Estrutura e Síntese de Álcoois

Estrutura de álcoois Grupo funcional hidroxi (OH) Oxigénio tem hibridação sp3

Classificação Primário: carbono ligado ao grupo –OH está ligado a outro carbono. Secundário: carbono ligado ao grupo –OH está ligado a dois carbonos. Terciário: carbono ligado ao grupo –OH está ligado a três carbonos. Aromático (fenol): -OH está ligado a carbono aromático.

Nomes comuns Álcool pode ser nomeado por álcool alquílico. Útil só para grupos alquilicos pequenos. Exemplos: isobutil álcool sec-butil álcool

Propriedades físicas Pontes de ebulição altos devido a pontes de hidrogénio entre as moléculas. Pequenos álcoois são miscíveis com a água, mas a solubilidade diminui à medida que o tamanho dos grupos alquilo aumenta.

Pontos de ebulição

Solubilidade em água Solubilidade diminui à medida que o grupo alquilo aumenta

Acidez dos álcoois pKa varia entre: 15.5-18.0 (água: 15.7) Acidez diminui à medida que o grupo alquilo aumenta. Halogénios aumenta a acidez. Fenol é 100 milhões de vezes mais acidico que o ciclohexanol.

Tabela de valores de Ka

Reactividade

Reacções de substituição dos álcoois Dado que o grupo hidróxido é uma mau grupo abandonante, os álcoois não são reactivos nas reacções de substituição nucleofilica e eliminação. SN1 SN2 Não há reacção em nenhum caso Base forte Grupo abandonante fraco

Reacções de substituição dos Álcoois A situação melhora em condições ácido. O grupo abandonante transforma-se num grupo neutro. neutro neutro

Exemplos

Mecanismo de Substituição Álcoois secundários e terciários sofrem reacção de substituição SN1.

Mecanismo de Substituição Álcoois primários sofrem reacção SN2. Carbocatiões primários são muito instáveis para se formarem. Attack from back-side

Reacção com HBr -OH é protonado -OH2+ é um bom grupo abandonante Álcoois 3° e 2° reagem com Br- via SN1 Álcoois 1° reagem via SN2

Reacção com HCl Cloreto é um nucleófilo mais fraco que o brometo. Adiciona ZnCl2, o qual liga fortemente ao -OH, promovendo a reacção. O produto cloreto é insolúvel. Teste de Lucas: ZnCl2 em HCl conc. Álcoois 1° reagem lentamente ou não reagem. Álcoois 2 reagem em 1-5 minutos. Álcoois 3 reagem em menos de 1 minuto.

Limitações das reacções de HX HI não reage Baixos rendimentos para cloretos 1° e 2° Pode obter alcenos em vez de haletos de alquilo Carbocatião intermediário pode rearranjar.

Reacções com haletos de fosforo Bons rendimentos com álcoois 1° e 2° PCl3 para cloretos de alquilo (mas SOCl2 é melhor) PBr3 para brometos de alquilo P e I2 para iodeto de alquilo (PI3 not stable)

Mecanismo com PBr3 P liga-se a -OH quando Br- sai Br- ataca por trás (SN2) HOPBr2 sai

Reacção com cloreto de tionilo Produz cloreto de alquilo, SO2, HCl S liga-se a -OH, Cl- sai Cl- tira o H+ do grupo OH C-O quebra, enquanto o Cl- se transfere para C

Eliminação A eliminação de água, deshidratação é comumente obtida usando ácido sulfúrico (H2SO4) como catalisador. A presença do ácido é essencial para converter o fraco grupo abandonante OH– em um bom grupo abandonante H2O.

Eliminação A perda de água conduz à formação do carbocatião. O primeiro passo é a protonação do grupo hidroxilo. A perda de água conduz à formação do carbocatião.

Eliminação Segundo, a base remove o protão b centro de carbocatião. Esta reacção é uma E1. O passo determinante da reacção é a formação do carbocatião.

Eliminação No caso de ter como escolha diferentes hidrogénios b, forma-se preferencialmente o alceno mais estável. 84 % 16 %

Eliminação Como resultado do mecanismo E1, a desidratação segue a seguinte ordem: O reflecte a estabilidade do carbocatião intermediário.

Eliminação Álcoois primários sofrem deshidratação via E2. Primeiro, contudo, gera-se um bom grupo abandonante. Os passos seguintes, remoção da água e desprotonação tem lugar simultaneamente.

Reacções de deshidratação H2SO4 conc. produz alceno Carbocatião intermediário Produto Saytzeff Deshidratação bimolecular produz éter Baixa temp, 140°C e inferior, favorece éter Alta temp, 180°C e acima, favorece alceno

Mecanismo de deshidratação

Diagrama de Energia, E1

Oxidação de álcoois Existem 3 tipos de álcoois: 10 20 30 Deshidratação (oxidação) é possivel para 10 e 20 formando-se aldeídos e cetonas, respectivamente. aldeído cetona

Oxidação de álcoois Aldeídos podem ser oxidados a ácidos. aldeido ácido Agentes de oxidação tipicos são o ácido crómico (H2CrO4) ou clorocromato piridinium (PCC). chromic acid PCC

Exemplos ciclopentanol ciclopentanone butanol butanal Ácido butanoico

Exemplos PCC é o agente de oxidação mais selectivo. butanol butanal PCC é o agente de oxidação mais selectivo. Oxidação pode ser parada a nivel do aldeído.

Redução dos álcoois Deshidratar com H2SO4 conc. Depois adicionar H2

Iões alcóxido ROH + Na (or NaH) forma-se alcóxido de sódio RO- + 1° haleto de alquilo forma éter (Sintesis de éter de Williamson)

Resumindo: tipos de reacções de álcoois Deshidratação formando o alceno Oxidação a aldeído e cetona Substituição formando o haleto de alquilo Redução a alcano Síntese de Williamson: formação de éter

Tabela de resumo

Estados de oxidação Fácil para sais inorgânicos CrO42- reduzido a Cr2O3 KMnO4 reduzido a MnO2 Oxidação: perda de H2, ganho de O, O2, ou X2 Redução: ganho de H2 ou H-, perda de O, O2, ou X2 Nem um caso nem outro: ganho ou perda de H+, H2O, HX

Carbonos 1º, 2º, 3º

Síntese de álcoois

Sintesis (Resumo) Substituição nucleofilica no haleto de alquilo por o grupo OH- Hidratação de alcenos água em solução ácida (não é muito efectiva)

Reagentes Organometálicos Carbono é ligado ao metal (Mg ou Li). Carbono é nucleofílico (parcialmente negativo). O carbono parcialmente positivo é atacado. C - X C = O Forma-se uma ligação carbono-carbono.

Reagentes de Grignard Formula R-Mg-X (reage como R:- +MgX) Estabilizada por éter anidro Iodetos mais reactivos Podem ser formados a partir de haletos do tipo primário secundário terciário vinil aril

Alguns Reagentes de Grignard

Reagentes Organolitio Formula R-Li (reage como R:- +Li) Podem ser formados apartir de haletos de alquil, vinil, ou aril, tal como os reagentes de Grignard. Éter não é necessário, grande variedade de solventes podem ser usados.

Reacção com Carbonilo R:- ataca a carga parcialmente positiva do carbono do grupo carbonilo. O intermediário é o ião alcóxido. Adição de água ou ácido protona o álcool.

Sinthesis de álcool 1° Grignard + formaldeido produz álcool primário com 1 carbono adicional.

Sintesis de álcoois 2º Grignard + aldeido produz álcool secundário.

Sintesis de álcoois 3º Grignard + cetone forma álcool terciário.

Reacções de Grignard com cloretos de ácido e esteres Use 2 moles de reagente de Grignard. O produto é um álcool terciário com dois grupos alquilo idênticos. Reacção com uma mole de regentes de Grignard produz um intermediário que é cetona, o qual reage com a segunda mole de reagente de Grignard.

Grignard + Ácido Cloridrico (1) Grignard ataca o carbonilo. Ião cloreto abandona. Ketone intermediate

Grignard and Ester (1) Grignard ataca o carbonilo. Ion alcóxido abandona! ? ! Ketone intermediate

Second step of reaction Segunda mole de Grignard reage cetona inermediária para formar ião alcóxido. Ião alcóxido é protonado com ácido diluido.

Reagente de Grignard + óxido de etileno Epóxidos são éteres muito reactivos. Produto é um álcool 1º com 2 carbonos adicionais.

Limitações dos reagentes de Grignard Não pode estar presente água ou protões acidicos como O-H, N-H, S-H, or -C—C-H. O reagente de Grignard é destruido, torna-se alcano. Não pode haver ligações electrofílicas múltiplas, como C=N, C—N, S=O, ou N=O.

Redução do carbonilo Redução do aldeido forma-se álcool 1º. Redução da cetona forma-se álcool 2º. Reagentes: Borohidreto de sódio, NaBH4 Hidreto de aluminio e lítio, LiAlH4 Raney Níquel

Borohidreto de sódio Ião hidreto, H-, ataca o carbonilo formando ião alcóxido. Depois o ião alcóxido é protonado por ácido diluído. Só reage com carbonilos de aldeídos ou cetonas, e não com carbonilos de esteres ou de ácidos carboxílicos.

Hidreto de alumínio e lítio Agente redutor mais forte que o borohidreto de sódio, mas mais perigoso de trabalhar. Converte esteres e ácidos a álcoois 1º.

Comparação de Agentes Redutores LiAlH4 é mais forte. LiAlH4 reduz compostos mais estáveisos quais são resistentes à redução.

Hidrogenação catalítica Adiciona H2 com Raney níquel como catalisador. Também reduz qualquer ligação C=C.

Fim

Esterificação Fischer: álcool + ácido carboxilico Esteres de tosilato Esteres de sulfato Esteres de nitrato Esteres de fosfato

Esterificação de Fischer Ácido + Alcool forma-se Ester + Água Ácido Sulfurico é catalisador. Cada passo é reversivel.

Esteres de Tosilato Álcool + ácido p-Toluenesulfonico, TsOH Ácido cloridrico é usado actualmente, TsCl =>

Formação do ester de Tosilato p-toluenesulfonyl chloride TsCl, “tosyl chloride” ROTs, a tosylate ester

Reacções de tosilatos (SN2) Com hidróxido produz álcool Com cianide produz nitrilo Com ião haleto produz haleto de alquilo Com ião alcóxido produz éter Com amónia produz sal de amina Com LiAlH4 produz alcano

Sumário de reacções de Tosilato

Esteres sulfato Álcool + Ácido Sulfúrico

Esteres de Nitrato

Esteres de fosfato

Esteres fosfato no DNA