissa
A substituição nucleofílica de acila descreve uma classe de reações de substituição envolvendo nucleófilos,
espécie química que doa um par de elétrons e compostos derivados de ácidos carboxílicos.
Mecanismo de reação de substituição nucleofílica de acila
Nesse tipo de reação, os derivados de ácidos carboxílicos apresentam um carbono da acila ligado ao grupo
abandonador – X, que pode sair como um ânion estável. Sendo assim, quando um nucleófilo é adicionado ao
composto de acila, o intermediário tetraédrico é formado e o grupo abandonador é eliminado, gerando um
novo composto de acila (imagem 1).
Imagem 1. Mecanismo geral de uma reação de substituição nucleofílica de acila
Embora a reação total da substituição nucleofílica de acila seja superficialmente similar ao tipo de substituição
nucleofílica que ocorre durante uma reação SN2 (reação de substituição nucleofílica bimolecular), os
mecanismos das duas reações são bem diferentes. A reação SN2 ocorre em uma única etapa e o nucleófilo
ataca por trás, ou seja, pelo lado diretamente oposto ao grupo abandonador; já na substituição nucleofílica de
acila, a reação ocorre em duas etapas, envolvendo a formação de um intermediário tetraédrico.
Mecanismo de reação de substituição nucleofílica de acila a partir de um
cloreto de ácido
O processo como um todo, no caso das substituições de acila, ocorre por intermédio de um mecanismo de
adição nucleofílica-eliminação, podendo acontecer em meio neutro, ácido ou básico. Entretanto, os meios
básico e ácido são as condições mais comuns, pois aceleram significativamente a velocidade da reação
(imagem 2).
Imagem 2. Mecanismo de uma reação de substituição nucleofílica de acila a partir
de um cloreto de ácido
Na imagem 2, temos um exemplo de uma reação de substituição nucleofílica de acila a partir de um cloreto de
ácido.
 
Abaixo veremos as etapas dessa reação:
Etapa 1
Adição do nucleófilo ao grupo carbonila eletrofílico.
Etapa 2
Formação do intermediário tetraédrico instável.
Etapa 3
Reação de eliminação do íon cloreto para formação do éster.
A presença da base, como, por exemplo, a piridina, será importante para a remoção do próton do álcool
adicionado à carbonila.
 
Podemos observar, também, que as substituições em grupos carbonil trigonais passam por um intermediário
tetraédrico e depois para um produto trigonal.
 
Chamamos o intermediário de tetraédrico pois o átomo de carbono trigonal – configuração sp2 – da carbonila
passa a ser um carbono tetraédrico – configuração sp3.
Conversão de ácidos carboxílicos em cloretos de ácido
No módulo anterior, vimos que, devido às diferenças de reatividade, para que um derivado ácido mais reativo
seja convertido em um menos reativo, é necessária a utilização de reagentes especiais que transformem um
grupo abandonador ruim em um grupo abandonador melhor do que aquele presente no produto da reação.
 
Os ácidos carboxílicos podem ser convertidos em cloretos de ácido pelo tratamento com o cloreto de tionila
(SOCl2), tricloreto de fósforo (PCl3) ou pentacloreto de fósforo (PCl5), em ambos os casos as reações
envolvem adição nucleofílica-eliminação de um íon cloreto em um intermediário altamente reativo: um
clorossulfito de acila protonado, um clorofosfito de acila protonado ou um clorofosfato de acila protonado
(imagem 3).
Imagem 3. Mecanismo de reação da síntese de cloreto de acila
Como podemos observar no mecanismo de reação, o ácido carboxílico irá atacar o enxofre do cloreto de
tionila por este ser eletrofílico, uma vez que apresenta um átomo de oxigênio e dois cloros ligados a ele,
formando um intermediário instável e altamenteeletrofílico. A reprotonação do intermediário instável irá
proporcionar-lhe maior eletrofilicidade para que ocorra a reação, mesmo com um nucleófilo fraco Cl-.
Reações de cloretos de ácidos
Uma vez preparado, o cloreto de ácido ou cloreto de acila, o mais reativo dentre os derivados de ácidos
carboxílicos, reage facilmente e com bons rendimentos com vários nucleófilos, podendo ser convertido aos
derivados menos reativos.
 
Sendo assim, devido a sua reatividade, na maioria dos casos a melhor rota sintética para um anidrido, amida
ou éster envolverá a síntese inicial do cloreto de acila do ácido e, posteriormente, a conversão ao derivado
ácido desejado (imagem 4).
Imagem 4. Cloreto de ácido e suas reações
Além das reações representadas na imagem 4, os cloretos de acila podem reagir com água ou com base
aquosa – reação denominada hidrólise –, mas essas reações normalmente são pouco realizadas, pois
regeneram o ácido carboxílico, destruindo a utilidade do reagente cloreto de acila. Nesse caso, a utilização da
base tem como objetivo remover o ácido clorídrico formado e evitar que ele provoque reações laterais
(imagem 5).
Imagem 5. Mecanismo de formação de um ácido carboxílico a partir de um cloreto
de acila
A reação de cloretos de ácidos com álcoois, denominada alcoólise, provavelmente é o método mais comum
para preparação de ésteres em laboratório. As reações são geralmente realizadas na presença de piridina ou
hidróxido de sódio (NaOH) para reagir com o ácido formado, assim como ocorre na hidrólise.
 
Nesse caso, a escolha do álcool a ser utilizado irá influenciar na velocidade da reação, pois álcoois com
grupos mais volumosos tornam a reação consideravelmente mais lenta, devido ao impedimento estérico,
resultando em uma ordem de reatividade: álcool primário > álcool secundário > álcool terciário. Na imagem 6,
podemos observar que é possível esterificar um álcool na presença de um álcool mais impedido. Nesse caso,
o álcool secundário é mais impedido e menos reativo, enquanto o álcool primário é menos impedido e mais
reativo.
Imagem 6. Reação de formação de éster a partir de cloreto de ácido e álcool
Para a síntese de amidas, podemos reagir o cloreto de ácido com amônia ou aminas; entretanto, apenas
aminas mono- e dissubstituídas podem ser utilizadas. Assim como nas reações anteriores, para a síntese de
amidas ocorre a formação de HCl, sendo necessário neutralizá-lo. Para isso, são utilizados dois equivalentes
de aminas: um para reagir com o cloreto de ácido e outro para neutralizar o HCl, formando o sal de cloreto de
amônio. Contudo, dependo do valor agregado da amina, pode-se utilizar um equivalente de uma base barata,
como, por exemplo, o hidróxido de sódio.
Conversão de ácidos carboxílicos em ésteres
Reações de esterificações de Fischer são caracterizadas pela síntese de ésteres a partir de ácidos
carboxílicos e álcoois. Elas ocorrem muito lentamente, pois os ácidos carboxílicos não são reativos o suficiente
para sofrerem diretamente uma adição nucleofílica, porém atingem o equilíbrio em poucas horas quando uma
pequena quantidade de ácido forte, HCl ou H2SO4, é adicionada ao meio.
 
O ácido inorgânico é responsável por protonar uma pequena porcentagem de átomo de oxigênio do grupo
carbonila, tornando-a extremamente suscetível ao ataque, mesmo por um nucleófilo fraco como o álcool. O
álcool realiza o ataque nucleofílico, formando o intermediário tetraédrico instável. Note que nenhum dos
grupos de saída (R, HO, RO) do intermediário é muito bom; sendo assim, a ajuda está novamente no ácido que
irá protonar o oxigênio (OH), convertendo-o em um bom grupo de saída (água). A perda de um próton e a
expulsão de H2O regeneram o catalisador ácido e geram o éster como produto.
 
O mecanismo da reação é mostrado na imagem 7.
Imagem 7. Mecanismo de reação de esterificação de Fischer
Uma vez que a posição de equilíbrio controla a quantidade de éster formada, ela será favorecida quando um
excesso de álcool for utilizado como solvente. Entretanto, a formação de um ácido carboxílico será
beneficiada quando um excesso de água estiver presente. Você poderá ver na imagem 8.
 
Assim, o resultado a ser obtido dessa reação irá depender das condições escolhidas.
Se você deseja esterificar um ácido
Utilize excesso de álcool e, se possível, remova
a água à medida que ela seja formada.
Se você deseja hidrolisar um éster 
Utilize de um grande excesso de água (refluxo
com uma solução aquosa de HCl ou H2SO4).
Acompanhe a imagem!
Imagem 8. Hidrólise de éster catalisada por ácido
Observe, no mecanismo de reação, que a hidrólise de éster catalisada por ácido é a reação inversa da
esterificação de Fischer:
Reações de ésteres
Como vimos no tópico anterior, os ésteres podem sofrer hidrólise catalisada por ácido, formando um ácido
carboxílico, mas, também, sofrem hidrólise promovida por base, denominada saponificação (imagem 9).
Imagem 9. Mecanismo de hidrólise de éster induzida por base
No refluxo de um éster em hidróxido de sódio aquoso, o íon hidróxido ataca a carbonila do éster para formar o
intermediário tetraédrico. Então, a perda do íon alcóxido irá gerar um ácido carboxílico que será desprotonado
pelo alcóxido formado, originando o íon carboxilato. O íon carboxilato, por ser pouco reativo, faz com que a
hidrólise de um éster promovida por base seja uma reação essencialmente irreversível. Por fim, a protonação
do íon carboxilato pela adição de um ácido em uma etapa separada forma o ácido carboxílico.
 
Já na presença de aminas primárias, secundárias ou amônia, os ésteres sofrem reação de substituição
nucleofílica de acila, formando amidas. Entretanto, essa reação não é utilizada com frequência, pois é mais
lenta do que as de cloretos de acila.
Reação e mecanismo de transesterificação
Os ésteres também podem ser sintetizados por meio de transesterificação, que nada mais é do que a reação
em que se obtém um éster através de outro éster. O mecanismo dessa reação consiste simplesmente em
adicionar um álcool e eliminar o outro álcool formado, ambas as etapas catalisadas por ácido.
Etapa 1 
A primeira etapa da reação é a ativação da
carbonila por meio da protonação, ocorrendo
o ataque nucleofílico pela água, formando o
intermediário tetraédrico.
Etapa 2 
A protonação do –OR’ irá convertê-lo
em um bom grupo abandonador e
com isso ocorre a expulsão do álcool e a
formação do ácido carboxílico.
Imagem 10. Reação e mecanismo de transesterificação
No exemplo acima, podemos deslocar o equilíbrio para a direita, destilando da mistura o metanol – álcool de
menor ponto de ebulição.
Comentário
O processo de transesterificação é importante para a geração de biodiesel a partir de óleos vegetais. 
Reações de anidrido de ácido
Veja alguns exemplos dessas reações que resultam em medicamentos conhecidos:
Síntese da Aspirina
Os anidridos de ácidos carboxílicos reagem com álcoois para formar
ésteres, sem a necessidade de um catalisador ácido, como ocorre na
esterificação (imagem 11). O uso de um ácido forte pode ocasionar
reações laterais, dependendo de quais outros grupos funcionais estejam
presentes na molécula.
Um exemplo clássico desse tipo de reação é a síntese da aspirina (ácido
acetilsalicílico) pela acetilação do ácido o-hidroxibenzoico (ácido
salicílico) com o anidrido acético.
Síntese do Tylenol
Outra reação clássica utilizada pela indústria farmacêutica é conversão
de anidrido acético em amida para a formação do Tylenol
(acetominofeno). Nessa reação a p-hidroxianilina reage com o anidrido
acético na presença base, em que o grupo -NH2, mais nucleofílico que o
-OH, ataca a carboxila do anidrido.
Reações de substituição nucleofílica acílica aplicadas à Indústria
A seguir, assista ao vídeo reações de substituição nucleofílica acílica aplicadas à Indústria.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
Conversão de ácidos carboxílicos em amidas
As amidas podem ser sintetizadas utilizando-se vários métodos que envolvem a substituição nucleofílica deacila a partir de cloretos de ácidos, ésteres, anidridos (como visto nos itens anteriores), ácidos carboxílicos e
sais carboxilatos.
Formação de amidas a partir de um íon carboxilato
A síntese de amidas a partir de ácidos carboxílicos é de difícil de preparo,
pois as aminas utilizadas no método convertem os ácidos carboxílicos em
seus ânions carboxilatos não reativos, não ocorrendo reação adicional em
solução aquosa. Sendo assim, para que ocorra a formação de amidas, é
necessária a evaporação da água e, subsequentemente, o aquecimento
do sal seco, ocasionando a sua desidratação (figura 13).
Reação de formação de um dipeptídeo
Por ser um procedimento muito pobre, geralmente, o preparo de amidas
é realizado a partir de cloretos de ácidos ou a partir de ácidos
carboxílicos na presença de dicicloexilcarboiimida (DCC), que será
responsável por ativá-lo (figura 14). A utilização de DCC na formação de
amidas é a principal etapa de síntese laboratorial de pequenas proteínas
ou peptídeos.
Mecanismo de formação de amida a partir de um ácido
No mecanismo de reação mostrado na figura 15, a seguir, podemos
observar que o ácido carboxílico irá se juntar à ligação C=N do DCC para
que, posteriormente, ocorra a substituição nucleofílica de acila.
Reações de amidas
Assim como os cloretos de ácidos e ésteres, as amidas também sofrem hidrólise; entretanto, as condições
necessárias são mais severas, normalmente necessitam de condições forçadas de aquecimento, e ácido ou
base forte. A hidrólise ocorre quando as amidas em solução aquosa ácida ou básica são aquecidas, formando
ácidos carboxílicos mais amônia ou amina. As etapas da hidrólise são reversíveis com o equilíbrio deslocado
no sentido do produto.
 
Os mecanismos para a hidrólise ácida e básica estão descritos na imagem 16. Na hidrólise ácida, a água age
como um nucleófilo e ataca a amida protonada; posteriormente, ocorre a transferência de um próton do
oxigênio ao nitrogênio, tornando-o um melhor grupo abandonador. Já a hidrólise básica é mais difícil de
ocorrer, pois o íon amideto (-NH2) é um grupo abandonador fraco, dificultando a eliminação.
Imagem 16. Mecanismo de hidrólise ácida e básica
Verificando o aprendizado
Questão 1
Como você poderia preparar os seguintes compostos usando uma reação de substituição
nucleofílica de acila de um cloreto ácido?
A
Cloreto de fenila + etanol; cloreto de propanoíla + metilamina
B
Cloreto de benzoíla + etanol; cloreto de propanoíla + metilamina
C
Cloreto de benzoíla + etanol; cloreto de propila + metilamina
D
Cloreto de fenila + etanol; cloreto de propila + etanamida
E
Cloreto de fenila + etanol; cloreto de propila + N-metil-formamida
A alternativa B está correta.
O cloreto de ácido reage facilmente– e traz bons rendimentos– com vários nucleófilos, podendo ser
convertido aos derivados menos reativos. A reação de cloretos de ácidos com álcoois, denominada
alcoólise, é o método mais comum para a preparação de ésteres em laboratório. Para a síntese de amidas,
podemos reagir o cloreto de ácido com amônia ou aminas; entretanto, apenas aminas mono - e
dissubstituídas podem ser utilizadas.
Questão 2
Como você prepararia os seguintes ésteres a partir dos ácidos correspondentes?
A
Ácido acético + 1-butanol; ácido butanoico + metanol
B
Ácido metanoico + 1-butanol; ácido propanoico + metanol
C
Ácido etanoico + 1-butano; ácido butanoico + metano
D
Ácido metanoico + cloreto de butanoíla; ácido propanoico + cloreto de metanoíla
E
Ácido acético + 1-butanol; ácido propanoico + cloreto de metileno
A alternativa A está correta.
Reações de esterificações de Fischer são caracterizadas pela síntese de ésteres a partir de ácidos
carboxílicos e álcoois.
3. Reações envolvendo a substituição do Hα por eletrófilos
Premissa
Os derivados dos ácidos carboxílicos, principalmente em meio básico, podem ter o átomo de Hα substituído
por eletrófilos, sendo intermediados pelos respectivos enolatos.
Antes de discutirmos melhor este assunto, vamos entender sobre a acidez dos hidrogênios α?
Ligações C-H em alcanos são pouco ácidas, pois o átomo de carbono não estabiliza o carbânion gerado, mas
a presença de certos grupos funcionais, como ésteres e amidas, em posição adjacente à ligação C-H, irá
influenciar muito no valor de pKa. Ou seja, quanto maior for a habilidade desses grupos em estabilizar a carga
negativa da base conjugada por ressonância, maior será a acidez dos hidrogênios.
 
Na imagem 1, podemos observar a forma de ressonância em que o oxigênio fica com a carga negativa –
enolatos – é a que mais contribui para a dissociação da ligação C-Hα, pois o oxigênio é mais eletronegativo do
que o carbono. Nesse caso, em que o hidrogênio α está entre duas carbonilas, o enolato será duplamente
estabilizado, tornando-o mais estável.
Imagem 1. Reação de dissociação do Hα em ésteres
Sendo assim, em ésteres e amidas terciárias, é possível gerar os respectivos enolatos por meio do tratamento
com base, sendo que a posição do equilíbrio irá depender da força da base utilizada. A seguir, analisaremos as
reações de condensação de Claisen e a síntese do éster malônico, que envolvem, justamente, a substituição
do hidrogênio α.
Reação de condensação de Claisen
As reações de condensação de carbonila, de maneira geral, são muito encontradas nas rotas metabólicas para
biossíntese de carboidratos, lipídeos, proteínas, ácidos nucleicos, entre outros, e têm grande importância, pois
são um dos poucos métodos gerais para a formação de ligações carbono-carbono, possibilitando assim a
construção de moléculas maiores a partir de precursores menores (McMurry, 2011).
Princípios das reações de condensação de Claisen
Dentre as reações de condensação, temos a reação de condensação de Claisen, que consiste no tratamento
de um éster contendo pelo menos um átomo de hidrogênio na posição α ao grupo carboxílico com uma base,
formando de maneira reversível o enolato correspondente. Na ausência de outras espécies eletrofílicas e em
condições apropriadas, o enolato reagirá com o éster que lhe deu origem, formando o β-cetoéster
correspondente. Ou seja, as condensações de Claisen envolvem o carbono α de uma molécula e o grupo
carbonila de outra (imagem 2).
Imagem 2. Síntese de um β-cetoéster
Mecanismo de condensação de Claisen
Já a imagem 3, que veremos a seguir, descreve o mecanismo da reação de condensação de Claisen, que
envolve basicamente a adição nucleofílica de um íon enolato de éster no grupo carbonila de uma segunda
molécula de éster.
Imagem 3. Mecanismo de condensação de Claisen
No mecanismo de condensação, uma base alcóxido é utilizada para retirar um átomo de hidrogênio alfa
(hidrogênio ácido) de uma molécula de éster, gerando um íon enolato nucleofílico.
A base alcóxido utilizada para formar o enolato deve ter o mesmo grupo alquila que o éster (etóxido
para um éster de etila), pois, caso contrário, pode ocorrer a transesterificação que resultaria em
mistura de cetoésteres ao final do processo.
O íon enolato, em uma reação de adição nucleofílica, irá atacar o carbono da carbonila de uma segunda
molécula de éster, formando um intermediário alcóxido tetraédrico. O intermediário tetraédrico expulsará o íon
etóxido, resultando na substituição do alcóxido pelo grupo derivado do enolato – formação do acetoacetato
de etila.
 
Até aqui, se analisarmos em detalhes, veremos que o mecanismo de condensação de Claisen é um exemplo
clássico de substituição nucleofílica de acila.
 
Entretanto, o equilíbrio global para o processo é desfavorável e pouco produto seria obtido se o processo
envolvesse apenas essas duas etapas. Mas o íon etóxido é básico o suficiente para converter o produto β-
cetoéster em seu respectivo ânion (base mais fraca) estabilizado por ressonância (etapa altamente favorável),
deslocando assim o equilíbrio e completando a reação.
 
O álcool formado na reação, à medida que se forma, pode ser retirado por destilação, ajudando ainda mais o
equilíbrio no sentido do produto desejado.
 
Por fim, ocorre a protonaçãodo íon enolato pela adição de um ácido aquoso em uma etapa separada,
formando o produto de condensação de Claisen.
Mas como sabemos que a desprotonação do β-cetoéster é a responsável por impulsionar a reação?
Se o éster utilizado no exemplo da imagem 2 tivesse dois substituintes no carbono α (C2 do éster), o íon
enolato estável não seria formado. Um éster com apenas um hidrogênio α não terá um hidrogênio ácido para
que ocorra a terceira etapa do mecanismo e, como podemos esperar, o equilíbrio estará completamente
desfavorável. Sendo assim, a reação não irá ocorrer sob as condições normais (EtO- em EtOH).
 
Entretanto, a reação pode ocorrer se uma base mais forte o suficiente para converter o éster em seu enolato –
como, por exemplo, trifenilmetaneto de sódio – for utilizada. A reação do enolato com uma segunda molécula
de éster formará o β-cetoéster com bom rendimento (imagem 4). A segunda etapa da reação também poderia
ser tratada com um cloreto de acila.
Imagem 4. Reação de condensação de Claisen a partir de éster com C-2
dissubstituído
Condensações de Claisen intramoleculares
As condensações de Claisen intramoleculares, denominadas ciclização de Dieckmann, constituem-se em
excelente método de síntese de cetonas cíclicas, particularmente ciclopentanonas e cicloexanonas. Na
ciclização de Dieckmann, o átomo de carbono α e o grupo éster para condensação vêm da mesma molécula,
em que um 1,6-diéster dá origem a um β-cetoéster cíclico com um anel de cinco membros, e a ciclização de
um 1,7-diéster produz um β-cetoéster cíclico com um anel de seis membros. A formação de anéis menores é
desfavorável devido à tensão angular do anel. Já os anéis maiores são entropicamente menos favoráveis
devido ao maior número de conformações disponíveis para um precursor de cadeia mais longa. O mecanismo
da ciclização de Dieckmann é semelhante ao da reação de Claisen (imagem 5).
Imagem 5. Mecanismo de condensação de Claisen intramolecular
Veja como funciona o mecanismo descrito na imagem 5:
 
1. A base retira o próton ácido do carbono α de um dos dois grupos ésteres, gerando o íon enolato.
2. Em seguida, ocorre a adição nucleofílica intramolecular de um íon enolato ao grupo carbonila do éster da
outra extremidade da cadeia, dando origem ao intermediário cíclico tetraédrico.
3. Ocorre a perda de um íon alcóxido do intermediário, isso leva à formação de um β-cetoéster cíclico, que
será, posteriormente, desprotonado pelo alcóxido.
4. O íon enolato estável é então protonado pela adição de um ácido aquoso ao final da reação para gerar o β-
cetoéster cíclico neutro.
 
No exemplo a seguir (imagem 6), podemos formar dois compostos β-cetoéster cíclico diferentes a partir de
um mesmo éster. Na primeira reação, a 2-carboetoxiciclopentanona é sintetizada a partir do adipato de etila
por refluxo em etanol na presença de etóxido de sódio e, por fim, o íon enolato é tratado com ácido aquoso. Já
na segunda reação, o íon enolato formado é tratado com iodeto de etila, levando à formação da 2-etil-2-
carboetoxiciclopentanona.
Imagem 6. Reação de formação de β-cetoéster cíclicos
Condensações cruzadas de Claisen
A condensação cruzada de Claisen ocorre entre dois ésteres diferentes; entretanto, um deles não deve conter
átomo de hidrogênio α e, consequentemente, será incapaz de formar um íon enolato e sofrer
autocondensação.
Reação de condensação cruzada de Claisen
Na imagem 7, temos a reação do benzoato de etila com o acetato de
etila. Nesse caso, o benzoato de etila não poderá produzir o íon enolato,
comportando-se como receptor eletrofílico, ou seja, o parceiro de
acilação.
Esse tipo de reação, porém, é limitado ao caso – além das restrições
entre os tipos de ésteres – em que a adição do éster capaz de gerar o
enolato é feita lentamente ao meio reacional contendo o éster não
enolizável e a base. Dessa forma, será garantido um excesso do éster
não enolizável durante a reação, evitando a autocondensação de Claisen
do éster enolizável.
Reatividade dos ésteres sem Hα
Para a realização desse tipo de condensação, existem vários tipos de
ésteres reativos que não podem formar íons enolatos. Os quatro mais
importantes estão descritos na imagem 8.
Os três primeiros são mais eletrofílicos do que a maioria dos ésteres;
sendo assim, são capazes de realizar a acilação em um enolato de forma
mais rápida do que o éster que está sendo enolizado. Os oxalatos são
muito reativos, pois cada grupo carbonila torna o outro mais eletrofílico.
Nos formiatos, o átomo de hidrogênio os torna muito eletrofílicos, pois
não há a conjugação σ e o impedimento estérico dos ésteres simples. Já
os carbonatos são bastante úteis na introdução do grupo CO2R em um
enolato. Por fim, os aromáticos serão os menos reativos por causa da
conjugação do anel aromático, reduzindo a eletrofilicidade dos ésteres.
Condensação de Claisen entre um éster e uma cetona
As reações de condensações de Claisen são acilações que sempre
envolvem ésteres, mas enolatos de cetonas, por exemplo, podem
funcionar tão bem quanto. Na reação a seguir (imagem 9), entre um éster
e uma cetona, apenas a cetona pode ser enolizada, e o éster utilizado,
carbonato de dietila, é mais eletrofílico do que outra molécula de cetona.
Condensação de Claisen entre um éster e uma cetona
assimétrica
No caso de cetonas assimétricas, um único produto será formado, pois a
reação geralmente ocorre no lado menos substituído. No exemplo a
seguir (imagem 10), há a possibilidade de formação de dois produtos;
entretanto, sob as condições de equilíbrio, apenas um deles pode formar
um enolato estável.
Síntese do éster malônico
Éster malônico (propanodioato de dietila)
A síntese do éster malônico é um dos métodos mais antigos e úteis para alquilação de carbonilas. É um
método utilizado para o preparo de ácidos carboxílicos empregando ésteres do ácido malônico (imagem 11).
Imagem 11. Éster malônico (propanodioato de dietila)
Mecanismo da síntese de alquilação do éster malônico
O éster malônico, também conhecido como malonato de dietila, contém hidrogênios α entre dois grupos
carbonila, proporcionando maior acidez (pKa~13) frente aos compostos monocarbonílicos. Essa característica
faz com que o éster malônico seja facilmente convertido em seu íon enolato mediante tratamento com bases
moderadas, como alcóxidos de sódio ou potássio (pKa~16-18). O íon enolato, por ser um bom nucleófilo,
reage rapidamente com haletos de alquila reativos (metila, primários, secundários, alílicos e benzílicos),
gerando ésteres do ácido α-alquilmalônico. O mecanismo mais detalhado da reação é mostrado a seguir na
imagem 12.
Imagem 12. Mecanismo da síntese de alquilação do éster malônico
Etapa de formação do éster malônico dialquilado
Como mostrado na figura 12, o malonato de dietila forma um ânion enolato relativamente estável que pode ser
alquilado em uma reação SN2. O produto dessa reação apresenta um átomo de hidrogênio α remanescente, de
maneira que o processo de alquilação, sob condições básicas, pode ser repetido para formar um éster
malônico dialquilado, se desejado, conforme mostra a imagem 13.
Imagem 13. Etapa de formação do éster malônico dialquilado
Etapa de formação de descarboxilação do ácido malônico
A transformação de ésteres de ácidos malônicos mono- ou dissubstituídos nos ácidos monocarboxílicos
correspondentes ocorre por meio da hidrólise ácida ou básica para os respectivos derivados de ácido
malônico, e os ácidos malônicos substituídos descarboxilam-se rapidamente.
Imagem 14. Etapa de formação de descarboxilação do ácido malônico
A descarboxilação não é uma reação geral de ácidos carboxílicos; pelo ao contrário, ela só pode ocorrer em
compostos que apresentam um segundo grupo carbonila na posição β do ácido. 
 
Isto é, apenas os ácidos malônicos e os β-cetoácidos sofrem perda de –CO2 sob aquecimento. Usando esse
método, os β-cetoácidos fornecem cetonas e os ácidos malônicos fornecem ácidos carboxílico simples
(ocorre apenas uma descarboxilização). Observe na imagem 15, a seguir, que a descarboxilizaçãoocorre por
um mecanismo cíclico e envolve a formação inicial de um enol.
Imagem 15. Descarboxilização de um ácido malônico e um β-cetoácido
Síntese do éster malônico: síntese de ácidos acéticos substituídos
No vídeo que você verá agora, poderá se aprofundar na síntese do éster malônico.
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Síntese de éster malônico utilizando dialoalcanos
Neste item iremos mostrar dois exemplos da síntese de éster malônico que fazem uso de dialoalcanos.
 
Na síntese do ácido glutárico, dois equivalentes em quantidade de matéria do sal de sódio do éster malônico
reagem com um dialoalcano. Nesse caso, ocorrerão duas alquilações consecutivas, originando um tetraéster.
Em seguida, ocorrerá a hidrólise e a descarboxilação do tetraéster, fornecendo um ácido dicarboxílico.
Figura 16. Síntese de éster malônico do ácido glutárico
No segundo exemplo, veremos que a síntese do éster malônico também pode ser usada na preparação dos
ácidos cicloalcanocarboxílicos, a partir de um dialoalcano. Veja a seguir como isso acontece:
Etapa 1
Utilizar um equivalente em quantidade de matéria do sal do éster malônico para reagir com um
equivalente de um dialoalcano, fornecendo um éster haloalquilmalônico.
Etapa 2
Etapa de alquilação: ocorre de maneira intramolecular, gerando um produto cíclico.
Etapa 3
Ocorre a hidrólise e a decarboxilação para fornecer o produto, ácido ciclopentanocarboxílico.
Esse método é frequentemente utilizado para preparar anéis de três, quatro, cinco e seis membros;
entretanto, o rendimento diminui para anéis maiores.
Imagem 17. Síntese de éster malônico do ácido ciclopentanocarboxílico
Biossíntese de ácidos graxos
Como mencionamos no início do módulo, as reações de condensação de carbonila, de maneira geral, são
muito encontradas nas rotas metabólicas, como, por exemplo, a formação de ácidos graxos utilizando a
condensação de Claisen para a formação de ligações C-C. A maioria dos ácidos graxos naturais é constituída
por um número par de átomos de carbono, reforçando a ideia, apresentada em 1893 e confirmada muitos anos
depois, de que sejam montados a partir de unidades de acetato (CH3CO2
-) (SOLOMONS & FRYHLE, 2006).
Estrutura da acetil-coenzima A
Hoje, sabe-se que a biossíntese de ácidos graxos começa com a acetil-coenzima A, um tioéster da coenzima
A (imagem 18).
Imagem 18. Estrutura da acetil-coenzima A
Transferência de grupo
Antes de a síntese de ácidos graxos começar, porém, devemos observar a transferência dos grupos acila da
acetilCoA e MalonilCoA para outros grupos tiois presentes no sistema enzimático responsável pela biossíntese
de ácidos graxos (imagem 19).
Imagem 19. Transferência de grupo acila da acetilCoA e malonilCoA para outros
grupos tiois
Descarboxilação do maloniltioéster e reação de condensação de Claisen
Em seguida, a ausência de espécies básicas no meio fisiológico é suprida pela descarboxilação do
maloniltioéster (imagem 20), garantindo a formação do enlato necessário para realização da condensação de
Claisen. A condensação do acetil-SR e do malonil-SR é altamente exotérmica, e a posição de equilíbrio
localiza-se bem para a direita, sendo termodinamicamente favorável porque a reação produz o dióxido de
carbono, substância altamente estável. Por fim, com o enolato formado, espécie nucleofílica, ocorre a adição à
carboxila do tioéster derivado da acetilCoA, como explicado por COSTA, 2005.
Imagem 20. Descarboxilação do maloniltioéster e reação de condensação de
Claisen
Reações para formação de novo éster
Após a formação do β-cetoéster, ocorre uma série de reações (reduções e desidratação) para formação de
um novo éster com quatro átomos de carbono na sua cadeia principal (imagem 21). Esse novo éster sofre uma
série de reações semelhantes às descritas anteriormente, agora formando um novo tioéster contendo seis
átomos de carbono na cadeia principal.
Imagem 21. Etapas de redução e desidratação da biossíntese de para de ácidos
graxos.
Essa sequência de reações é repetida até que o tioéster apresente uma quantidade apropriada de carbono,
lembrando que a cada repetição há um aumento de dois carbonos na cadeia principal. Por fim, esse tioéster
sofrerá transesterificação com o glicerol para formar óleos, gorduras e fosfolipídeos essenciais ao
metabolismo.
 
Neste módulo vimos que, assim como a condensação de Claisen, a descarboxilção representa um papel
importante nas rotas metabólicas, principalmente na síntese de ácidos graxos.
Verificando o aprendizado
Questão 1
A seguinte condensação de Claisen cruzada ocorre melhor quando um dos reagentes de
partida está em excesso. Qual reagente seria? Por quê?
A
Carbonato de dietila; para garantir o excesso do éster enolizável, evitando a condensação cruzada com o
fenilacetato de etila
B
Fenilacetato de etila; para garantir o excesso do éster enolizável e sua autocondensação
C
Carbonato de dietila; para garantir o excesso do éster não enolizável, evitando a reação do íon enolato com o
seu respectivo éster (autocondensação do fenilacetato de etila)
D
Fenilacetato de etila; para garantir o excesso do éster não enolizável, evitando a reação do carbonato de
dietila com o íon enolato
E
Fenilacetato de etila; para evitar o excesso do éster não enolizável, evitando a reação do íon enolato com o
seu respectivo éster (autocondensação do fenilacetato de etila)
A alternativa C está correta.
Esse tipo de reação deve ser realizado com excesso do éster não enolizável para que não ocorra a
condensação de Claisen do íon enolato com o seu respectivo éster. Dessa forma, há garantia de que ocorra
a condensação cruzada de Claisen– reação do carbonato de dietila com o íon enolato oriundo do
fenilacetato de etila.
Questão 2
Identifique os compostos A e B da reação a seguir:
A
A = sol. 50% NaOH / B = butanoato de etila
B
A = etóxido de sódio / B = butanoato de etila
C
A = cloreto de etanoíla / B = ácido butanoico
D
A = etóxido de sódio / B = ácido butanoico
E
A = sol. 50% NaOH / B = ácido propanoico
A alternativa D está correta.
O éster malônico é convertido em seu íon enolato mediante tratamento com bases moderadas, como
alcóxidos de sódio ou potássio. O íon enolato reage rapidamente com haletos de alquila reativos, gerando
ésteres do ácido α - alquilmalônico. Em seguida, por meio da hidrólise, ocorre a transformação de ésteres
de ácidos malônicos nos respectivos derivados de ácidos malônicos, que são rapidamente
descarboxilados, gerando ácidos monocarboxílicos.
4. Conclusão
Considerações finais
Neste tema, abordamos as principais reações envolvendo ácidos carboxílicos e seus derivados, e discutimos
os princípios mecanísticos de cada uma, destacando sua importância no entendimento da Química Orgânica.
 
Por fim, apresentamos as principais fontes e rotas metabólicas desses compostos. Ao concluir o estudo deste
tema, você deve ter percebido que os ácidos carboxílicos e seus derivados apresentam rotas e usos
bastantes diversificados e participam da rotina dos laboratórios e indústrias.
Podcast
Para encerra, ouça sobre os ácidos carboxílicos e derivados!
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Explore+
“Proposta de preparação e caracterização de ésteres: um experimento de análise orgânica na
graduação”, de Phelipe Matheus Moraes Calvalcante e outros autores.
 
“A importância da síntese de fármacos”, de Ricardo Menegatti, Carlos Alberto Manssour Fraga e Eliezer
J. Barreiro.
Referências
CLAYDEN, J.; GREEVES, N.; WARREN, S. Organic chemistry. 2. ed. New York: Oxford University Press, 2012.
 
COSTA, P.; FERREIRA, V.; ESTEVES, P.; VASCONCELLOS, M. Ácidos e base em Química Orgânica. Porto Alegre:
Bookman, 2005.
 
COSTA, P.; PILLI, R.; PINHEIRO, S.; VASCONCELLOS, M. Substâncias carboniladas e derivados. Porto Alegre:
Bookman, 2003.
 
MCMURRY, J. Química Orgânica. 7. ed. vol. 2. São Paulo: Cengage Learning, 2011.
 
SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica. 8. ed. vol.2. Rio de Janeiro: LTC, 2006.• 
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	Ácidos Carboxílicos e Derivados
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	1. Introdução à química dos ácidos carboxílicos
	Premissa
	Estrutura e propriedades dos ácidos carboxílicos
	Grupo carboxila
	Estrutura do grupo carboxila
	Ácidos carboxílicos
	Propriedades físicas de ácidos carboxílicos
	Curiosidade
	Ácidos graxos
	Nomenclatura dos ácidos carboxílicos
	Cogumelos
	Tomates
	Iogurtes
	Cervejas
	Vinho
	Maçãs
	Uvas
	Reatividade química e acidez dos ácidos carboxílicos e seus derivados
	Acidez do grupo carboxílico
	Efeito do substituinte sobre a acidez
	Valores de pKa para ácidos carboxílicos
	Efeito dos substituintes no ácido benzoico p-substituído
	Reatividade química dos ácidos carboxílicos e derivados
	Reatividade dos compostos
	Influência das formas
	Ordem decrescente de reatividade
	Nomenclatura e reatividades dos ácidos carboxílicos e derivados
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	Questão 1
	Organize os ácidos carboxílicos descritos a seguir em ordem crescente de acidez:
	Questão 2
	Escolha a alternativa que apresenta os nomes sistemáticos IUPAC dos compostos a seguir:
	2. Reação de substituição nucleofílica acílica
	Premissa
	Mecanismo de reação de substituição nucleofílica de acila
	Mecanismo de reação de substituição nucleofílica de acila a partir de um cloreto de ácido
	Etapa 1
	Adição do nucleófilo ao grupo carbonila eletrofílico.
	Etapa 2
	Etapa 3
	Conversão de ácidos carboxílicos em cloretos de ácido
	Reações de cloretos de ácidos
	Conversão de ácidos carboxílicos em ésteres
	Se você deseja esterificar um ácido
	Se você deseja hidrolisar um éster
	Reações de ésteres
	Reação e mecanismo de transesterificação
	Comentário
	Reações de anidrido de ácido
	Síntese da Aspirina
	Síntese do Tylenol
	Reações de substituição nucleofílica acílica aplicadas à Indústria
	Conteúdo interativo
	Conversão de ácidos carboxílicos em amidas
	Formação de amidas a partir de um íon carboxilato
	Reação de formação de um dipeptídeo
	Mecanismo de formação de amida a partir de um ácido
	Reações de amidas
	Verificando o aprendizado
	Questão 1
	Como você poderia preparar os seguintes compostos usando uma reação de substituição nucleofílica de acila de um cloreto ácido?
	Questão 2
	Como você prepararia os seguintes ésteres a partir dos ácidos correspondentes?
	3. Reações envolvendo a substituição do Hα por eletrófilos
	Premissa
	Reação de condensação de Claisen
	Princípios das reações de condensação de Claisen
	Mecanismo de condensação de Claisen
	Condensações de Claisen intramoleculares
	Condensações cruzadas de Claisen
	Reação de condensação cruzada de Claisen
	Reatividade dos ésteres sem Hα
	Condensação de Claisen entre um éster e uma cetona
	Condensação de Claisen entre um éster e uma cetona assimétrica
	Síntese do éster malônico
	Éster malônico (propanodioato de dietila)
	Mecanismo da síntese de alquilação do éster malônico
	Etapa de formação do éster malônico dialquilado
	Etapa de formação de descarboxilação do ácido malônico
	Síntese do éster malônico: síntese de ácidos acéticos substituídos
	Conteúdo interativo
	Síntese de éster malônico utilizando dialoalcanos
	Etapa 1
	Etapa 2
	Etapa 3
	Biossíntese de ácidos graxos
	Estrutura da acetil-coenzima A
	Transferência de grupo
	Descarboxilação do maloniltioéster e reação de condensação de Claisen
	Reações para formação de novo éster
	Verificando o aprendizado
	Questão 1
	A seguinte condensação de Claisen cruzada ocorre melhor quando um dos reagentes de partida está em excesso. Qual reagente seria? Por quê?
	Questão 2
	Identifique os compostos A e B da reação a seguir:
	4. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore+
	Referências