Frutas cítricas são ricas em ácido cítrico, um composto com três grupos COOH. Dada a estrutura e os valores de
:\n
Desenhe a estrutura do ácido cítrico em uma solução em pH
.
Desenhe a estrutura do ácido cítrico em uma solução em pH
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe a estrutura do ácido cítrico em solução em
. As informações fornecidas são:
- A cadeia estrutural do ácido cítrico foi fornecida como SMILES:
. - Foram indicados valores de
(não numéricos no enunciado). Vou usar os valores típicos de referência para ácido cítrico: -
, -
, -
.
O que devo entregar: a fórmula estrutural (representação) do ácido cítrico no equilíbrio a, ou seja, indicar quais grupos estão protonados e quais estão desprotonados nessa condição.
-
Passo 2
Conceito importante que vou usar: relação de Henderson–Hasselbalch para pares ácido fraco/base conjugada. A fórmula é
onde:
-
é o pH da solução; -
é o logaritmo negativo da constante de acidez do grupo ; -
é a concentração da base conjugada (o carboxilato ); -
é a concentração do ácido (o grupo protonado).
Para saber a fração de desprotonação de um grupo específico uso a forma equivalente:
Vou aplicar essa fórmula a cada um dos três grupos
, usando os
típicos listados no Passo 1.
Passo 3
Cálculo para o grupo com
:
- Primeiro calculo a diferença
: - A razão
é . Calculo aproximado: - A fração desprotonada fica
Portanto, para o primeiro grupo a porcentagem desprotonada é cerca de
.
Passo 4
Cálculo para o grupo com
:
- Diferença:
- Razão:
- Fração desprotonada:
Assim, o segundo grupo está majoritariamente protonado (apenas
desprotonado).
Passo 5
Cálculo para o grupo com
:
- Diferença:
- Razão:
- Fração desprotonada:
Portanto, o terceiro grupo está essencialmente totalmente protonado a
.
Passo 6
Interpretação química dos resultados:
- O grupo com
está em torno de desprotonado — isto significa que a espécie predominante na solução a é aquela com apenas um dos três ácidos carboxílicos desprotonado (estado monoaniônico, carga total ). - Os outros dois grupos permanecem em sua maior parte como
(estão protonados). - Em termos práticos, há um equilíbrio entre espécies (neutral, monoaniónica, dianiónica, etc.), mas a forma predominante é a monoaniónica.
Passo 7
Qual carboxilo perde o próton primeiro (qual está predominantemente como
)? Na molécula do ácido cítrico o grupo mais ácido é o que tem seu ânion mais estabilizado por efeitos eletrônicos e por interações intramoleculares; esse é tipicamente o grupo carboxílico ligado ao carbono central (o carbono que também possui o grupo
). Em linguagem simples: o primeiro próton é normalmente removido do carboxilo “adjacente” ao
central. Assim, a representação correta predominante a
é a molécula com o carboxilo central desprotonado e os outros dois ainda como
.
Passo 8
Desenho/representação da espécie predominante (monoanião). Em texto linear a estrutura pode ser escrita como:
Isto significa: um dos dois carboxilos terminais é
, o outro terminal também é
, e o carboxilo ligado ao carbono central (o mesmo carbono que tem o grupo
) está na forma
. Essa é a forma que aparece na maior proporção a
(aprox.
daquele carboxilo desprotonado, fazendo a molécula majoritariamente com carga
).