alcoois - aldeídos - cetonas - acidos carboxilícos

alcoois - aldeídos - cetonas - acidos carboxilícos

Reatividade dos Álcoois

Ressonância em anel benzênico

Álcoois

Já conhecemos várias formas de sintetizar álcoois:

Hidratação de alcenos

Substituição nucleófila. No entanto, esta reação só é útil com substratos incapazes de reagir rapidamente por E2.

 

Na presença de bases fortes, os álcoois atuam como dadores de prótons. Os álcoois são geralmente ácidos ligeiramente mais fracos do que a água, com valores de pKa entre 16 e 18. Os álcoois são compostos versáteis, e podem ser usados como material de partida para a preparação de uma grande variedade de compostos.

Oxidação de álcoois a compostos carbonilo.

A oxidação de álcoois pode dar origem a um aldeído, uma cetona, ou um ácido carboxílico, dependendo do álcool, do agente oxidante e das condições da reação. Normalmente usam-se compostos de Cr(VI) como oxidantes. A reação de um álcool primário com ácido crômico (preparado por acidificação de soluções de cromato, CrO42-, ou dicromato, Cr2O72-) dá origem principalmente ao ácido carboxílico correspondente:

Para se oxidar um álcool primário apenas até ao estado de aldeído não se pode usar ácido crômico, pois este é um oxidante muito forte. Em vez deste, usam-se outras espécies de Cr(VI) (por exemplo cloro cromato de peridíneo - PCC - ou dicromato de peridíneo - PDC) em solução anidra.

Os álcoois secundários são oxidados a cetonas pelos mesmos reagentes que oxidam os álcoos primários:

Os álcoois terciários, por não possuírem hidrogênio ligado ao carbono hidroxilado, não são facilmente oxidados.

Exercícios: Preveja os principais produtos orgânicos das seguintes reações: 

Reatividade de aldeídos e cetonas

Já encontrámos várias reacções que produzem aldeídos e/ou cetonas: a oxidação dos álcoois, a ozonólise e a acilação de Friedel-Crafts:

A natureza polar do grupo carbonilo permite-lhe reagir quer com eletrófilos como com nucleófilos: os nucleófilos atacarão o carbono (que tem deficiência de elétrons) e os eletrófilos atacarão o oxigênio (que tem elevada densidade eletrônica).

Redução de aldeídos e cetonas

Os aldeídos e as cetonas podem ser reduzidos respectivamente a álcoois primários e a álcoois secundários. A redução pode ser realizada (tal como a redução de alcenos) por hidrogenação na presença de Pt, Pd, Rh ou Ni.

Para a maior parte das aplicações laboratoriais, este método foi substituído por métodos baseados em hidretos metálicos. Os reagentes mais comuns são o boroidreto de sódio (NaBH4) e o LiAlH4.

Hidratação

Os aldeídos e as cetonas reagem com a água num equilíbrio rápido:

O produto é um diol (uma molécula com dois grupos álcool). A quantidade de hidrato presente no equilíbrio é muito variável, e é normalmente muito maior para os aldeídos do que para as cetonas. A posição do equilíbrio depende de fatores eletrônicos e de fatores estéricos (relacionados com o volume). Substituintes que libertam densidade electrónica (por exemplo, grupos metilo) estabilizam o grupo carbonilo e diminuem a extensão da hidratação. Da mesma forma, substituintes que instabilizam o carbonilo favorecem a formação do hidrato. Fatores estéricos: No hidrato, o carbono central está muito mais “apertado” do que no aldeído ou cetona inicial. Quanto maiores forem R1 e R2, maior será a estabilização da forma hidratada, e portanto a quantidade de hidrato presente no equilíbrio será menor. A hidratação dos aldeídos e cetonas pode ser catalizada quer por ácidos quer por bases.

Catálise alcalina

Catálise ácida

Formação de acetais

Sob condições de catálise ácida, os aldeídos reagem com álcoois formando diéteres denominados acetais. O primeiro passo é o ataque (catalizado por ácido) do aldeído por uma molécula de álcool, num processo bastante semelhante ao ocorrido na hidratação:

Nas condições ácidas da sua formação, o hemiacetal é convertido num carbocation:

Este carbocations é estabilizado por ressonância, devido à presença dos pares de eletrons não-ligantes do oxigênio:

O acetal é formado por reação do carbocation com outra molécula de álcool:

Enóis

Aldeídos e cetonas com pelo menos um hidrogênio  (hidrogênio ligado ao carbono imediatamente adjacente ao carbonilo) encontram-se em equilíbrio com um isômero denominado enol. Este equilíbrio chama-se tautomerismo ceto-enol. Os tautómeros são isômeros que diferem entre si apenas na posição de um átomo ou grupo de átomos. Para cetonas e aldeídos simples, o equilíbrio encontra-se fortemente deslocado no sentido do composto carbonilo. Isto permite sintetizar aldeídos a partir de alcinos: a hidratação de um alcino dá origem a um enol, que está em equilíbrio com o composto carbonilo correspondente:

Pode ser catalizada por uma base forte, como o anion hidróxido. A base retira um hidrogênio , dando origem ao enolato correspondente. O enolato é uma espécie estabilizada por ressonância:

Esta ressonância é a razão da elevada acidez dos hidrogênios a dos aldeídos e cetonas, uma vez que o anion enolato é mais estabilizado do que o composto carbonilo original.

Condensação aldólica

O aldeído pode ser parcialmente convertido em enolato por catálise alcalina. O enolato assim formado pode atacar outra molécula de aldeído dando origem a um aldol (uma molécula com um grupo aldeído e um grupo álcool). Apresenta-se a seguir o mecanismo desta reação (adição aldólica)

A adição aldólica é um equilíbrio que favorece os produtos quando o reagente é um aldeído. Quando se usam cetonas o equilíbrio normalmente encontra-se deslocado no sentido dos reagentes; as cetonas dão por isso fracos rendimentos de produtos de adição aldólica. O produto da adição aldólica de um aldeído é um aldeído -hidroxilado. Da mesma forma, sob determinadas condições, um aldeído (ou cetona) -hidroxilado pode ser quebrado em duas moléculas mais pequenas numa reação que é o inverso da adição aldólica. Uma reação deste tipo é a quebra de frutose-1,6-bisfosfato em dihidroxiacetona fosfatada e gliceraldeído-3-fosfato, que ocorre na glicólise . Por aquecimento, estes compostos desidratam, dando origem a uma ligação dupla carbono-carbono conjugada com o aldeído. A desidratação ocorre sempre na direção em que se formam ligações conjugadas C=C-C=O.

Reatividade de ácidos carboxílicos e seus derivados

Os ácidos carboxílicos são ácidos fracos. Mesmo assim, estão entre os compostos orgânicos mais ácidos: apresentam tipicamente pKa entre 4 e 6 (comparado com 16-20 para alcoois, aldeídos e cetonas e 25 para os protons acetilénicos). A razão desta elevada acidez encontra-se parcialmente na ressonância: o anion carboxilato originado pela desprotonação do ácido é fortemente estabilizado por ressonância. O ácido terá portanto grande tendência a perder o proton, a fim de originar esta espécie muito estável:

Recentemente, estudos teóricos revelaram que apenas cerca de 1/3 da estabilização do anion carboxilato é devida à ressonância. A contribuição restante deve-se ao efeito indutivo provocado pela deficiência de carga eletrônica no carbono do grupo carboxilato [Holt & Karty, 2003]

Substituição nucleófila de ácidos carboxílicos e derivados

Devido à presença do grupo carbonilo, os ácidos carboxílicos e seus derivados estão sujeitos a ataque nucleofílio, tal como os aldeídos e cetonas. Entre os derivados dos ácidos carboxílicos, os cloretos de acilo serão os mais susceptíveis de ataque nucleofílio, uma vez que a grande electronegatividade do cloro retira bastante densidade electrónica ao carbono do grupo carbonilo, aumentando bastante a sua eletrofilicidade. No outro extremo encontram-se as amidas: a sua baixa eletronegatividade (comparada com os derivados contendo oxigênio ou cloro) torna bastante eficiente a partilha do par de elétrons extra do azoto, provocando uma estabilização muito acentuada por efeito de ressonância.

A reação mais importante dos derivados dos ácidos carboxílicos é a substituição nucleófila. Um exemplo é a hidrólise dos cloretos de acilo:

Esta reação é extremamente rápida por causa do efeito indutor do cloro, que torna o carbonilo bastante eletrofílo (ver acima).

Esterificação

Os ésteres podem ser facilmente preparados por condensação de um ácido carboxílico com um álcool em condições de catálise ácida:

Hidrólise de ésteres

Os ésteres podem ser hidrolisados por catálise ácida. Neste caso, o mecanismo é exatamente o oposto da esterificação. A reação é por isso reversível. Quando se pretende sintetizar o éster, remove-se a água da mistura reacional a fim de deslocar o equilíbrio no sentido da formação do éster. Pelo contrário, quando se pretende hidrolizar o éster, realiza-se a reação na presença de um grande excesso de água.

A hidrólise do éster em solução básica é, no entanto, irreversível pelo que o seu estudo mais detalhado se justifica. Neste caso, a hidrólise não é realizada pela água, mas pelo anião hidróxido:

O último passo da reação é irreversível: o carboxilato (uma base fraca) não tem nenhuma tendência a retirar o proton do álcool (um ácido muito fraco).

Síntese de amidas

O processo é semelhante à síntese de ésteres:

Utilizando amoníaco (NH3), obtêm-se amidas. Utilizando aminas primárias (RNH2), obtêm-se amidas monosubstituídas. Utilizando aminas secundárias (R4NH), obtêm-se amidas disubstituídas.

BIOGRAFIA CONSULTADA :

Prof. Doutor Pedro Silva

Professor Auxiliar, Universidade Fernando Pessoa

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