Explique por que não ocorre reação entre ácidos carboxílicos e aminas nas condições:
Sem adição de qualquer catalisador
Passo 1
O enunciado pede uma explicação do porquê não ocorre reação entre ácidos carboxílicos e aminas quando não se adiciona nenhum catalisador.
Informações dadas (implícitas no enunciado):
Reagentes: um ácido carboxílico genérico e uma amina genérica.
Condições: sem adição de qualquer catalisador, isto é, temperatura ambiente ou condições comuns sem ativação química extra; não foi informado solvente ou remoção de água.
A pergunta é: por que, nessas condições, não se forma o produto esperado (por exemplo, uma amida) entre o ácido carboxílico e a amina?
Passo 2
Primeira coisa a entender — o que acontece instantaneamente quando se mistura um ácido carboxílico com uma amina?
Um ácido carboxílico pode doar um próton (H^+).
Uma amina é uma base que pode aceitar um próton.
A reação ácido–base possível é:
Isto é, forma-se um sal ácido carboxilato / amônio. Essa neutralização é muito favorável em termos de equilíbrio por causa da diferença de força ácida entre o ácido carboxílico e o ácido conjugado da amina (o íon amônio).
Passo 3
Como avaliar numericamente a tendência para a neutralização (e não para a formação da amida)? Use pKa.
Para um ácido carboxílico típico, \mathrm{p}K_a(\text{RCOOH})\approx 4\text{–}5.
Para o cátion amônio típico derivado de uma amina alifática, \mathrm{p}K_a(\text{R}'\text{NH}_3^+) \approx 10\text{–}11.
A constante de equilíbrio para a transferência de próton pode ser estimada por
K \approx 10^{\mathrm{p}K_a(\text{R}'\text{NH}_3^+) - \mathrm{p}K_a(\text{RCOOH})}.
Com valores típicos \mathrm{p}K_a(\text{R}'\text{NH}_3^+)\approx 10{,}6 e \mathrm{p}K_a(\text{RCOOH})\approx 4{,}8, tem-se
K \approx 10^{10{,}6-4{,}8}=10^{5{,}8}\approx 6\times10^{5},
ou seja, o equilíbrio favorece fortemente a formação do sal \text{RCOO}^- + \text{R}'\text{NH}_3^+. Conclusão: a amina livre é rapidamente convertida na sua forma protonada (\text{R}'\text{NH}_3^+), que não é nucleófila.
Passo 4
Por que a forma protonada da amina impede a formação da amida?
A síntese direta de uma amida a partir de um ácido carboxílico e de uma amina envolve que a amina ataque o carbono carbonílico formando um intermediário tetraédrico, seguido pela saída do grupo hidroxila como saída, gerando a amida e água. O passo-chave é o ataque nucleofílico da amina neutra:
Se a amina está protonada (\text{R}'\text{NH}_3^+), perdeu o par de elétrons livres que a tornava nucleófila; um íon amônio não ataca o carbonilo. Logo, a etapa inicial (ataque nucleofílico) fica inibida.
Passo 5
Mesmo se houvesse alguma amina não protonada sobrando, há outro problema: o grupo saidor potencial é ruim.
Para que a substituição no carbonilo ocorra, o grupo hidroxila (- \text{OH}) deveria sair como \text{OH}^- — e \text{OH}^- é um péssimo grupo saída em meio neutro/ácido: a saída direta geraria uma base forte na solução e tem energia de ativação muito alta.
Uma rota comum para contornar isso é tornar a hidroxila um melhor grupo de saída (por exemplo protonando-a para formar água \text{H}_2\text{O}, que sai facilmente) ou ativar o ácido (transformá-lo em cloreto de acila, anidrido ou usar agentes de acoplamento como DCC, EDC, HATU etc.). Mas protonar a hidroxila requer condições ácidas: se diminui o pH para protonar a hidroxila, a amina é ainda mais protonada e perde nucleofilicidade. Assim, um catalisador ácido simples leva a um dilema: melhora a saída da hidroxila, porém protonando a amina impede o ataque. Por isso se usam ativadores que não protonam a amina ou caminhos de ativação covalente.
Passo 6
Argumento termodinâmico/ cinético resumido:
Termodinâmica (equilíbrio ácido–base) favorece formação do sal \text{RCOO}^- + \text{R}'\text{NH}_3^+ (veja o cálculo com pKa). Isso remove a base nucleófila da mistura.
Cinética: a conversão direta em amida tem barreira muito alta porque requer expulsão de \text{OH}^- (mau grupo saída) e reorganização. Sem ativação química (agente que transforme o ácido em uma forma mais reativa) ou sem remoção contínua da água formada, a reação é muito lenta e praticamente não ocorre sob condições brandas.
Passo 7
Consequência prática (o que se faz em síntese para obter amidas):
Usar ativadores de carboxílico (formar cloreto de acila, anidrido ou usar reagentes de acoplamento como DCC/EDC/HATU) que tornam o grupo saidor bom; ou
Desidratar sob condições fortes (alto aquecimento e remoção eficiente de água), embora isso também seja pouco prático para amidas simples; ou
Converter o ácido em um derivado reativo (ex.: ativar formando um éster ativado) e então deixar a amina atacar.
Tudo isso mostra que sem catalisador/ativador a rota direta é desfavorável tanto termodinamicamente (sal preferido) quanto cineticamente (alto Ea).
Passo 8
Resumo final em linguagem direta e encorajadora: a mistura ácido carboxílico + amina forma preferencialmente um sal por transferência de próton; a amina protonada não é nucleófila, e a substituição direta exigiria um bom grupo saída ou ativação que não existe nas condições pedidas. Por isso, sem catalisador/ativador (ou remoção de água/condições extremas), não ocorre formação da amida. Não desanime — na prova, cite pKa, formação do sal e o problema do mau grupo saída como os três pontos-chave.
Resposta
Porque a amina reage por transferência de próton formando o sal \text{RCOO}^- + \text{R}'\text{NH}_3^+ (equilíbrio fortemente favorecido pelos valores de \mathrm{p}K_a), o que elimina a amina livre nucleófila; além disso, a substituição direta para formar amida exigiria expulsão de \text{OH}^- (mau grupo saída) e tem barreira cinética alta, de modo que sem ativação (ou remoção de água/uso de reagentes ativadores) a formação da amida não ocorre.