Alccol, éter e fenol

DQOI - UFCProf. Nunes

Reações de Reações de Alcoóis, Alcoóis, FenóisFenóis

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II

Prof. Nunes

e e ÉteresÉteres

Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.


AlcoóisAlcoóis

Os alcoóisalcoóis são compostos que possuem um grupo hidroxila (OH) esão caracterizados pela nomes que terminam em "ol":

Um grande número de compostos que ocorrem naturalmente, contemo grupogrupo hidroxilahidroxila. Alguns exemplos:


FenóisFenóis

O fenolfenol é um tipo especial de álcool. Ele é constituído por um grupogrupohidroxilahidroxila ligadoligado diretamentediretamente aa umum anelanel benzênicobenzênico.

Os fenóis substituídos são extremamenteextremamente comunscomuns nana naturezanatureza eexibem uma vasta variedade de propriedades e funções, como podeser visto nos exemplos seguintes.


Acidez da HidroxilaAcidez da Hidroxila

A acidezacidez de um composto pode ser avaliado qualitativamente atravésda análise da estabilidade de sua base conjugada:

A basebase conjugadaconjugada de um álcool é chamado um alcóxidoalcóxido, e apresentauma carga negativa sobre o átomo de oxigênio.uma carga negativa sobre o átomo de oxigênio.

Uma cargacarga negativanegativa sobresobre umum átomoátomo dede oxigêniooxigênio éé maismais estávelestável doque uma carga negativa sobre átomo de carbono ou nitrogênio, mas émenos estável do que uma carga negativa sobre um halogênio.


Acidez da HidroxilaAcidez da Hidroxila

Portanto, os alcoóisalcoóis sãosão maismais ácidosácidos do que as aminas e os alcanos,mas sãosão menosmenos ácidosácidos dodo queque osos halogenetoshalogenetos dede hidrogêniohidrogênio.

O pKa para a maioria dos alcoóis cai no intervalo de 15-18.


Reagentes para Desprotonar um ÁlcoolReagentes para Desprotonar um Álcool

Existem duas formas mais comuns para desprotonardesprotonar umum álcoolálcool eformar um íoníon alcóxidoalcóxido.

1)1) UmaUma basebase forteforte deve ser utilizada para desprotonar o álcool. Umabase comumente utilizada é hidretohidreto dede sódiosódio ((NaHNaH)), porque o íoníonhidretohidreto (H(H--)) desprotonadesprotona oo álcoolálcool e gera o gás hidrogênio (H2) quesai como bolhas na solução.

2) Alternativamente, é muitas vezes mais prático utilizar metaisalcalinos (Li,Li, NaNa ou KK). Estes metais reagem com o álcool paraliberar o gás de hidrogênio e produzir o íon alcóxido.


Reações de AlcoóisReações de Alcoóis

Como já vimos anteriormente, os álcooisálcoois terciáriosterciários sofrem reaçõesreações dedesubstituiçãosubstituição nucleofílicanucleofílica (SN1) quando tratados comum halogenetode hidrogênio (HX).

O mecanismomecanismo é visto abaixo:



Os alcoóisalcoóis primáriosprimários e secundáriossecundários serão submetidos a reaçõesreações dedesubstituiçãosubstituição com uma variedade de reagentes, através de umprocesso SNSN22.

1) Os álcooisálcoois primáriosprimários, por exemplo, reagem com HBrHBr.

A hidroxila é protonada em primeiro lugar, convertendo-a em umexcelente grupo abandonador, seguido pelo mecanismo SN2.

Essa reaçãoreação funcionafunciona bembem parapara HBrHBr, masmas nãonão funcionafunciona bembem parapara HClHCl..



Para substituirsubstituir aa hidroxilahidroxila porpor umum átomoátomo dede clorocloro, o cloreto de zinco(ZnCl2 ) é usado como um catalisador.

O catalisadorcatalisador éé umum ácidoácido dede LewisLewis que converte a hidroxila em ummelhor grupo abandonador.



2) Um álcool pode ser convertido num tosilatotosilato (ou mesilatomesilato) usando ocloreto de tosila (ou de mesila) e piridina.

A hidroxila é convertida num grupogrupo tosilatotosilato (ou(ou mesilatomesilato)) (excelentesgrupos de saída), que é susceptível a um processo SN2.

S

O

ClS

O

ClS

O

Cl

cloreto de tosila (ToCl) cloreto de mesila (msCl)

S

O

Cl



3) Os álcooisálcoois primáriosprimários ee secundáriossecundários reagem com SOCISOCI22 (cloreto de

tionila) ou com PBr3, via um mecanismomecanismo SNSN22, para gerar cloretos e

brometos de aquila, respectivamente.



MecanismoMecanismo da reaçãoreação dodo álcoolálcool comcom SOCISOCI22 (cloreto de tionila) :



O mecanismo da reaçãoreação dodo álcoolálcool comcom PBrPBr33 tem características

semelhantes, incluindoincluindo aa conversãoconversão dada hidroxilahidroxila emem umum melhormelhor grupogrupo

abandonadorabandonador, seguido pelo ataque nucleofílico.


ExercícioExercício

Identifique os reagentes que você usaria para realizar a seguinte

transformação:


Oxidação de AlcoóisOxidação de Alcoóis

AlcoóisAlcoóis podem ser oxidadosoxidados, levando à formaçãoformação dede aldeídos,aldeídos,cetonascetonas ouou ácidosácidos carboxílicoscarboxílicos.

O resultado do processo de oxidaçãooxidação depende se o álcool de partidaé primário,primário, secundáriosecundário ou terciárioterciário.

Consideremos em primeiro lugar a oxidaçãooxidação de um álcoolálcool primárioprimário.

Note que um álcool primário tem dois prótons na posiçãoposição αα (carbonoque carrega a hidroxila). Como resultado, os alcoóisalcoóis primáriosprimários podemser oxidados por duas vezes. A primeiraprimeira oxidaçãooxidação produzproduz umum aldeídoaldeído,e, a seguir, aa oxidaçãooxidação dodo aldeídoaldeído produzproduz umum ácidoácido carboxílicocarboxílico.



AlcoóisAlcoóis secundáriossecundários têm apenas um próton na posiçãoposição αα, de modoque sósó podepode serser oxidadooxidado uma vez, e formar uma cetona. De um modogeral, a cetonacetona nãonão éé oxidadaoxidada.

ÁlcooisÁlcoois terciáriosterciários não têm nenhum próton na posiçãoposição αα e, comoresultado, geralmente não sofrem oxidação:



Um grande número de reagentesreagentes são disponíveis parapara aa oxidaçãooxidação dealcoóis primários e secundários.

O reagentereagente oxidanteoxidante mais comum é o ácidoácido crômicocrômico (H(H22CrOCrO44)), quepode ser formado quer a partir de trióxidotrióxido dede cromocromo (CrO(CrO33)) ou a partirde dicromatodicromato dede sódiosódio (Na(Na22CrCr22OO77)), em solução aquosa ácida.



O mecanismo de oxidaçãooxidação com ácidoácido crômicocrômico tem duas etapasprincipais.

1) A primeira etapa envolve a formação de um ésteréster dede cromatocromato.2) Na segunda etapa ocorre a formação de uma ligação ππππ C=O.



Quando um álcoolálcool primárioprimário é oxidado com ácidoácido crômicocrômico, um ácidocarboxílico é obtido.

Geralmente éé difícildifícil controlarcontrolar aa reaçãoreação para produzir apenas o aldeído.



Para produzirproduzir oo aldeídoaldeído como um produto final, é necessário utilizarum reagentereagente oxidanteoxidante maismais seletivoseletivo, que iráirá reagirreagir comcom oo álcool,álcool, masmasnãonão reagereage comcom oo aldeídoaldeído.

Muitos reagentes são disponíveis, incluindo clorocromatoclorocromato dede piridiniopiridinio(PCC)(PCC), o qual é formado a partir da reação entre a piridina, o trióxidode crômio e ácido clorídrico.



Quando PCCPCC é usado como o agenteagente oxidanteoxidante, um aldeído éproduzido como o produto principal.

Nessas condições, o aldeídoaldeído nãonão éé oxidadooxidado parapara oo ácidoácido carboxílicocarboxílico.



AlcoóisAlcoóis secundáriossecundários,, sob condições oxidantes, são oxidados apenasuma vez para formarformar cetonascetonas.

Assim, um álcoolálcool secundáriosecundário pode ser oxidado com ácido crômico oucom PCC.

O dicromatodicromato dede sódiosódio éé maismais baratobarato, mas o PCCPCC éé maismais brandobrando emuitas vezes é preferido quando outros grupos funcionais estãopresentes no composto.


Preparações e Reações de AlcoóisPreparações e Reações de Alcoóis


Com base na nossa discussão até agora, podemos esperar que ofenolfenol nãonão seriaseria facilmentefacilmente oxidadooxidado, pois é necessária a presença deum próton na posiçãoposição αα.

O fenolfenol seria muito parecido com um álcool terciário.

Oxidação de FenóisOxidação de Fenóis


No entanto, observa-se que fenolfenol sofresofre oxidaçãooxidação ainda maisprontamente que os alcoóis primários e secundários.

O produtoproduto dada oxidaçãooxidação do fenol é chamado de benzoquinonasbenzoquinonas, asquais são importante, pois são rapidamente transformadas emhidroquinonashidroquinonas.




A oxidaçãooxidação de compostos deste tipo com óxidoóxido dede prataprata ou ácidoácidocrômicocrômico geram compostos dicarbonilados chamados de quinonas.


Oxidação de Fenóis – QuinonasOxidação de Fenóis – Quinonas

Quinonas são coloridas. A p-benzoquinona, por exemplo, é amarela.

Muitas ocorrem naturalmente e têm sido usadas como corantes. AAlizarina é um pigmento vermelho extraído a partir de raízes de umaplanta.


Quinona – Vitamina KQuinona – Vitamina K

Outra quinona importante fisiologicamente é a vitamina K.

“K” está relacionado a coagulação (koagulation), uma vez que estasubstância foi primeiro identificada como essencial para a coagulaçãonormal do sangue.

A vitamina K é obtida a partir de uma dieta normal, mas grande parte daquantidade necessária para os humanos é produzida pelas suasquantidade necessária para os humanos é produzida pelas suaspróprias floras intestinais.


Acilação de FenóisAcilação de Fenóis

O anel aromático de um fenolfenol é visto como um grupo funcional rico emelétrons e é capaz de uma variedade de reações.

Em alguns casos, entretanto, é o oxigênio da hidroxila que reage.

Agentes acilantes, tais como cloretos de acila e anidridos acéticos, podemreagir com fenóis, seja no anel aromático (C-acilação) ou com o oxigênio dahidroxilia (O-acilação).hidroxilia (O-acilação).

Presença de ac. Lewis Ausência de ac. Lewis



Exemplo de O-acilação.

A OO--acilaçãoacilação de fenóis com anidridos acéticos pode serconvenientemente catalisada de duas formas:

1) Aumentando a eletrofilicidade do anidrido, adicionando-se algumasgotas de ácido sulfúrico.



2) Aumentando a nucleofilicidade do fenol, convertendo-o em seufenóxido em uma solução básica.



A O-aciliação e a C-acilação competem entre si.

A preferência pela O-acilação de fenóis ocorre porque estas reações sãocontroladascontroladas cineticamentecineticamente, isto é, possuem um estado de transição demenor energia que as reações de CC--alquilaçãoalquilação.

Portanto, a O-acilação é mais rápida que a C-acilação.

Todavia os isômeros C-acilados sãosão maismais estáveisestáveis, e é conhecido que oTodavia os isômeros C-acilados sãosão maismais estáveisestáveis, e é conhecido que oAlCl3 é muito efetivo para catalisar aa conversãoconversão dede arilésteresarilésteres aaarilcetonasarilcetonas (esta isomerização é conhecida como rearranjo de Fries).


Carboxilação de FenóisCarboxilação de Fenóis

O arilésterariléster mais conhecido é a ácido o-acetilsalícilico (Aspirina®).

Ele é preparado pela acetilaçãoacetilação dada hidroxilahidroxila fenólicafenólica do ácido salicílico.


Carboxilação de FenóisCarboxilação de Fenóis

O composto-chave na síntese da Aspirina®, o ácidosalicílico, é preparado a partir do fenol por um procesodescoberto no século XIX por um químico alemãochamado Hermann Kolbe.

Na síntese de Kolbe, também conhecida como reaçãode Kolbe–Schmitt, o fenóxido de sódio é aquecidocom CO2 sob pressão, e a mistura reacional ésubsequentemente acidificada para geral o ácidosalicílico.

1818-1884


Síntese de Kolbe - MecanismoSíntese de Kolbe - Mecanismo

Ativação do grupo alcóxido.

Ataque nucleofílico


Síntese de Kolbe - MecanismoSíntese de Kolbe - Mecanismo

A síntese de Kolbe-Schmitt é um processo em equilíbrio governado porcontrole termodinâmico.

A posição de equilíbrio favorecefavorece aa formaçãoformação dada basebase maismais fracafraca (íonsalicilato) em detrimento da base mais forte (íon fenóxido).

O controle termodinâmico também é responsável substituiçãopreferencial na posição orto sobre a posição para.

ao invés de


Síntese de Kolbe - AplicaçõesSíntese de Kolbe - Aplicações

A síntese de KolbeKolbe--SchmittSchmitt tem sido aplicada na preparação de outrosoutros

ácidosácidos hidroxibenzóicoshidroxibenzóicos.

Fenóis que carregam grupos retiradores fortes normalmente geram

produtos carboxilados em baixo rendimentos.

Seus ânions fenóxidosfenóxidos sãosão menosmenos básicosbásicos, e as constantesconstantes dede equilíbrioequilíbrio

parapara suassuas carboxilaçõescarboxilações sãosão menoresmenores.


Preparação de AriléteresPreparação de Ariléteres

Ariléteres são preparados pelo método de Williamson.

A alquilaçãoalquilação dodo oxigêniooxigênio dada hidroxilahidroxila dede umum fenolfenol ocorre

protamente quando um íoníon fenóxidofenóxido reage com um

haletohaleto dede alquilaalquila.1824-19041824-1904


Determine a estruturas do produto formado em cada uma das seguintesreações.

Exercícios - FenóisExercícios - Fenóis


Determine a estrutura do produto formado em cada uma das seguintesreações.



Determine a estrutura do produto formado em cada uma das seguintesreações.



A síntese da substânica analgésica fenacetina é apresentada na equação

química abaixo. Qual é a estrutura da fenacetina?


fenacetina


Identifique os compostos A, B e C na sequência sintética representada pelas equações abaixo:


a)

b)b)

c)


Proponha uma sequência sintética para a obtenção do 3-pentadecilcatecol a partir do



ÉteresÉteres

ÉteresÉteres são compostos que exibem um oxigênio ligado a dois grupos R(alquila, arila ou vinila).

A porção éter é uma característicacaracterística comumcomum emem muitosmuitos produtosprodutos naturaisnaturais,como os exemplos que seguem:como os exemplos que seguem:


ÉteresÉteres

Muitos fármacos também exibem um fragmento éteréter:


Preparação de ÉteresPreparação de Éteres

IndustrialIndustrial::

O dietiléterdietiléter é preparado industrialmente via a desidratação

do etanol, catalisada por ácidos.

O mecanismo do processo é SN2.


Preparação de Éteres - SínteseSíntese de Williamsonde WilliamsonPreparação de Éteres - SínteseSíntese de Williamsonde Williamson

ÉteresÉteres podem ser prontamente preparados via um processo de

duas etapas chamado de SínteseSíntese dede ÉterÉter dede WilliamsonWilliamson.



A preparação de éteres pelo método de Williamson é mais satisfatória

quando o haleto de halquila é um que reaja através de uma reação SN2.

Haletos de metila e haletos de alquila primários são os melhores

substratos.



Uma vez que a segunda etapa é um processo SN2, efeitosefeitos estéricosestéricos

devemdevem serser consideradosconsiderados.

Especificamente, o processo ocorre melhor com haletoshaletos dede metilametila e

haletoshaletos dede aquilaaquila primáriosprimários.

HaletosHaletos dede alquilaalquila secundáriossecundários são menos eficientes porque a

eliminação é favorecida sobre a substituição; e haletoshaletos dede alquilaalquila

terciáriosterciários nãonão podempodem serser usadosusados.



AA primeiraprimeira rotarota éé eficienteeficiente porque ela utiliza um haleto de metila, o qual

é um substrato adequado para um processo SN2.

AA segundasegunda rotarota nãonão funcionafunciona porque ela utilzia um haleto de alquila

terciário como substrato, o qual sofrerá eliminação ao invés de

susbtituição.


ExercitandoExercitando

Mostre os reaegntes que você usaria para preparar os seguintes éteres,

via síntese de Williamson.



O seguinte éter ciclico pode ser preparado via uma síntese de Williamsn

intramolecular. Mostre quais reagentes você usaria para realizar a

síntese.


Reações de Éteres Reações de Éteres

Geralmente, osos étereséteres nãonão reagemreagem emem condiçõescondições básicasbásicas ouou levementelevemente

ácidasácidas.

Como resultado, eles são utilizados como solventes em muitas reações.

Todavia, osos étereséteres nãonão sãosão completamentecompletamente nãonão reativosreativos.Todavia, osos étereséteres nãonão sãosão completamentecompletamente nãonão reativosreativos.


Éteres – Clivagem Catalisadas por ÁcidosÉteres – Clivagem Catalisadas por Ácidos

Assim como a ligação C-O de álcoois é clivada em reação com haletosde hidrogênio, as ligações C-O de éteres também são quebradas.


Éteres – Clivagem Catalisadas por ÁcidosÉteres – Clivagem Catalisadas por Ácidos

A clivagemclivagem dede étereséteres é normalmente conduzida sob condições (excessode haleto de hidrogênio e calor) que convertem o álcool formado em umhaleto de alquila.

Assim, a reação tipicamente leva a duas moléculas de haleto de alquila.

A ordem de reatividade dos haletos de hidrogênio é HI > HBr >> HCl.

O ácidoácido fluorídridofluorídrido (HF)(HF) nãonão éé efetivoefetivo.


Éteres – Clivagem Catalisadas por ÁcidosMecanismo

Éteres – Clivagem Catalisadas por ÁcidosMecanismo


ExercíciosExercícios

Escreva a estrutura do produto formado em cada uma das seguintes

reações:



Escreva a estrutura do produto formado em cada uma das seguintes

reações:


ExercícioExercício

Escreva o mecanismo da seguinte transformação:


Epóxidos - ReatividadeEpóxidos - Reatividade

EpóxidosEpóxidos têm uma significativa tensãotensão anelaranelar e, como resultado, eles

exibem uma reatividade característica.

Especificamente, os epóxidosepóxidos sofrem reações em que o anelanel éé abertoaberto, o

que alivia a tensão.

Nesta seção, veremos que epóxidosepóxidos podem ser abertos em condições

que envolvem umum nucleófilonucleófilo forteforte ou sob condiçõescondições catalisadascatalisadas porpor

ácidoácido.


Epóxidos – Reação com NucleófilosEpóxidos – Reação com Nucleófilos

Quando um epóxidoepóxido é submetido ao ataque de um nucleófilonucleófilo forteforte, umreação de abertura de anel.

Por exemplo, considere a abertura de óxido de etileno pelo íonhidróxido.



MuitosMuitos nucleófilosnucleófilos fortes podem ser utilizados para abrir um epóxido.


Todos estes nucleófilosnucleófilos são reagentes capazes de abrir epóxidosepóxidos.

Todavia, estas reações exibem duas características importantes que

devem ser consideradas: regioquímicaregioquímica e estereoquímicaestereoquímica.


11)) RegioquímicaRegioquímica: quando o epóxido de partida é assimétrico, oo

nucleófilonucleófilo atacaataca nana posiçãoposição menosmenos substituídasubstituída (mecanismo SN2).


Abertura de Epóxidos - RegioquímicaAbertura de Epóxidos - Regioquímica

Sob condições de catálise ácida, a espécie que é atacada pelo nucleófilo não é o epóxido propriamente, mas seu ácido conjugadonão é o epóxido propriamente, mas seu ácido conjugado.

O estado de transição para a abertura do anel tem caráter de um pseudo-carbocátion.

A quebra da ligação C-O do anel é mais avançada do que a formação daligação ao nucleófilo.


Abertura de Epóxidos - RegioquímicaAbertura de Epóxidos - Regioquímica

Devido ao caráter de carbocátion desenvolvido no estado de transição, asubstituição é favorecida no carbono que melhor suportar osubstituição é favorecida no carbono que melhor suportar odesenvolvimento de uma carga positiva.

Assim, em contraste às reações de epóxidos com nucleófilos relativamentebásicos, nas quais o ataque tipo SN2 é mais rápido no carbono menosimpedido do anel de 3 membros, a catálise ácida promove a substituição nocarbono que carrega um maior número de grupos alquila.


22)) EstereoquímicaEstereoquímica: quando o ataque ocorre em um centro quiral, a

inversãoinversão dede configuraçãoconfiguração éé observadaobservada.


Note que o outrooutro centrocentro quiralquiral nãonão éé afetadoafetado pelopelo processoprocesso.

Somente o centro que está sendo atacado sofre uma inversão de

configuração.


Prediga o produto da seguinte reação e desenhe o mecanismo.



Epóxidos - ReaçõesEpóxidos - Reações

EpóxidosEpóxidos podem ser abertos pelo ataque de agentes nucleofílicos, taiscomo os reagentes de Grignard.

Mecanismo:


Prediga os produtos das seguinte reações e desenhe o mecanismo.



ExercicioExercicio

Escreva a estrutura do produto da reação:



Qual produto (A,B ou C) esperaríamos ser formado quando o 1-metil-1,2-epoxiciclopentano, de configuração absoluta mostrada, reagisse commetanol na presença de algumas gotas de ácido sulfúrico.

MeOH/H+

Resposta


Redução de EpóxidosRedução de Epóxidos

EpóxidosEpóxidos são reduzidos a álcoois sob tratamento do hidreto de alumínio delítio (LiAlH4).

O hidreto é transferido para o carbono menos impedido.


Exercícios - ÉteresExercícios - Éteres

Prediga o principal produto orgânico de cada uma das reações que seguem:









Quando o (R)-2-fenil-2-butanol é colocado em metanol contendo poucasgotas de ácido sulfúrico, uma mistura racêmica 2-metoxi-2-fenilbutano éformada. Sugira um mecanismo razoável para esta reação.



Selecione as condições reacionais que permitiriam as seguintes transformações:



Deduza as estruturas dos compostos incognitas.




(A)

(B)

(C) (D)



Deduza as estruturas dos compostos incognitas. Mostre a estereoquímica.






Deduza as estruturas dos compostos incognitas. Mostre a estereoquímica.


Abertura de EpóxidosAbertura de Epóxidos

Documents

Alccol, éter e fenol