Cap. 3 Reações ácido base completo

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Ácidos e bases: introdução 
às reações químicas
Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Orgânica I F
Reações orgânicas
Reações de compostos orgânicos envolvem:
Formação (libera energia) e Quebra (consome energia) de 
ligações covalentes
Categorias de Reações Orgânicas:
A) Reação de Substituição
Reações orgânicas
Categorias de Reações Orgânicas:
B) Reação de Adição
C) Reação de Eliminação
Reações orgânicas
Categorias de Reações Orgânicas:
D) Rearranjo
Reações orgânicas
Quebra de ligações: homólise e heterólise
• HOMÓLISE: quebra da ligação covalente e formação de
radicais.
• HETERÓLISE: quebra da ligação covalente e formação de
íons. Requer que a ligação seja polarizada.
Reações orgânicas
Quebra de ligações: homólise e heterólise
• Os elementos A e B possuem valores de
eletronegatividades diferentes.
• A heterólise ocorre com a ajuda de uma molécula, que
contém elétrons livres, para separar as cargas opostas. A
formação da nova ligação (Y-A) fornece energia para a
heterólise (A-B).
Conceitos sobre ácidos e bases
Brsnted-Lowry:
Ácido é uma substância que pode doar um próton
Base é uma substância que pode receber um próton
Ácido conjugado: molécula ou íon que se forma quando a
base recebe próton
Base conjugada: molécula ou íon que se forma quando o
ácido perde prótonH
O
H
H Cl+
H
O
H
H
+ + Cl
-
base ácido ácido conjugado base conjugada
H Cl
base
NH3 +
ácido conjugado
NH4 +
+
Cl
-
ácido base conjugada
base ácido
NH3 + NH4 +
OH
+ -
H
O
H
Conceitos sobre ácidos e bases
Lewis:
Ácido toda substância capaz de receber um par de elétrons
Base toda substância capaz de doar um par de elétrons
base ácido
NH3 + NH4 +
OH
+ -
H
O
H
ÁCIDOS DE Lewis 
AlCl3; BF3; ZnCl2, 
FeBr3
Cl
Fe
Cl
Cl
base
+
Cl
Fe
Cl
Cl Cl
+
-
ácido
ClCl
Cl
F
B F
F
base
NH3 +
F
B
F
F NH3
+
-
ácido
Conceitos sobre ácidos e bases
Lewis:
A teoria de Lewis apresenta uma definição mais ampla de
ácidos e permite que a teoria ácido-base inclua todas as
reações de Brsnted-Lowry
Ácido de Lewis
(Receptor de par 
de elétrons)
Base de Lewis
(Doador de par 
de elétrons)
Ácido de Lewis
(Receptor de par 
de elétrons)
Base de Lewis
(Doador de par 
de elétrons)
A heterólise da ligação entre um átomo de C e outro 
elemento pode levar a dois tipos de íons de carbono:
C
Z
C
+ Z
-
C
Z
+ Z
+C-
Carbânion
Carbocátion
Heterólise das ligações Carbono-carbono
Carbocátions:
possuem carga positiva
são espécies deficientes de elétrons
possuem apenas seis elétrons na camada de valência
são ácidos de Lewis
reagem rapidamente com bases de Lewis
buscam por elétrons, logo são chamados de ELETRÓFILOS
C
ELETRÓFILOS: espécies que buscam elétrons para ficarem
mais estáveis, todo eletrófilo é um ácido de Lewis e vice-
versa
Carbânions:
Possuem carga negativa
São bases de Lewis
Reagem rapidamente com ácidos de Lewis
Buscam por centros positivos para ficarem estáveis, logo são
chamados de NUCLEÓFILO
C
NUCLEÓFILOS: espécies que buscam próton (ou centro
positivo) para ficarem mais estáveis, todo nucleófilo é uma
base de Lewis e vice-versa
nucleófilo eletrófilo
nucleófiloeletrófilo
Nucleófilos e eletrófilos
Quando um ácido ou base de Lewis reagem para formar uma
ligação com um átomo de carbono, geralmente empregam-se os
termos eletrófilo e nucleófilo
Mecanismos de reações
Mecanismo de reação: é a descrição, etapa por etapa, do
processo em que os reagentes se transformam em produtos.
As setas curvas mostram como os elétrons se movem, como
as ligações novas são formadas e as ligações são quebradas.
PORTANTO: As setas devem ser desenhadas a partir DE um 
centro rico em elétrons PARA um centro deficiente de elétrons
H3C O
H
O
+ OH
-
H3C O
O
+ H2O
-
nucleófilo
Mecanismos de reações
C
O-
H3C
CH3
Br
O
+ Br
-
C
O
H3C
CH3
Br
O
+
Br
-
-
CORRETO
INCORRETO
PORTANTO: As setas devem ser desenhadas a partir DE um 
centro rico em elétrons PARA um centro deficiente de elétrons
Mecanismos de reações
Setas curvas são desenhadas para indicar movimento de
elétrons. NUNCA use uma seta curva para indicar movimento
de átomo.
CORRETO
INCORRETO
O H
+
O
+
H
+
O H
+
O
+
H
+
Mecanismos de reações
A seta começa na fonte de elétrons. Ela NÃO deve começar no
átomo.
CORRETO
INCORRETO
+ Br
-HCH3C CHCH3 + H Br H3CHC CHCH3
H
+
+ Br
-HCH3C CHCH3 + H Br H3CHC CHCH3
H
+
Exercícios:
Use a notação das setas curvas para descrever os mecanismos das
reações abaixo
Exercícios:
Qual é a base conjugada formada quando cada composto abaixo
reage se comportando como um ácido?
Qual é o ácido conjugado formado quando cada composto abaixo
reage se comportando como uma base?
Reescreva cada reação abaixo usando setas curvas e mostrando
todos os pares de elétrons não ligantes
Para cada uma das reações abaixo, represente o mecanismo e, em 
seguida, identifique claramente o ácido, a base, o ácido conjugado 
e a base conjugada:
FORÇA DOS ÁCIDOS E DAS BASES: Ka e pKa
Quando ácido acético se dissolve em água temos:
CH3COH
O
+ H2O
CH3CO
-
O
+ H3O
+
Pode-se descrever esta reação de equilíbrio pela seguinte expressão:
H3O
+
CH3COO
-
H2O CH3COOH
Keq =
Em soluções 
diluídas a [H2O] 
é constante, logo: 
Ka = Keq x [H2O]
H3O
+
CH3COO
-
CH3COOH
Ka =
Constante de acidez (Ka): mede a força de um ácido, ou seja, o grau 
de dissociação em solução. 
Ácidos fortes X ácidos fracos
~ 1% de 
dissociação
FORÇA DOS ÁCIDOS E DAS BASES: Ka e pKa
Pode-se generalizar esta equação para qualquer ácido fraco:
HA + H2O H3O
+
 + A
-
H3O
+
A
-
HA
Ka =
Matematicamente: > valor do denominador MENOR o valor de Ka
< valor do denominador MAIOR Ka
Quanto maior o valor de Ka mais dissociado estará o ácido e mais 
forte é o ácido
FORÇA DOS ÁCIDOS E DAS BASES: Ka e pKa
HA + H2O H3O
+
 + A
-
H3O
+
A
-
HA
Ka =
Ácidos muito fortes podem ter um Ka da ordem de 10
10 (ou
10.000.000.000), enquanto os ácidos muito fracos pode ter
um Ka da ordem de 10
−50 (ou
0,00000000000000000000000000000000000000000000000
001). Os valores de Ka em geral são números muito
pequenos ou muito grandes.
FORÇA DOS ÁCIDOS E DAS BASES: Ka e pKa
A acidez de uma substância também pode ser expressa em
termos de pKa, definido como:
Dois pontos importantes:
(1) Um ácido forte terá um valor pKa baixo, enquanto 
um ácido fraco tem um valor pKa elevado. 
Portanto: um ácido com um pKa de 10 é mais ácido do que um 
ácido com um pKa de 16. 
(2) Cada unidade representa uma ordem de grandeza. Um 
ácido com um pKa de 10 é seis ordens de grandeza (um milhão 
de vezes) mais ácido do que um ácido com um pKa de 16. 
pKa = - log Ka
Quando o pKa é usado como 
medida da acidez, os valores 
geralmente vão variar de –10 a 
50. 
FORÇA DOS ÁCIDOS E DAS BASES: Ka e pKa
pKa = - log Ka
> Ka < pKa e mais forte é o ácido
< Ka > pKa e mais fraco é o ácido
Composto Estrutura Ka pKa
1 CH3CH2OH 10
-16 16
2 CH3CO2H 1,76 x10
-5 4,75
3 CF3CO2H 1 0,18
4 HCl 107 -7
5 H2SO4 10
9 -9
F
O
R
Ç
A
 D
O
 
Á
C
ID
O
Existe uma relação inversa entre o valor de pKa e a força do ácido
Exercícios
Para cada par de substâncias vistas a seguir, identifique a 
substância mais ácida(utilizando valores de pKa):
Identifique os quatro prótons mais ácidos da L-
dopa, em seguida, classifique-os em ordem de 
acidez crescente (dois dos prótons serão muito 
semelhantes em acidez e difíceis de serem 
distinguidos neste momento)
FORÇA DAS BASES 
A força da base está inversamente relacionada com a força do
ácido que lhe deu origem
Ácido Base conjugada pKa
HCCH HCC- 25
H2O
-OH 15,7
CH3CO2H CH3CO2
- 4,75
HCl Cl- -7
HBr Br- -9
F
O
R
Ç
A
 D
O
 
Á
C
ID
O
Ser base mais forte implica em maior tendência em receber um próton
F
O
R
Ç
A
 D
A
 B
A
S
E
 
C
O
N
J
U
G
A
D
A
Identifique a base mais forte em cada
caso abaixo:
Previsão do resultado da reação ácido-base
“as reações ácido-base sempre favorecem a
formação do ácido e da base mais fraca”
O ácido e a base mais fracos apresentam
energia potencial mais baixa
Duas maneiras:
1) Comparando o pKa do ácido e do ácido 
conjugado
2) Analisando as estruturas dos ácidos
Previsão do resultado da reação ácido-base
As reações ácido-base sempre favorecem a formação do ácido e da
base mais fraca, ou seja, dos compostos mais estáveis.
Ácido pKa -7 Ácido pKa -1,74
CH3CO2H + H2O H3O
+
 + CH3COO
-
Ácido pKa 4,75
H2O + H2O H3O
+
 + HO
-
Ácido pKa 15,7
Ácido pKa -1,74
Ácido pKa -1,74
HCl + H2O H3O
+
 + Cl
-
OH
+ -OH
O
-
+ H2O
Ácido pKa 9,9
Ácido pKa 15,7
HBr + 
-
OH H2O + Br
-
Ácido pKa -9,0 Ácido pKa 15,7
► 1) Identifique os pares: ácido e base conjugada; 2) use setas curvas para
evidenciar a movimentação de elétrons; 3) forneça a direção do equilíbrio
(consulte tabela de pKa)
CH3CH2OH
1)
CH3CH2O
-.. .
.
..
2)
.
.
. .
+ H2O 
HC C
-.
. Na
+
HC CH +
3)
CH3CH2OH +
- . ..
.
. .
OH CH3CH2O
-.. .
.
..
.
.
. .
+ H2O 
4)
CH3CH2O
-.. .
.
.. + CH3CH3 CH3CH2OH + CH3CH2
. .-
CH3OH + Na
+
NH2
- . ..
. CH3O
-.. .
.
.. + NH3
. .
5)
6)
7)
CH3CH3 +
- . ..
.
. .
OH CH3CH2
. .- .
.
. .
+ H2O 
CH3OH +
N .. CH3O
-.. .
.
.. +
N H
+
8)
9)
10)
CH3CH2OH + NH3
. .
CH3CH2O
-.. .
.
..
+NH4+
HC CH + HC C
-.
. Na
+
+ NH3
. .
+ NH3
. .
CH3COO
-
+
+NH4
Na+ NH2
- . ..
.
- . ..
.
. .
OHNa
+
+ H3O
+
H3C C
O
O H..
..
..
..
O
HH
.. . .
+
fff
Relação Estrutura / Acidez 
► Como prever a acidez sem o valor de pKa
➢ Remoção de H+ envolve:
❖ quebra de ligação com H;
❖ formação da base conjugada;
➢ Qualquer fator que ESTABILIZA:
❖o ÁCIDO não tende a ionizar   acidez;
❖a BASE conjugada  favorece a ionização   acidez
► Avaliar:
➢ Efeito predominante na coluna da tabela periódica
➢ Efeito predominante no período da tabela periódica
➢ Efeito da hibridização
➢ Efeito Indutivo
➢ Efeito de Ressonância
Relação Estrutura / Acidez 
► Efeito predominante na COLUNA da tabela periódica
➢ FORÇA da ligação (H-A): quanto maior a força menor a acidez.
A força da ligação com o próton diminui à medida que descemos ao longo
da coluna.
Explicação: efetividade da sobreposição entre o orbital 1s do H e os
orbitais dos elementos sucessivamente maiores da coluna tende a diminuir
Grupo VIIA Grupo VIA
A
cid
ez crescen
te
A
cid
ez crescen
te
Relação Estrutura / Acidez 
►Efeito predominante no período da tabela periódica
• Eletronegatividade
• O próton estará mais fracamente ligado ao elemento mais 
eletronegativo, uma vez que os elétrons estão mais próximos 
deste (polaridade da ligação)
• A base conjugada será mais estável, pois sua carga é 
dispersada de forma mais eficiente
Acidez aumenta
basicidade aumenta
IVA VA VIA VIIA
2° período H3C-H H2N-H HO-H H-F
pKa 48 38 15,7 3,2
Base conj. H3C
- H2N
- HO- F-
Relação Estrutura / Acidez 
RESUMINDO:
Com relação ao átomo que carrega a carga 
negativa existem duas tendências importantes: 
eletronegatividade (para comparação de 
átomos na mesma linha) e
tamanho do átomo e efetividade de 
sobreposição de orbitais (para comparação de 
átomos na mesma coluna)
Em cada substância determine qual 
dos dois prótons é mais ácido
Relação Estrutura / Acidez 
►Efeito da hibridização
C C HH C C
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
sp sp2 sp3
Caráter s: 50% 33,3% 25%
pKa 25 pKa 44 pKa 50
acidez
Eletronegatividade: Quanto maior caráter “s” de um orbital hibrido
maior a eletronegatividade do elemento (os elétrons estão mais
próximos do núcleo)
C C:
-
H C C
H
H
H
C C:
-
H
H
H
H H
-
O íon etineto é a base mais fraca, pois o carbono sp é mais
eletronegativo e, portanto, acomoda melhor a carga negativa
Relação Estrutura / Acidez 
► Efeito Indutivo
➢ atração ou repulsão de elétrons através das ligações
Acidez aumenta
Ácido acético
pKa = 4,76
Etanol
pKa = 16
Relação Estrutura / Acidez 
► Efeito Indutivo
• Capacidade de um átomo (ou grupo) de atrair elétrons
através do espaço e através das ligações da molécula
• O efeito indutivo se enfraquece continuamente, à medida que 
a distância ao substituinte aumenta.
H3C
F
A carga positiva em C-1 é maior do que em C-2 que é maior do 
que em C-3
Relação Estrutura / Acidez 
►Efeito de Ressonância
➢ dispersa melhor a carga negativa gerada  estabiliza a base
conjugada (base fraca ) logo o ácido de origem é mais forte
Ácido acético
pKa = 4,75
Etanol
pKa = 16
Normalmente, quanto maior o número de estruturas de ressonância mais 
estável é a base conjugada e, consequentemente, mais forte o ácido que 
a deu origem.
Qual será mais ácido?
OH OH OH
F
F
F
OH
1 2
3 4
Qual será base mais forte?
O- O- O-
F
F
F
O-
1 2
3 4
Quem será mais ácido? H2SO4 ou H2SO3
+ H2O H3O
+
+
HO
S
OH
O
HO
S
O-
O
HO
S
O
O-
H3O
+
HO
S
OH
O O
HO
S
O-
O O
HO
S
O
O O-
HO
S
O
-O O
+ H2O +
Quem será mais ácido? 
OH OH
O O
Cl
Em cada substância abaixo determine qual dos dois 
prótons é mais ácido.
Qual o fator que tem prioridade quando dois ou mais fatores
estão presentes?
De modo geral, a ordem de prioridade é:
• Átomo. A carga está sobre qual átomo? 
• Ressonância. Existe algum efeito de ressonância que torna uma 
base conjugada mais estável do que a outra?
• Indução. Existem efeitos indutivos que estabilizam uma das 
bases conjugadas?
• Orbital. Em que orbital encontramos a carga negativa para cada 
base conjugada?
Relação Estrutura / Acidez 
➢ Efeito predominante na coluna da tabela periódica
➢ Efeito predominante no período da tabela periódica
➢ Efeito da hibridização
➢ Efeito Indutivo
➢ Efeito de Ressonância
Qual é o próton mais ácido?
Análise de todos os quatro fatores:
1.Átomo. Em ambos os casos, a carga está em um átomo de oxigênio, de 
modo que este fator não ajuda.
2.Ressonância. A base conjugada à esquerda é estabilizada por 
ressonância, enquanto a base conjugada à direita não. Com base somente 
nesse fator, diríamos que a base conjugada do lado esquerdo é a mais 
estável.
3.Indução. A base conjugada do lado direito tem um efeito indutivo que 
estabiliza a carga de forma mais pronunciada devido à presença de 3 
átomos de Cl. Com base somente nesse fator, diríamos que a base 
conjugada à direita é mais estável.
4.Orbital. Este fatornão ajuda.
Nossa análise revela uma competição entre dois fatores. Em geral, a 
ressonância irá vencer a indução. Com base nisso, podemos prever que a 
base conjugada do lado esquerdo é mais estável. Portanto, concluímos 
que o próton da carboxila é o mais ácido
Acidez de ácidos carboxílicos aromáticos
• Um grupo substituinte pode aumentar ou diminuir a acidez
do ácido carboxílico dependendo se ele é doador ou
retirador de elétrons
O
CH3
CH3 Br
H O
N
+
–
O O
pKa 4,47 4,34 4,20 4,00 3,70 3,44
grupos doadores de elétrons grupos retiradores de elétrons
O
H
O O
H
O O
H
O O
H
O O
H
O O
H
O
GRUPOS RETIRADORES E DOADORES DE ELÉTRONS
Os substituintes podem doar ou retirar elétrons do anel de
duas maneiras: EFEITO INDUTIVO E EFEITO DE RESSONÂNCIA
Doadores fortes
Doam elétrons por RESSONÂNCIA menos
efetiva pois apresentam ressonância cruzada
Doadores
moderados N R
O
O R
O
H
O par de de elétrons do N está em ressonância 
com o anel aromático e com a carbonila 
GRUPOS RETIRADORES E DOADORES DE ELÉTRONS
Doam elétrons por efeito indutivoDoadores
fracos
Retiram elétrons por ressonância ou
apresentam um átomo positivo diretamente
ligado ao anel
Retiradores fortes
GRUPOS RETIRADORES E DOADORES DE ELÉTRONS
O átomo ligado ao anel é o carbono que está ligado a 
outro átomo que retira elétrons por efeito de 
RESSONÂNCIARetiradores
moderados
Retiram elétrons por efeito indutivo
Doam elétrons por ressonância
Retiradores fracos
R
O
C
N
O
R
O
R = H, C
R= H, CX
X = F, Cl, Br, I
GRUPOS RETIRADORES E DOADORES DE ELÉTRONS
Coloque os compostos abaixo em 
ordem crescente de acidez
O
CH3
CH3Br
H O
N
+
–
O O
O
H
O O
H
O O
H
OO
H
O O
H
O
O
H
O
1
2 3 4 5 6
3>6>2>5>4>1
ACIDEZ DE FENÓIS
Substituinte x pKa
 Substituintes retiradores de elétrons tornam o fenol mais 
ácido e doadores tornam o fenol menos ácido.
OH
OH OH
OH
NO2
NO2
CH3
OH
CH3
OH
NO2
OH
CH3
pKa 9,89
pKa 7,15
pKa 8,39
pKa 10,29
pKa 10,09
pKa 7,22
pKa 10,29
Compostos orgânicos como base
 Se um composto orgânico contiver um átomo com um par de
elétrons livre, o composto é uma base em potencial
 AMINAS, ÁLCOOIS, ÉTERES etc.
O
H
O
O
NH2 H X+
H X+
H X+
H X+
O
H
O
O
NH2
H
H
H
+
+
+
H
+
+ X
-
+ X
-
+ X
-
+ X
-
Basicidade das aminas
 As aminas, devido a presença de um par de
elétrons não ligantes no átomo de nitrogênio,
são base (fracas).
 As aminas são bases mais fortes do que amônia
devido ao efeito indutivo doador do grupo R.
Composto NH4
+ CH3NH3
+ CH3CH2NH3
+
pKa 9,26 10,64 10,75
Basicidade das aminas
Aminas aromáticas: São bases muito mais fracas 
do que as aminas não aromáticas
O par de elétrons está
deslocalizado ficando menos
disponível para o ataque.
Ácidos e bases em soluções não aquosa
• Por que a reação abaixo não ocorre?
C C HR + NH2
- H2O
C CR + NH3
-
X
pKa 25 pKa 38
+ NH2
- -
H
O
H
+ NH3OH
pKa 15,7
pKa 38
A primeira reação que ocorrerá será com o ácido mais
forte presente no meio, no caso a água (efeito nivelador)
Ácidos e bases em soluções não aquosa
• Quando se deseja obter uma base mais forte do que o
hidróxido deve-se usar como solvente, hexano, éter
etílico, amônia líquida, álcool, etc.
• Exercício:
Escreva equações para a reação ácido-base que ocorre quando
cada um dos seguintes compostos ou soluções são misturados. Em
cada caso, com base nos valores de pKa apropriados, identifique o
ácido e a base mais fortes, e o ácido e a base mais fracos. (Caso
não ocorra reação ácido-base em extensão apreciável você deve
indicar)