298

17 Reaes de lcool, teres e epxidos

17.1 Reatividade do lcool

A reatividade do lcool baixa e esta presente nas ligaes sigmas formadoras das molculas simples.

Ciso heteroltica da ligao - O - HC OR

HH

H

Ciso heteroltica da ligao - C - O -C

OR

HH

H

17. 2 Formao de alcxidos

O lcool um cido fraco ( pKa = 15,5 a 19 ) capaz de desenvolver reao com metais ativos para formar alcxidos.

CO

HH

HH2 + 2 Na C

O Na

HH

H2 + H2

Metanol Metxido de sdio

CO

HH

H

CH3

2 + 2 Na CO Na

HH

2 + H2CH3Etanol Etxido de sdio

299

As bases fortes como hidreto e amideto transformam o lcool em alcxido atravs de uma reao cido-base.

CO

HH

H

CH3

+ Na H CO Na

HH

+ H2CH3

Etanol - cido de LewisEtxido de sdioHidreto de sdiobase de Lewis

CO

H

CH3

+ Na NH2 CO Na

+ NH3

CH3

cido de Lewisbase de Lewis

CH3 CH3CH3 CH3

lcool t-butilico

Amidetode sdio

t-butxido de sdio

A solvatao um parmetro importante na determinao da acidez dos lcoois. Alcxidos volumosos dificultam a solvatao, desta forma, se torna mais fcil conexo de um prton oriundo de uma espcie acida. Sendo assim, o t-butxido uma base mais forte que o metxido. A ordem de basicidade pode assim ser escrita: alcxido tercirio > alcxido secundrio > alcxido primrio > metxido.

CO

H

CH3

CH3 CH3

lcool t-butilico

COCH3

CH3 CH3

t-butxido

CO

H

CH3

CH3

lcool isoproplico

H

CO

H

CH3 lcool etlico

HH

CO

H

lcool metlico

HH

H

lcool tercirio lcool secundrio lcool primrio

COCH3

CH3

isopropxido

H

COCH3

HH

etxido

CO

HH

metxidoH

Acidez crescente

Basicidade crescente

17.3 lcool gerando haloalcano primrio

Os lcoois e teres possuem baixa reatividade quando submetidos a reaes de substituio e eliminao. Isto acontece pelo fato das estruturas do lcool e do ter possurem grupo de sada como -OH e RO- que so bases fortes e, portanto pssimos grupos de sada em uma reao de substituio. Desta forma para que uma reao de substituio ocorra no lcool e no ter preciso melhorar o grupo de sada transformando-o em uma base fraca e para que isto seja possvel a reao tem que ocorrer em meio cido. A presena do cido promove a protonao do lcool e do ter deixando o grupo de sada na forma de gua e de lcool.

300

Primeira etapa: preparao do grupo de sada

OH

H

HH

H- Br

H

HH

OH2 + Br-

lcool lcool protonadocido Base fraca

Como o nuclefilo uma base fraca, nion brometo, a reao lenta e precisa de aquecimento.

Segunda etapa: ataque do nuclefilo pela retaguarda do substrato.

H

HH

OH2Br- Br

H

HH

+ H2O

Nuclefilo atacando o substrato e liberando como grupo retirante a gua que uma base fraca.

Quando o cido clordrico utilizado, o processo se torna mais lento pelo fato do cido clordrico ser o mais fraco da srie de halohidrcidos, isto se deve ao efeito da fora da ligao entre o hidrognio e o halognio, (HI > HBr > HCl ). Para melhorar a velocidade da reao utiliza-se junto com o HCl o catalisador cloreto de zinco, ZnCl2, que por ser um cido de Lewis recebe o par de eltrons do oxignio.

CH3CH2OH + HClZnCl2

CH3CH2Cl + H2O

Na primeira etapa do mecanismo, o cloreto de zinco prepara o grupo de sada.

ZnCl2

CH3H

H

OH

H

HCH3

OH

Zn

Cl

ClOH

ZnCl + Cl-

Par de eltrons do oxignio deslocado para o orbital vazio do zinco.

Substrato com um bomgrupo de sada

CH3H

H

Segunda etapa: ataque do nuclefilo pela retaguarda do substrato.

OH

ZnCl

Substrato com um bomgrupo de sada

CH3

H

H

Cl

Cl

CH3H

H

+ HO ZnCl

Produto

Terceira etapa: recuperao do catalisador.

Cl - Zn - OH + H - Cl Cl - Zn - OHH

Cl

ZnCl2 + H2O

301

Este reagente HCl / ZnCl2 conhecido com o nome de reagente de Lucas e serve para diferenciar a posio da hidroxila na cadeia carbnica atravs do turvamento da soluo do produto formado e pelo tempo de reao. lcool tercirio, mecanismo SN1, a soluo torna-se turva imediatamente. lcool secundrio, mecanismo SN1, a soluo torna-se turva depois de alguns minutos. lcool primrio, mecanismo SN2, a soluo no fica turva. O tipo de reao de substituio depende do lcool. lcool primrio reage com HI,HBr e HCl atravs de mecanismo SN2. lcool secundrio e tercirio fornecem reao SN1. Na reao SN1 forma-se o carboction que pode levar a produto de substituio e eliminao. Sendo que neste caso o produto de eliminao (olefina) reage com o hidrcido presente no meio reacional e forma haloalcano.

17.4 lcool gerando haloalcano secundrio e tercirio

Este mecanismo acontece preferencialmente em lcoois secundrios e tercirios. O mecanismo a seguir mostra a transformao do ciclopentanol em bromociclopentano.

OH+ H - Br

Br

+ H2O

Ciclopentanollcool secundrio Bromociclopentano

Primeira etapa: preparao do grupo de sada.

OH

+ H - BrOH2

+ Br-

Segunda etapa: formao do carboction.

OH2

El+ + H2O

Terceira etapa: conexo do nuclefilo no carboction.

+ + Br-

Br

ER

Produto de eliminao.

B-r

+

H

+ H - BrBr

302

O produto de eliminao ao se formar reage com o cido bromdrico levando a formao do bromociclopropano.

O lcool tercirio reage com o cido bromdrico de forma mais rpida que o lcool secundrio, isto acontece pelo fato do carboction tercirio se formar com mais facilidade que o secundrio. O mecanismo a seguir ser desenvolvido para a reao do lcool tercirio 1-hidrxi-1-metilcicloexano com o cido ioddrico. uma reao rpida por se tratar de um lcool tercirio.

CH3

OHH I

CH3

OH2

lcool tercirio protonado

+ I-

Prxima etapa, a determinante da velocidade da reao, sendo portanto, denominada de etapa lenta. Aqui ocorre a formao do carboction tercirio, intermedirio da reao.

CH3

Carboction tercirio

CH3

OH2

lcool tercirio protonado

E L

Na ltima etapa, o nuclefilo faz a conexo no carboction gerando um haloalcano tercirio cclico.

CH3CH3

I-I

E R

Vamos agora colocar o produto formado na conformao cadeira, e em seguida, avaliar qual a conformao mais estvel. A estrutura I a mais estvel pelo fato da interao 1,3-diaxial entre o iodo e os hidrognios trs e cinco ter menor valor energtico.

I

CH3CH3

IH

HH

H

I I I

303

17.4.1 Rearranjo molecular

Quando o carbono conectado a hidroxila, for vicinal a um carbono tercirio ou quaternrio ocorrer rearranjo molecular.

CH3

OH

Este carbono tercirio, ent ocorrer rearranjo.

OH

CH3

H Br

CH3Br

CH3

Br2 2

2 H2O+

Esta reao leva a formao de dois produtos diferentes, ocasionados pela formao do carboction que passou pelo processo de rearranjo.

Acompanhe o desenvolvimento do mecanismo.

OH

CH3

H Br

H3C

OH2

Primeira etapa, protonao do lcool

+ Br

A protonao do lcool ocorre atravs de uma reao cido-base. O par de eltrons livre do oxignio captura o hidrognio ionizvel do cido bromdrico. Em seguida liberada para o meio reacional a base conjugada nion brometo.

OH2

CH3 H3C

Segunda etapa, formao do carboction. Etapa lenta

H2O +E L

Observe que o carboction formado secundrio e se encontra vizinho a um carbono tercirio, quando isto acontece ocorre o processo de rearranjo com migrao de hidreto, e assim, o carboction secundrio d origem a um tercirio.

CH3 H3CH

Carboction secundrio Carboction tercirio

Rearranjo do carboction

304

Conexo dos carboctions no nuclefilo nion brometo.

H3CCarboction secundrio

Br-

H3C

Br

E R

1- bromo -2- metilcicloexano

H3CCarboction tercirio

Br-

H3C Br

E R

1- bromo -1- metilcicloexano

Conexo do nuclefilo no carboction.

17.5 Reao com o cloreto de tionila.

O cloreto de tionila, SOCl2, tambm tem a finalidade de transformar o grupo hidroxila do lcool em um grupo de sada que possa ser rapidamente deslocado pelo on haleto. Utiliza-se no meio reacional piridina como solvente para evitar a liberao de cido clordrico.

CH3H

H

OH S

O

ClCl

CH3H

H

OH

S

O

ClCl

CH3H

H

OH

S

O

Cl

+ Cl-

O par de eltrons do oxignio faz a conexo no centro eletroflico do enxofre no momento em que os eltrons pi se deslocam para o oxignio.

No momento seguinte os eltrons pi retornam do oxignio para formar novamente a ligao pi com o enxofre expulsando o cloro da estrutura na forma de nion cloreto.

CH3H

H

O

H

S

O

Cl

CH3H

H

O S

O

Cl

Grupo clorosulfito, bom grupo de sada

Base piridina

HN

+

Piridina protonada

Nesta prxima etapa o nuclefilo nion cloreto ataca pela retaguarda liberando o grupo de sada clorosulfito.

305

CH3H

H

O S

O

Cl

Grupo clorosulfito, bom grupo de sada

Cl-

CH3 H

H

Cl + SO2 + Cl-

17.6 Reao com o trialeto de fsforo.

O trialeto de fsforo favorece um melhor rendimento e ao interagir com a hidroxila do lcool forma o grupo de sada halofosfito. A piridina utilizada como solvente.

CH2OHP

Br

Br BrCH2O

H

PBr2

Tribrometode fsforo

N CH2O PBr2

+

HN

Piridina

+ Br

Na prxima etapa do mecanismo, o nuclefilo brometo faz o ataque pela retaguarda em um processo SN2.

PBr2

HH

OBr -

Grupo de sadabromofosfito

HH

Br + -OPBr2

O ataque do nuclefilo brometo promove o deslocamento do grupo de sada bromofosfito, levando a formao do haleto de alquila. Observe novamente o processo no exemplo seguinte.

N

+N

Piridina

+ BrOH

H3C

H H

Br P Br

Br

O

H3C

H HH

PBr2

OPBr2

H3C

H H

H

306

OPBr2

H3C

H H Grupo de sadabromofosfito

Br

CH3

Br

HH

+ OPBr2

17.7 Reao de haloidrina com cido bromdrico

O lcool halogenado, com halognio e hidroxila em posio vicinal, reagem com o acido bromdrico formando dialetos vicinal. Esta reao acontece com reteno de configurao.

Br

OHH CH3

H CH3 Br

CH3H

H

CH3

toroOH2

3 em C-2 toro em C-3

Br

CH3

H

OH H

CH3

CH3

CH3

HO H

H Br

Substrato (2R,3R)- 3 -bromo-2-butanol

R

R

Desenvolvimento do mecanismo.

Br

OHH CH3

H CH323

H - Br

Br

OH2H CH3

H CH323 + Br

Primeira etapa: o cido protona o lcool.

Br

OH2H CH3

H CH3

Participao do bromo no processo de retirada da gua da estrutura.

Br

H CH3

H CH3

+ H2O

O nuclefilo nion brometo promove a abertura do anel de trs membros.

Br

Br

H CH3

H CH3

Br

Br

H CH3

H CH3

Dialeto vicinal2,3-dibromobutano

aa

Produto obtido pelo caminho a

A abertura do anel de trs membros pode ser efetuada pelo caminho (a) e pelo caminho (b), desta forma ocorrer a formao de dois produtos que devem apresentar a configurao do centro quiral diferente. O produto obtido pelo caminho (a) apresenta

307

configurao 2R, 3R , enquanto que, o obtido pelo caminho (b) apresenta configurao 2S,3S. Os dois produtos formam um par de enancimeros ou par d,l.

Br

Br

H CH3

H CH3

Br

HCH3

HCH3 Dialeto vicinal

2,3-dibromobutano

Brb

b

Produto obtido pelo caminho b

O produto 2,3 dibromobutano obtido pelo caminho (a), ser colocado em projeo de Fischer.

Br

H CH3

H CH3 Br

CH3H

H

CH3

toro2

3 em C-2 toro em C-3

Br

CH3

H

H

CH3

CH3

CH3

H

H Br

R

RBr

BrBr

Br

O produto 2,3 dibromobutano obtido pelo caminho (b), ser colocado em projeo de Fischer.

Br

Br

HCH3

HCH3

Produto obtido pelo caminho b

2

3

toro no C-2 CH3

H Br

H CH3

Br

toro no C-3CH3

H Br

H

CH3

Br

CH3

CH3

H Br

Br HSS

O desenvolvimento do mecanismo a seguir ser realizado com o substrato (2R,3S)-3-bromo-2-butanol, o resultado esperado ser (2R, 3S)-2,3-dibromo butano, que um meso-dibrometo.

OH

Br

CH3H

CH3 H

H - Br OH2

Br

CH3H

CH3 H

+ Br

Primeira etapa: protonao do lcool.

Segunda etapa: formao do anel de trs membros.

308

OH2

Br

CH3H

CH3 HBr

CH3H

CH3 H

+ H2O

Terceira etapa: abertura do anel pelo ataque do nuclefilo.

Br

CH3H

CH3 H

Br

Br

a

b

a

Br

CH3 HBr

H CH3

CH3

H Br

CH3

H Br

toro em C-2e em C-3

CH3

CH3

H Br

BrH

Substncia meso

Br

CH3H

CH3 H

Brb

CH3

HBr

CH3

HBr

toro em C-2e em C-3

CH3

CH3

HBr

Br H

Substncia meso

S

Rb

Br

Br

CH3 H

H CH3

17.8 Reatividade dos teres

Os teres tanto quanto os lcoois apresentam baixa reatividade diante da substituio nucleoflica, por esta razo so utilizados como solventes nas reaes orgnicas.So mais facilmente atacados por cidos e resistentes ao ataque de base. O cloreto de tionila e o trialeto de fsforo no servem como ativadores para ter.

CH3 CH2 O CH3CH3 OH / H2O

No ocorre reao

OCH3 / CH3OH

No ocorre reaoNH2 / NH3liq

No ocorre reao

ROR1

17.9 ter gerando haloalcano

A reao de substituio ocorre em presena de hidrcido, que protona o ter promovendo a ativao necessria para a reao ocorrer.

R2OHSN1 ROH + R Carboction secundrio ou tercirioHO

R R1NuSN2 Nu - R + R1OH

309

A reao do ter metlico em presena cido ioddrico segue um mecanismo de substituio nucleoflica bimolecular.

CH3H

H

OCH3 + H - I

CH3H

H

OCH3H+ I

Primeira etapa : protonao do ter.

Ataque do nuclefilo pela retaguarda. Reao SN2.

CH3H

H

OCH3H I

H

HCH3

+ CH3OH

I

No momento em que o grupo de sada abandonar a estrutura importante verificar o tipo de carboction que pode ser formado. Se formar carboction secundrio ou tercirio o mecanismo aps a protonao ser SN1.

CH3

OCH3 + H - I

CH3

OCH3H + I

Protonao do ter.

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

OCH3H + CH3OH

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

Formao de carboction tercirio. Mecanismo SN1.

Conexo do nuclefilo no carboction

CH3

CH3CH3

+ I

CH3

CH3

CH3

I

310

17.10 Preparao de ter

A reao de preparao de um ter conhecida com o nome de sntese de willimson e consiste na reao entre um alcxido ou um fenxido com um halogeneto de alquila.

R O M + R1 X R- O - R1 + M X

CCl

COCH3

HH

CO NaCH3

HH

H

H H

+ C

HH

H+ Na Cl

Etxido de sdioCloreto de metila Etil-metil-ter

CCl

CH3

HH

CH3 Cloreto de etila

O K

Fenxido de potssio

OC

H

H

Etil-fenil-ter

+ KCl

O ter pode ser formado atravs da reao com cido sulfrico em temperatura de 140oC. Nesta temperatura ocorre a desidratao intermolecular.

2 CH3CH2OHH2SO4

140oC CH3CH2OCH2CH3 + H2O

2 CH3CH2OHH2SO4

180oC 2 CH2 = CH2 + 2 H2O

17.11 Nomenclatura de epxidos

O nome usual de um epxido se faz atravs do nome usual do alceno precedido da palavra xido.

O

H2C CH2xido de etileno

O

H2C CHCH3xido de propileno

O

xido de ciclopenteno

A nomenclatura sistemtica do epxido realizada de duas formas. A primeira nomenclatura chama o anel de trs membros de oxirano e considera a posio do oxignio como sendo a 01 do anel.

311

2,3- dietiloxirano

O

2-metil-3-propiloxirano

O

A segunda nomenclatura utiliza o prefixo epxi para indicar os carbonos aos quais o oxignio esta ligado e a cadeia carbnica recebe o nome do alcano correspondente.

OO

1

234

5

3,4-epxi-2-metilexano

61

23

4

5

2,3-epxipentano

Os epxidos so reativos devido tenso angular existente no anel de trs membros.

17.12 Reao de epxidos com haletos de hidrognio

A reao inicia com a protonao do epxido. O par de eltrons do oxignio captura o hidrognio do cido atravs de um processo cido base. O nion brometo base conjugada do acido bromdrico faz a abertura do anel protonado. O produto formado mostra hidroxila e bromo em lados diferentes na molcula. Se o produto for colocado em projeo em cela, a hidroxila e o bromo estaro em posio antiperiplanar.

OCH3

CH3

CH3

H3C

H - Br

OCH3

CH3

CH3

H3C

H

Br

CH3 CH3

Br

OH

CH3CH3

Protonao do epxido Abertura do anelHaloidrina. Bromo e hidroxila em posio antiperiplanar

17.13 Reao de epxido catalisada por cido

A reao em meio cido promove a protonao do epxido que pode ter o anel de trs membros aberto por qualquer nuclefilo fraco tal como lcool e gua.

O H - OH2 OHH

OH2

OH

OH

H

++

+

Epxido protonadoAbertura do anel

lcool protonado

312

OH

OH

H OH2

OH

OH

+ H3O+

+

Produto trans diaxialtrans-1,2-cicloexanodiol

Desprotonao

Quando o anel do epxido contiver substituintes diferentes nas posies dois e trs a reao levar a dois produtos diferentes.

O

H2C CHCH2CH3

CH3OH

H

O

H2C CHCH2CH3

H

+ CH3OH

Protonao do epxido

O produto principal acontece com a abertura do anel pelo carbono menos hidrogenado. O nuclefilo ataca no carbono que contiver carga parcial positiva mais estvel e neste caso ser o que contiver mais ligantes alquilas.

O

H2C CHCH2CH3

H

CH3OH CH3OHab

ab

H2C CHCH2CH3a

b

H2C CHCH2CH3

CH3O - H

OH

OH

CH3O - H

CH3OH

CH3OH

H2C CHCH2CH3

OH

CH3O + CH3OH2

H2C CHCH2CH3CH3O

OH

+ CH3OH2

Produto principal

17.14 Reao de epxido catalisada por base

O mecanismo comea com a base, geralmente um alcoolato, atacando o epxido e provocando a abertura do anel de trs membros.

Depois da abertura do anel, o oxignio fica com carga negativa e recebe um prton do metanol atravs de um processo cido-base.

A base ataca o anel no carbono com menor bloqueio que ser o carbono mais hidrogenado.

313

O

H2C C(CH3)2

CH3O

Ataque da base no carbono menos impedido levando a abertura do anel.

H2C C(CH3)2CH3O

O

CH3 - O - H

CH3OH

H2C C(CH3)2CH3O

O

O composto formado captura um prton do metanol.

H2C C(CH3)2CH3O

OH

1-metxi-2-metil-2-propanol

17.15 Preparao do epxido

A formao do epxido pode ocorrer quando o halogeneto caracterizado como grupo de sada, e o alcxido se encontram na mesma molcula. Esta situao promove uma reao de substituio nucleofilica intramolecular, por ataque dos eltrons situados no oxignio ao carbono conectado ao halognio.

O substrato em projeo cela estrelada foi colocado em projeo de Fischer. Como o -Br e o ONa esto voltados para o mesmo lado na projeo de Fischer, so denominados de estereoismero eritro.

CH3

CH3H

H Br

ONa

Estereoismero (2S, 3R)

toro em C-2e C-3

CH3

Br H

ONa

CH3

H

CH3

CH3

Br H

NaO H

R

S

Projeo de Fischer

Cela estrelada

Cela eclipsada

Estereoismero eritro

Desenvolvimento do mecanismo SN2 intramolecular.

CH3

CH3H

H Br

ONa

Estereoismero (2S, 3R)CH3

CH3H

H

O

trans-2,3-dimetil-oxirano

+ Na Br

O estereoismero ( 2R,3R) leva a formao do cis-2,3-dimetil-oxirano. O -Br e o ONa esto voltados para lados diferentes da molcula em projeo de Fischer, so denominados de estereoismero treo.

314

CH3

CH3H

H Br

ONa

Estereoismero (2R, 3R)

toro em C-2e C-3

CH3

Br H

ONa

CH3

H

CH3

CH3

Br H

H

R

Projeo de Fischer

Cela estrelada

Cela eclipsada

ONaR

Estereoismero treo

CH3

CH3H

H Br

ONa

Estereoismero (2S, 3R)CH3

CH3H

H

O

cis-2,3-dimetil-oxirano

+ Na Br

O epxido pode tambm ser obtido atravs da reao entre um percido orgnico e um alceno. Os percidos orgnicos so espcies eletrofilicas e reagem com maior velocidade com alcenos que trazem na estrutura quatro substituintes alquila.

R R1

R1R

OO C

R2

HO

R R1

R1R

O O CR2

HO

+

Alceno com quatrosubstituintes alquila

Epxido cido carboxlico

H3C CH3

CH3H3C

OO C

CH3

HO

H3C CH3

CH3H3C

O O CCH3

HO

+

Alceno com quatrosubstituintes alquila Epxido

cido carboxlico