Química Orgânica 1 · Raciocínio ácido–base
Bicarbonate tells a carboxylic acid from a phenol
Condições: An ether solution containing both benzoic acid and phenol is shaken with aqueous sodium bicarbonate. Draw the one proton transfer that is favored. Use typical pKa values for a carboxylic acid and a phenol, and carbonic acid pKa 6.4. Na⁺ is a spectator; the later decomposition of carbonic acid to CO₂ and water is not drawn.
Desenhe este problema você mesmo
Arraste dos elétrons que se movem até onde eles vão, ou toque em um e depois no outro. Cada seta é verificada; Dica ajuda quando você travar. Não precisa de conta.
O mecanismo, passo a passo
Próximo mostra as setas curvas de cada passo e as explica. Os passos escritos estão abaixo.
Ler todos os 3 passos escritos
Bicarbonate removes the favored proton
Both molecules have an O–H proton, but bicarbonate is a weak base: its conjugate acid, carbonic acid, has pKa 6.4. It can only fully deprotonate acids stronger than that.
As setas curvas
- A lone pair on the negative bicarbonate oxygen forms a bond to the carboxyl hydrogen of benzoic acid.
- The O–H pair stays on the carboxyl oxygen, giving benzoate.
Why the phenol is left alone
Benzoic acid (pKa about 4.2) is a stronger acid than carbonic acid (6.4), so K ≈ 10^2.2 and the transfer goes. Phenol (pKa about 10) is weaker than carbonic acid, so K ≈ 10^−3.6 and essentially no phenoxide forms. In benzoate the negative charge is shared equally by two oxygens; in phenoxide it is spread onto ring carbons, which accommodate it less well.
Sodium benzoate, carbonic acid and unchanged phenol
The benzoate oxygen has three lone pairs and charge −1; bicarbonate became neutral carbonic acid, which then releases CO₂ gas. Phenol keeps its O–H bond. In the separatory funnel, sodium benzoate moves into the aqueous layer while phenol stays in the ether layer; acidifying the aqueous layer later recovers benzoic acid.
O que você vai praticar
Choose the carboxylic acid O–H over the phenol O–H as the proton bicarbonate removes, and justify the selectivity with carbonic acid as the reference acid.
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