Ésteres_Química Orgânica II

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ÍNDICE
Introdução	3
Objectivos	4
Objectivo Geral	4
Objectivos Específicos:	4
Metodologia	4
Estrutura	4
ÉSTERES	5
Estrutura dos ésteres	5
Classificação dos ésteres	5
Nomenclatura dos ésteres	6
Nomenclatura dos ésteres cíclicos	7
Obtenção (síntese) dos ésteres	9
a)	Esterificação	9
b)	Reacção de cloretos de acila com álcoois	10
c)	Acilação	10
d)	Transesterificação	11
e)	Esterificação intramolecular de hidroxiácidos para formar lactonas	11
f)	A oxidação de Baeyer–Villiger	12
Propriedades dos ésteres	14
Reacções dos ésteres	15
1.	Reacção de hidrólise	15
a)	Reacção de hidrólise ácida	15
b)	Reacção de hidrólise básica (saponificação)	16
2.	Redução a aldeídos	16
3.	Redução de um éster a álcool	17
4.	Adição nucleofílica–eliminação de Ésteres	17
5.	Reacção com os reagentes de Grignard	18
POLIÉSTERES	19
Aplicações dos ésteres	19
Conclusão	21
Referências Bibliográficas	22
Introdução
Os ésteres constituem uma classe fundamental de compostos orgânicos que desempenham papéis essenciais em diversos campos da química, biologia e indústria. Suas propriedades físicas e químicas únicas, aliadas à sua versatilidade sintética, fazem dos ésteres alvos de intensa investigação e aplicação em várias áreas.
A nomenclatura dos ésteres, baseada na identificação dos grupos alquila ou arila ligados a um grupo carbonila (-COO-), segue convenções estabelecidas pela IUPAC, permitindo uma comunicação precisa e unificada na identificação desses compostos.
As propriedades físicas dos ésteres, incluindo ponto de fusão, ponto de ebulição, solubilidade em diferentes solventes e características espectroscópicas, são influenciadas pela sua estrutura molecular e interações intermoleculares. Compreender essas propriedades é crucial para o desenvolvimento de aplicações específicas e o design de moléculas com propriedades desejadas.
A obtenção de ésteres pode ser realizada através de diversas rotas sintéticas, destacando-se a esterificação de Fischer, a transesterificação e a hidrólise ácida ou básica de ésteres. Cada método oferece vantagens específicas em termos de seletividade, rendimento e aplicabilidade em diferentes contextos sintéticos.
A reatividade dos ésteres engloba uma ampla gama de transformações químicas, incluindo hidrólise, esterificação, transesterificação, e reações de adição nucleofílica, entre outras. Essas reações podem ser catalisadas por ácidos, bases, ou enzimas, proporcionando uma riqueza de possibilidades para a modificação e funcionalização de moléculas de éster.
Neste trabalho, exploraremos a nomenclatura, propriedades físicas e químicas, métodos de obtenção e reatividade dos ésteres, destacando sua importância na química orgânica contemporânea e as perspectivas para futuras pesquisas e aplicações. Ao compreendermos profundamente esses aspectos, podemos não apenas expandir nosso conhecimento da química dos ésteres, mas também aproveitar seu potencial em diversas áreas, desde a síntese de produtos farmacêuticos até a produção de materiais poliméricos avançados.
 Objectivos
Objectivo Geral
· Fornecer uma visão básica da química dos ésteres.
Objectivos Específicos:
· Conceituar os ésteres;
· Identificar a estrutura dos ésteres;
· Explicar a nomenclatura dos ésteres;
· Descrever as propriedades físicas e químicas dos ésteres;
· Mencionar os métodos de obtenção dos ésteres;
· Destacar algumas aplicações dos ésteres.
Metodologia
A presente pesquisa consiste em uma revisão bibliográfica sobre os compostos orgânicos conhecidos como ésteres. Para sua composição, fez-se um levantamento de dados baseado nas informações obtidas em artigos acadêmicos e livros disponíveis na internet.
Estrutura
O trabalho esta estruturado de seguinte maneira: capa, contra capa, índice, introdução, objectivos, metodologia, desenvolvimento do conteúdo, conclusão e bibliografia.
ÉSTERES
Ésteres são compostos orgânicos derivados dos ácidos carboxílicos, pois são produzidos a partir de uma reacção de esterificação entre um ácido carboxílico e um álcool. Ou seja, um éster é formado pela substituição da hidroxila (-OH) do grupo carboxila de um ácido orgánico por um grupo alcoxila (– O – C –) proveniente de um álcool.
Os ésteres orgânicos são também chamados de carboxilatos ou alcanoatos
Estrutura dos ésteres
A estrutura de um éster é composta por dois oxigênios ligados a um mesmo carbono, um deles realizando dupla ligação e outro se ligando a um radical orgânico. Veja o exemplo a seguir, considerando R como radical orgânico:
Este é o grupo funcional dessa função orgânica oxigenada (R—COO—R’).
O grupo éster, , como um substituinte é chamado de alcoxicarbonila.
O radical carbônico no lugar do hidrogênio dos carboxílicos é uma característica que distingue um éster do outro.
Classificação dos ésteres
Os ésteres podem ser classificados de acordo com os aspectos físicos das substâncias a que dão origem. Ésteres provenientes da reacção de esterificação, ou seja, formados por um ácido carboxílico e um álcool, são denominados essências de frutas, isso porque eles são as substâncias que dão aroma e sabor às frutas, usados também como aromatizantes artificiais.
Os triglicerídeos, ou triésteres, são os ésteres classificados como lipídios, são lipossolúveis, ou seja, não possuem afinidade com a água. Formado por organismos vivos, o triglicerídeo é produto da junção de ácido graxo e glicerol. Por último, temos as ceras, formadas por ácidos graxos com mais de 10 carbonos (nessa classificação só teremos um grupo -COOH na cadeia). As ceras são produzidas por organismos vegetais e animais e funcionam como um revestimento para desacelerar a perda de água.
Os ésteres cíclicos são conhecidos como lactonas.
Nomenclatura dos ésteres
Os ésteres são substâncias que tem um grupo OR’ no lugar do grupo OH do ácido carboxílico. São obtidos da reação de um ácido carboxílico com um álcool. Assim sendo, seus nomes são derivados dos nomes do ácido (substituindo –oico por –ato ou - oato) e do álcool (com a terminação –ila). A parte do nome derivado do ácido vem na frente seguida da preposição de e mais a parte derivada do álcool.
Segundo a IUPAC, a nomenclatura dos ésteres deve ser feita da seguinte forma:
· Prefixo: indica o número de carbonos;
· Infixo: indica o tipo de ligação química (simples = an; dupla = en; 2 duplas = dien; tipla = in; 2 triplas = diin; 1 dupla e 1 tripla = enin);
· Sufixo: –oato é acrescentado, tal como o elemento “de”;
· Terminação: segue-se a terminação -ila ou -ilo.
Exemplo 1: Etanoato de etila
 
Começando a nomenclatura pelo radical ligado à carbonila (a parte do derivado do ácido), teremos Et-, referindo-se aos dois carbonos (incluindo o da própria carbonila), e no outro radical ligado ao outro oxigênio do composto teremos também Et-, com terminação -ila.
Exemplo 2:
But-3-enoato de 2-metil propila ou 3-Butenoato de isobutila
Exemplo 3:
O butanoato de etila é um éster que confere o aroma de abacaxi.
Butanoato de etila
Exemplo 4:
3-Hidroxibutanoato de metila
Exemplo 5:O benzoato de benzilo, vendido sob a denominação comercial Scabanca, entre outros, é uma medicação e repelente de insetos. Como medicamento, é utilizado para tratamento da escabiose e infestação por piolhos.
Benzoato de benzila
Devido ao facto de serem derivados de ácidos carboxílicos, existe uma nomenclatura usual (não oficial) para os ésteres, que se refere ao nome usual do ácido, mudando-se apenas a terminação ico por ato. Veja os exemplos a seguir:
Nomenclatura dos ésteres cíclicos
Os ésteres cíclicos são chamados lactonas. Na nomenclatura sistemática são nomeados como oxa-2-ciclo-alcanona (ou 2-oxacicloalcanos). O nome comum é precedido pelas letras gregas (, β, γ, δ, etc.) que funcionam como indicadores da posição de ligação do átomo de oxigênio ao carbono, e depende do tamanho do anel. São nomeadas em função da posição da hidroxila antes da lactonização seguida do prefixo vulgar do ácido + lactona.
Dessa forma, lactonas com um ciclo de quatro membros são ditas β-lactonas (o átomo de oxigênio da carboxila está no carbono β); as lactonas com umciclo de cinco membros são γ-lactonas; e com ciclos de seis membros são as δ-lactonas.
Exemplos:
 
γ-Caprolactona					 δ-Caprolactona
Sistemático: 3-etil-2-oxaciclopentanona	 3-metil-2-oxaciclopentanona
 
β-Propiolactona γ-Butirolactona γ-Valerolactona
2-oxaciclobutanona 2-oxaciclopentanona 2-metil-2-oxaciclopentanona
Obtenção (síntese) dos ésteres
a) Esterificação
A esterificação é um processo químico para obtenção de ésteres através da reacção de um ácido orgânico ou inorgânico com um álcool, onde há substituição de uma hidroxila de um ácido por um radical alcoxíla do álcool com a eliminação de água, sendo assim classificada como uma reacção de desidratação. O método mais utilizado é a reacção de um ácido carboxílico com um álcool, onde esse processo é denominado de esterificação de Fischer ou esterificação directa e consiste em um processo lento e reversível com um rendimento de cerca de 60%. Este método de formação de ésteres foi primeiro descrito pelo legendário químico alemão Emil Fischer e seu colaborador Arthur Speier em 1895. Ele é chamado de esterificação de Fischer-Speier ou (mais comumente) de esterificação de Fischer. A reacção de esterificação de Fischer é também chamada de reacção de condensação.
Quando se mistura um ácido carboxílico e um álcool, não ocorre reacção. A adição de um ácido mineral como o ácido sulfúrico ou o HCl, em quantidades catalíticas, entretanto, provoca a reacção, com formação de éster e água.
Exemplo 1:
 
Exemplo 2:
Mecanismo desse tipo de síntese:
b) Reacção de cloretos de acila com álcoois
Os ésteres podem ainda ser sintetizados a partir da reacção de cloretos de acila com álcoois. Esta reacção ocorre rapidamente, não necessitando de ácidos, porém, piridina é frequentemente adicionada à mistura reacional para reagir com o HCl que se forma. É uma reacção perigosa por ser extremamente exotérmica e pelo facto de os cloretos ácidos serem substâncias corrosivas e propensas a sofrer hidrólise.
Exemplos:
c) Acilação
Outra possível forma de obter-se ésteres é por meio da substituição do hidrogênio de uma hidroxila de um álcool ou fenol por um grupo acila (R-C=O) de um anidrido (ácido carboxílico desidratado), na ausência de um catalisador ácido. É a reacção que acontece para a formação de aspirina, fármaco usado para tratamento de dor, febre e inflamações.
d) Transesterificação
A transesterificação é um dos métodos usados para a síntese de ésteres com um mecanismo similar a esterificação catalisada por ácido. Podemos definir transesterificação como a reacção de um éster com um álcool que tem como produto um novo éster. Ela é também conhecida por alcoólise.
A transesterificação é a técnica mais conhecida no mundo para produção de biodiesel e consiste na reacção de um triglicerídeo com um álcool na presença de um catalisador. Os triglicerídeos usados na reacção de transesterificação são formados a partir dos glicerídeos que por sua vez são ésteres da glicerina com ácidos graxos. Na transesterificação são necessários três mols de álcool para cada mol de triglicerídeo.
Reacção Transesterificação do Óleo de Soja:
e) Esterificação intramolecular de hidroxiácidos para formar lactonas
O tratamento de ácidos hidroxicarboxílicos com quantidades catalíticas de ácido mineral pode levar à formação de ésteres cíclicos ou lactonas. Este processo é uma esterificação intramolecular favorecida quando o anel tem cinco ou seis átomos. A água é eliminada do material inicial. Exemplo 2:
f) A oxidação de Baeyer–Villiger
A oxidação de Baeyer–Villiger é um método útil para a conversão de aldeídos ou cetonas em ésteres pela inserção de um átomo de oxigênio a partir de um ácido peroxicarboxílico (RCO3H ). Por exemplo, a acetofenona é convertida em éster, o acetato de fenila, ao ser tratada com um ácido peroxicarboxílico.
A oxidação de Baeyer–Villiger também é amplamente empregada na síntese de lactonas (ésteres cíclicos) a partir de cetonas cíclicas. Um reagente comum utilizado na realização da oxidação de Baeyer–Villiger é o ácido meta-cloroperoxibenzoico (sigla em inglês, mCPBA). Certos outros ácidos peroxicarboxílicos podem ser usados também. A seguir é dado o mecanismo para a oxidação de Baeyer–Villiger.
g) A Partir de Anidridos de Ácidos Carboxílicos
Os anidridos de ácidos carboxílicos também reagem com álcoois formando ésteres na ausência de um catalisador ácido.
Exemplo:
Os anidridos cíclicos reagem com um equivalente molar de um álcool formando compostos que são simultaneamente ésteres e ácidos:
Propriedades dos ésteres
· Forças de interação molecular
Por causa da presença de dois átomos de oxigênio e do ângulo entre as ligações dos átomos no grupo funcional, as moléculas dos ésteres apresentam certa polaridade, mais acentuada em ésteres com cadeia carbônica pequena, como o metanoato de metila, no qual predominam forças de dipolo permanente. 
Conforme a massa molar dos ésteres aumenta, a polaridade vai tornando-se menor e passam a prevalecer as propriedades semelhantes às de compostos apolares.
· Temperaturas de fusão e de ebulição
Os ésteres são compostos polares, mas, devido à ausência de um hidrogênio ligado ao oxigênio, suas moléculas não formar ligações de hidrogênio fortes entre si. Por isso, suas temperaturas de fusão e de ebulição são mais baixas que as dos álcoois e as dos ácidos carboxílicos de massa molecular próxima, podendo ser comparados com os pontos de ebulição dos aldeídos e cetonas.
· Estados de agregação
Os ésteres com massa molar baixa são líquidos incolores; conforme a massa molar aumenta, passam de líquidos oleosos e viscosos a sólidos.
· Densidade
Os ésteres mais simples são menos densos que a água; os demais são ligeiramente mais densos.
· Solubilidade
Os ésteres de massa molecular baixa (geralmente com menos de quatro átomos de carbono) são parcialmente solúveis em água. Os demais são insolúveis, devido à natureza apolar da cadeia carbônica. Muitos ésteres são solúveis em solventes orgânicos, como álcool e éter.
· Reactividade
São pouco reactivos, mas, conforme as condições, os ésteres sofrem hidrólise (reagem com a água) com certa facilidade.
· Odor
Ao contrário dos ácidos de massa molecular baixa, os ésteres normalmente têm aromas agradáveis, alguns lembrando cheiro de frutas, e esses são utilizados na fabricação de flavorizantes (aromas) artificiais:
Reacções dos ésteres
As reacções dos ésteres incluem:
1. Reacção de hidrólise
A hidrólise do éster é o oposto da esterificação. Esta reacção é conduzida nas mesmas condições da esterificação, porém desloca-se o equilíbrio com excesso de água misturada com um solvente adequado.
Os ésteres podem ser hidrolisados em meio ácido ou básico, resultando na formação de um ácido carboxílico e um álcool.
a) Reacção de hidrólise ácida
As lactonas são hidrolisadas por soluções aquosas de base exatamente como os outros ésteres. Entretanto, a acidificação do sal de sódio pode levar espontaneamente de volta à γ- ou δ-lactona, particularmente quando se emprega um excesso de ácido:
b) Reacção de hidrólise básica (saponificação)
Os ésteres não sofrem apenas hidrólise ácida, mas também hidrólise promovida por base. A hidrólise promovida por base é chamada saponificação, da palavra latina sapo, sabão.
Os ésteres podem ser convertidos em um sal de ácido carboxílico e um álcool através da reacção com uma base forte, como hidróxido de sódio.
2. Redução a aldeídos
Os ésteres podem ser reduzidos a aldeídos pela utilização de DIBAL-H.
Quantidades cuidadosamente controladas de DIBAL-H têm que ser utilizadas para evitar redução subsequente do aldeído, e a redução do éster tem que ser realizada a baixas temperaturas. A redução resulta na formação de um intermediário relativamente estável através da adição de um íon hidreto ao carbono da carbonila do éster. A hidrólise do intermediário libera o aldeído. Esquematicamente, o mecanismo da reacção pode ser visualizadoda seguinte maneira:
Exemplo 1:
Exemplos 2:
3. Redução de um éster a álcool
A redução de ésteres a álcoois com LiAlH4 requer meio equivalente do hidreto, porque somente dois hidrogênios são necessários por cada equivalente de éster.
4. Adição nucleofílica–eliminação de Ésteres
Os ésteres sofrem adição nucleofílica–eliminação em seus átomos de carbono acílico quando eles são tratados com amônia (a reacção é chamada amonólise) ou com aminas primárias e secundárias. Essas reacções ocorrem bem mais lentamente do que aquelas com cloretos de acila e anidridos, mas elas ainda podem ser sinteticamente úteis.
5. Reacção com os reagentes de Grignard
Os ésteres convertem-se em álcoois pelo uso de dois equivalentes de reagente de Grignard. Os ésteres comuns são transformados desta maneira em álcoois terciários e os formatos em álcoois secundários.
Álcoois a partir de ésteres e reagentes de Grignard:
Mecanismo da síntese de álcoois a partir de ésteres e reagentes de Grignard
A reacção começa com a adição do reagente organometálico à carbonila, que leva ao sal de magné-sio de um hemiacetal. Na temperatura normal, a eliminação rápida produz uma cetona (ou o aldeído, no caso de formatos) como intermediário. A carbonila do intermediário sofre a adição imediata de outro equivalente do reagente de Grignard. O tratamento subsequente com ácido diluído em água leva ao álcool.
POLIÉSTERES
Reacções de condensação sob condições apropriadas começando com ácidos dicarboxílicos e dióis podem ser empregadas para produzir polímeros que são poliésteres. Esses polímeros são chamados de polímeros de crescimento em etapas.
Por exemplo, a reacção do ácido 1,4-benzenodicarboxílico (ácido tereftálico) com 1,2-etanodiol leva à formação dos poliésteres familiares conhecidos como Dacron, Terelene ou Mylar. Na nomenclatura sistemática, eles são denominados poli(tereftalato de etileno).
Aplicações dos ésteres
Os ésteres são usados como essência de frutas e aromatizantes na indústria alimentícia, farmacêutica, cosmética e de perfumes. Constituem também os óleos e as gorduras vegetais e animais, e diversos tipos de cera.
Ésteres podem ser usados nos diversos medicamentos, o cloridrato de procaína, por exemplo, é comercializado com o nome de Novocaína® e é um dos anestésicos locais mais comuns, o salicilato de metila é um dos componentes do Gelol® medicamento utilizado no tratamento de traumas musculares.
Actualmente uma das aplicações mais importantes dos ésteres tem sido como combustível; o biodiesel é, na realidade, uma mistura de ésteres de ácidos graxos (ácidos carboxílicos de cadeia longa).
Muitas lactonas são encontradas na natureza. Por exemplo, a vitamina C é uma γ-lactona. Alguns antibióticos, tais como a eritromicina e a nonactina, são lactonas com anéis muito grandes (chamadas de lactonas macrocíclicas), mas a maioria das lactonas naturais é γ- ou δ-lactona; ou seja, elas contêm anéis de cinco ou seis membros.
Muitos ésteres possuem aroma agradável de frutas e de flores, como mostram os exemplos da tabela a seguir:
Além de serem encontrados em plantas, os ésteres também têm papel biológico importante nos animais. Alguns ésteres funcionam como feromônios de insectos. Talvez o exemplo mais estranho destes ésteres seja o acetato de (Z)-7-dodecenila, um dos componentes dos feromônios de muitas espécies de traças. Descobriu-se, recentemente, que este mesmo composto é o feromônio de acasalamento dos elefantes.
Conclusão
O estudo dos ésteres na química orgânica revela a riqueza e a diversidade dessa classe de compostos, destacando sua importância em várias aplicações biológicas, industriais e sintéticas. Através desta investigação, pudemos compreender a complexidade de sua nomenclatura, suas propriedades físicas e químicas distintas, os métodos de obtenção e sua reatividade versátil.
A nomenclatura dos ésteres segue convenções estabelecidas pela IUPAC, permitindo uma comunicação clara e precisa na identificação desses compostos. Suas propriedades físicas, incluindo ponto de fusão, ponto de ebulição e solubilidade, são influenciadas pela estrutura molecular e pelas interações intermoleculares, fornecendo informações valiosas para sua aplicação em diversas áreas.
Os métodos de obtenção de ésteres abrangem uma variedade de rotas sintéticas, cada uma com suas vantagens específicas em termos de seletividade, rendimento e aplicabilidade em diferentes contextos. Além disso, as reações dos ésteres apresentam uma gama diversificada de transformações químicas, oferecendo oportunidades para a modificação e funcionalização de moléculas de éster.
Consequentemente, a compreensão abrangente da química dos ésteres não apenas enriquece nosso conhecimento fundamental da química orgânica, mas também abre caminho para aplicações inovadoras em uma variedade de campos. Desde a síntese de produtos farmacêuticos até a produção de materiais poliméricos avançados, os ésteres continuam a desempenhar um papel crucial na pesquisa científica e no desenvolvimento tecnológico.
Em suma, este estudo destaca a importância contínua da investigação dos ésteres, tanto em termos de avanços teóricos quanto de aplicações práticas. À medida que continuamos a explorar e entender melhor essa classe de compostos, podemos antecipar descobertas emocionantes e inovações significativas que moldarão o futuro da química orgânica e além.
Referências Bibliográficas
COSTA, Sônia Maria Oliveira e MENEZES, Jane Eire Silva Alencar. Química orgânica I e II,. 2ª Ed. Fortaleza: EdUECE, 2015.
SOLOMONS, T. W. Graham; SNYDER, Scott A.; FRYHLE, Craig B.. Química orgânica: volume I. 12. 1 v. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.-LTC, 2021, 575 p. 
FONSECA, Martha Reis Marques da. Química: ensino médio. 2. ed. v. 1. São Paulo: Ática, 2016.
MORRISOM, R., BOYD, R., Química Orgânica, 8ª Edição, Fundação Calouste Gulbenkian; Lisboa, 1985.
FELTRE, R. Química: química orgânica. 6.ed. São Paulo: Moderna, 2004.
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