Condensação aldólica, Provas de Química

Baixe Condensação aldólica e outras Provas em PDF para Química, somente na Docsity! Universidade do Estado do Pará Centro de Ciências Sociais e Educação Departamento de Ciências Naturais Núcleo de São Miguel do Guamá – Campus XI Curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais – Química/2008 Antonio Denilson Leandro da Silva Relatório: “REAÇÃO DE CONDENSAÇÃO ALDÓLICA” Trabalho apresentado à disciplina Compostos Oxigenados e Não-oxigenados como requisito de avaliação parcial orientado pela Professora M.S.c. Ana Júlia de Aquino Silveira. São Miguel do Guamá – PA Dezembro/ 2010 1. INTRODUÇÃO No dia 19 de novembro de 2010, os discentes do curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais - Química realizaram no laboratório de química da Universidade do Estado do Pará, núcleo de São Miguel do Guamá, um experimento referente à disciplina compostos orgânicos oxigenados, ministrada pela docente Ana Júlia de Aquino Silveira, com o intuito de observarmos uma reação de condensação aldólica. O experimento tinha como objetivo observar a reação e compreender o mecanismo de condensação aldólica entre o aldeído e a propanona. Para tal, é necessário compreendermos o que é uma reação de condensação aldólica,segundo MARTINS (2009, p.186): A reação de condensação aldólica é uma das ferramentas mais importantes da síntese orgânica para a construção de ligação C – C. Esta ligação é formada através da reação entre uma substância carbonílica enolizável que age como nucleófilo e outra substância carbonílica que age como eletrófilo. Como podemos perceber essa substância carbonílica enolizável (propanona) pode ser parcialmente convertido em íon enolato por catálise alcalina e apresenta em sua estrutura hidrogênios terminais acídicos ionizáveis que estão diretamente ligados a um carbono α. Após a perda desse hidrogênio para uma base forte, geramos uma carga negativa no carbono α, que passa a se chamar agora de carbânion (íon enolato). Nesse sentido podemos dizer que a propanona é o nucleófilo e está pronta para se conectar ao eletrófilo. Vejamos o esquema abaixo: O formaldeído (aldeído fórmico) será o eletrófilo na reação, pois ele contém um menor impedimento espacial uma metila (CH3) e um hidrogênio (H) ligados ao grupo carbonila (C=O), assim permitirá a conexão do nucleófilo mais facilmente. Em outras palavras podemos dizer que os aldeídos são mais reativos que as cetonas. Vejamos como se forma o centro eletrofílico no formaldeído. No carbono alfa se formará o centro nucleofílico através da perda de um dos hidrogênios acídicos ionizáveis que permitirá a conexão no eletrófilo. Centro de alta densidade eletrônica – centro básico Ao realizarmos a agitação por trinta minutos e colocarmos o recipiente em banho frio, observamos uma mudança final de coloração dos reagentes, evidenciando assim, a formação de produtos liquídos com uma cor amarelo- alaranjado forte. Observe as fotografias (3 e 4 ). A seguir acompanharemos o desenvolvimento do mecanismo da reação, fazendo os devidos comentários com relação ao mesmo. DESENVOLVIMENTO DO MECANISMO DA REAÇÃO A adição de etanol na solução de hidróxido de sódio ocasionou a seguinte reação: Fonte: arquivo pessoal tos 3 e 4 : f rmação de produto líquido no final da reação. Ao adicionarmos etanol que é um ácido de Lewis (receptor de par de elétrons) na solução de hidróxido de sódio que é uma base de Lewis (doador de par de elétrons), o oxigênio da hidroxila do hidróxido de sódio captura o hidrogênio ionizável do álcool com um de seus pares de elétrons livre formando água e liberando o íon sódio (Na+,íon expectador) para o meio reacional que se liga ao oxigênio do íon etóxi (CH3CH2O-) formando o etóxido de sódio. O ânion etóxi formado acima vai agir como uma base de Lewis (doador de par de elétrons), reagindo com a propanona (substrato) que é um ácido de Lewis ( receptor de par de elétrons) que foi adicionada ao meio reacional. O oxigênio do ânion etóxi captura o hidrogênio acídico terminal da cetona, formando o carbânion (íon enolato - carbono com carga negativa) e o álcool etílico (etanol) de acordo com a reação abaixo. O carbânion (íon enolato - nucleófilo) formado acima, agora vai atuar como base de Lewis (receptor de par de elétrons) e atacar o carbono da carbonila do metanal que é um ácido de Lewis (doador de par de elétrons). Isto é feito através do processo de ressonância dos elétrons π do carbono da carbonila para o oxigênio, deixando-o com carga parcial negativa e por conta disso o carbono fica com carga parcial positiva para que o carbânion possa se conectar. Com isso temos a formação o íon alcóxido que vai atuar como uma base de Lewis que ao reagir com o etanol que atuará como um ácido de Lewis captura o hidrogênio ionizável do álcool através do oxigênio aniônico do íon alcóxido, gerando como produtos o4- Hidróxibutan-2-ona e o ânion etóxi. Observe a reação abaixo: Entretanto, o ânion etóxi atuando como uma base de Lewis poderá atacar novamente e capturar o hidrogênio do carbono α ao grupo cetona do 4- Hidróxibutan-2-ona, isso, porém, ocorrerá através da quebra da ligação covalente C – H que deslocará o par de elétrons formando uma dupla ligação e também ocorrerá aquebra da ligação covalente C – OH, produzindo cetona – α – β – insaturada: 3- buten-2- ona, etanol e a recuperação do hidróxido de sódio que estava agindo como catalizador na reação. Veja a reação abaixo: É importante ressaltar, que ao prepararmos a solução de hidróxido de sódio pudemos observar a liberação de calor (reação exotérmica), ou seja, entalpia (∆H) de solução menor que zero (negativo). Após, a mistura de todos os reagentes no erlemeyer, houve agitação para que pudéssemos observar a ocorrência de reação química e produção de dois possíveis produtos:4-Hidróxibutan-2-ona e 3- buten-2- ona, com aproximadamente 03 minutos observamos a mudança de coloração de incolor para amarelo claro significando que a reação começava a ocorrer lentamente. Depois de 30 minutos de agitação pudemos perceber a formação de um produto líquido amarelo – alaranjado, então paramos de agitar e colocamos o erlemeyer fechado com uma rolha em banho - maria (gelo). Vale ressaltar que a agitação foi realizada para que houvesse um maior choque entre as moléculas, pois de acordo com a teoria das colisões quanto maior forem às frequências dos choques entre as moléculas, maiores será o número de moléculas reagindo e, portanto, maior a velocidade da reação permitindo assim um maior rendimento da reação. A finalidade desse procedimento experimental era para que pudéssemos perceber se haveria a formação de cristais ou não no produto final, nesse caso não evidenciamos formação de cristais e sim a formação de um produto líquido amarelo – alaranjado, pois para que houvesse formação de cristais teríamos que ter usado o benzaldeído como fizeram Claisen – Schmidt. No nosso caso usamos formaldeído. 6. CONCLUSÕES aldeídos formam o grupo de compostos orgânicos designados por compostos carbonílicos devido ao fato de conterem na sua estrutura o grupo carbonilo. Neste grupo funcional pode ocorrer reação em três regiões: ▲ No oxigênio ligado ao carbono carbonílico: por possuir dois pares de elétrons não partilhados pode sofrer ataque de um eletrófilo. ▲ No carbono carbonílico: pode sofrer adicção nucleofílica devido a sua eletrofilia. ▲ No carbono alfa: por estar diretamente ligado ao carbono carbonílico e a um átomo de hidrogênio, pode participar em um equilíbrio ceto- enólico, do qual resulta um íon enol ou enolato. A reação aldólica é realizada tradicionalmente misturando duas substâncias carbonílicas diferentes em um solvente prótico na presença de ácidos ou bases como catalisadores. A catálise básica fundamenta‐se na acidez acentuada apresentada pelos hidrogênios alfa à carbonila, devido à formação de uma espécie enolato estabilizada por ressonância e gerada pela abstração do Hα por uma base apropriada. Na catálise ácida, o tautomerismo ceto‐enólico é responsável por gerar o nucleófilo para a etapa de adição nucleofílica. A essência da catálise ácida está na protonação do oxigênio da carbonila, tornando‐a mais eletrofílica para a etapa de adição do enol. O enol é um nucleófilo fraco, diferentemente do enolato gerado na catálise básica. A reação de desidratação é facilitada na reação sob catálise ácida, pois o grupo de saída na fase de eliminação é a água. Uma síntese que é muito realizada principalmente nas aulas de Química Orgânica Experimental em todo o Brasil é a da Dibenzalacetona (1,5-difenil-(E,E)-1,4-pentadien-3-ona), através da condensação aldólica cruzada de duas moléculas de benzaldeído e uma molécula de acetona em meio básico, também conhecida como reações de Claisen-Schmit. 2. OBJETIVO ▲ Mostrar os passos para obtenção da Dibenzalacetona, cetona insaturada, que envolve uma reação de adição nucleofílica e de desidratação. 3- MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS - Erlenmeyer; - Pipeta; - Papel de Filtro; - Funil de Büchner; - Funil; - Béquer; - Bastão de Vidro; - Frascos de Vidro; - Capilares; - Benzaldeído; - Acetona; - Metanol; - Hidróxido de Sódio; - Água destilada; - Banho Maria; - Banho frio. 4- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ▲ Dissolva 4,0g de hidróxido de sódio (caustico!) em 40 mL de água em um béquer de 100 ml. Adicione 30 mL de etanol resfriando a solução a 20 ºC. ▲ Junte 4,2g de benzaldeído (CUIDADO: pode causar dermatites) e 1,2g de acetona em frasco Erlenmeyer de 125 ml. Agite o frasco Erlenmeyer para homogeneizar a solução. ▲ Adicione aproximadamente a metade da solução benzaldeído (solução do Erlenmayer) à solução do hidróxido (solução do Béquer) sob agitação vigorosa (um agitador magnético também pode ser usado). Agite a mistura por 10 min. Após este período adicione o restante da solução benzaldeídoacetona. ▲ Continue agitando por mais 30 min. ▲ Filtre a vácuo o sólido amarelo pressionando os cristais. Em seguida transfira os cristais para um Becker limpo. Adicione 100 ml de água e agite até a formação de uma pasta. Verifique o pH da solução amarelada pastosa caso esteja fortemente alcalina, filtre à vácuo lavando o precipitado com água. O produto cristaliza com etanol ou acetato de etila. 5- MECANISMO DA REAÇÃO A formação da 1,5-difenil-(E,E)-1,4-pentadien-3-ona (dibenzalacetona), é um exemplo de uma condensação aldólica “mista” ou “cruzada” chamada também de reação de Claisen-Schimidt, pois estabelece-se entre dois compostos carbonílicos diferentes. Nestas condições, para que a condensação aldólica resulte na formação majoritária de um produto, é necessário que um dos reagentes não condense com ele próprio, ou seja, não tenha a possibilidade de formar um íon enolato em meio básico. É o que acontece com o benzaldeído, dado que não tem carbonos com hidrogênio a relativamente ao grupo carbonila. Vejamos a reação global abaixo: Reação global da síntese da dibenzalacetona (Fonte: http://www.ebah.com.br). O produto formado por condensação de uma molécula de acetona e uma molécula de benzaldeído em meio básico é a E-4-fenilbut-3-en-2-ona (benzalacetona), a qual possui ainda átomos de hidrogênio acídicos, pelo que assim forma um novo íon enolato, que condensa com uma nova molécula de benzaldeído. Dá-se, assim, uma nova condensação aldólica para originar o produto final. Observe o mecanismo desenvolvido abaixo: Mecanismo da síntese da Dibenzalacetona (Fonte: http://www.ebah.com.br). 6. REFERÊNCIAS LIMA, Carolina Almeida de et al. Síntese da 1,5-Difenil-(E,E)-1,4-Pentadien-3-ona (Dibenzalacetona) seguida da determinação de seu ponto de fusão. Disponível em: http://www.ebah.com.br/sintese-da-1-5-difenil-e-e- 1-4-pentadien-3-ona-dibenzalacetona-seguida-da-determinacao-de-seu-a82710.html . Acesso em: 03 de dez. de 2010.