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Capítulo | 6 Aldeídos e Cetonas |. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila : Uma Vitamina Muito Versátil, Piridoxina (Vitamina B,) O fosfato de piridoxal (sigla em inglês, PLP) está no âmago da química realizada por uma série de enzimas. Muitos de nós conhecem a coenzima fosfato de piridoxal através da vitamina bastante relacionada aquela obtida em nossa dieta — piridoxina ou vitamina B,. O trigo é uma boa fonte alimentar de vitamina B,. Embora o fosfato de piridoxal seja um membro da família dos aldeídos, quando ele está envolvido em química biológi- ca, costuma conter um grupo funcional bastante relacionado, o qual contém uma ligação dupla carbono-nitro- gênio, denominada imina. Estudaremos aldeídos, iminas é grupos relacionados no decorrer deste capítulo. q H fo) Ca no com É AO HO—CH, H a FC | H Fosfato de Piridoxal Piridoxina Entre as reações enzimáticas que envolvem o PLP incluem-se as transaminações, que convertem amino dos em cetonas para o uso no ciclo do ácido cítrico e em outras rotas; as descarboxilações de aminoácidos, para a biossíntese de neurotransmissores, como histamina. dopamina é serotonina; e as racemizações de estereocentros de aminoácidos, tais como as necessárias à biossíntese de paredes celulares em bactérias. Transaminação [o] I pesa ou Fteemivasão H NH, Hj Um O Réeitonlaão de H Ra R É +» H NE Em todas estas reações, assim como em inúmeras outras, a função essencial do PLP é estabilizar um carbânion intermediário, atuando como um atrator de densidade eletrônica. Os detalhes destas transformações são deseri- tos posteriormente neste capítulo em “A Química do Fosfato de Piridoxal” (ver Seção 16.8). Todas as reações do PLP são excelentes exemplos de como os processos biológicos exemplificam a química orgânica em ação. 2 Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 16.1 Introdução 16.9 A Adição do Ácido Cianídrico 16.2 Nomenclatura dos Aldeídos e Cetonas 16.10 A Adição de Ilídeos: A Reação de Wiftig 16.3 Propriedades Físicas 16.4 Síntese de Aldeídos 16.5 Síntese de Cetonas 16.11 A Adição de Reagentes Organometálicos: A Reação de Reformatsky 16.12 Oxidação de Aldeídos e Cetonas 166 Adição Nucleofílica à Ligação Dupla Carbono-Oxigênio 16.13 Análises Químicas para Aldeídos e Cetonas 16.7 A Adi o de Áleoois: Hemiacetais e Acetais 16.14 Propriedades Espectroscópicas de Aldeídos e Cetonas 16.8 A Adição de Derivados de Amônia 16.1 INTRODUÇÃO + Com exceção do formaldeído, o aldeído mais simples, todos os aldeídos possuem um grupo ) 9 % ] | carbonila, AS ligado de um lado a um carbono e do outro lado a um hidrogênio, Nas cetonas, o ! grupo carbonila situa-se entre dois átomos de carbono. (o) (o) (0) lo od : Td ca H R Pia H R Pie R' RCHO RCOR' Formaldeído Fórmula Gera! Fórmula Geral para Aldeído para Cetona Embora os capítulos anteriores tenham nos dado uma noção da química dos compostos com carbonila, iremos agora abordar sua química detalhadamente. A razão para isso é que a química do grupo carbonila é essencial para a química da maioria dos capítulos subsegiientes. Neste capítulo, nossa atenção será concentrada na preparação dos aldeídos e cetonas, em suas propriedades físicas e, em especial, nas reações de adição nucleofílica que ocorrem em seus grupos carbonila, No Cap. 17, estudaremos a química dos aldeídos e cetonas que resulta do caráter ácido dos átomos de hidrogênio ligados aos carbonos adjacentes aos grupos carbonila. 16.2 NOMENCLATURA DOS ALDEÍDOS E CETONAS No sistema IUPAC, os aldeídos e cetonas alifáticas são nomeados substitutivamente, trocando-se o final o do nome do alcano correspondente por al. Uma vez que o grupo aldeído estará no final da cadeia carbônica, não há necessidade de indicar sua posição. Quando outros substituintes estão pre- sentes, entretanto, dá-se ao carbono do grupo carbonila a posição 1. Muitos aldeídos também possu- em nomes comuns; estes são apresentados aqui entre parênteses. Estes nomes comuns são derivados dos nomes comuns dos ácidos carboxílicos correspondentes (Seção 18.2A), e alguns deles são man- tidos pela IUPAC como nomes aceitáveis. Os aldeídos, cujo grupo —CHO é ligado a um sistema cíclico, são nomeados substitutivamente adicionando-se o sufixo carbaldeído. Seguem-se alguns exomplos: so) 4 OL OR É N % o H Benzenocarbaldeído | Cicloexanocarbaldeído 2-Naftalenocarbaldeído (benzaldeído) 4 Aldeídos e Cetonas L. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Problema 16.2» — Qual dos compostos em cada um dos pares listados têm o ponto de ebulição mais elevado? (Responda ao problema sem consultar tabelas) (a) Pentanal ou 1-pentanol (b) 2-Pentanona ou 2-pentanol (c) Pentano ou pentanal (d) Acetofenona ou 2-feniletanol (e) Benzaldeído ou álcool benzílico O átomo de oxigênio do grupo carbonila permite que as moléculas dos aldeídos e cetonas formem ligações de hidrogênio fortes com moléculas de á água, Consegilentemente, os aldeídos e cetonas de baixo peso molecular apresentam solubilidades apreciáveis em água. A acet acetaldeído são solúveis. em água em todas as proporções. o As propriedades físicas de alguns aldeídos e cetonas comuns estão listadas na Tabela 16.1. Alguns aldeídos aromáticos obtidos a partir de fontes naturais apresentam fragrâncias bastante agradáveis. Alguns deles são os seguintes: cHO Benzaldeído ánilica Salicilaldeído (das amêndoas amargas) (do grão da baunilha) (da ulmária) 7 CHO [ge >H H p Cinamaldeído o—CH, (da canela) Piperonal (feito a partir do safrole; odor de heliotrópio) Tabela 16.1 Propriedades Físicas dos Aldeídos e Cetonas Solubilidade Fórmula Nome PÉ CC) pe (ºC) em Água HCHO Formaldeído — 92 =, Muito solúvel CH,CHO Acetaldeído = RES pal o CH,CH.CHO Propanal -81 49 Muito solúvel CH(CH,,CHO Butanal =90 76 Solúvel CHXCH.),CHO Pentanal <= 85 102 Pouco solúvel CH(CH,),CHO Hexanal -51 131 Pouco solúvel CH CHO Benzaldeído 26 178 Pouco solúvel C,H,CH,CHO Fenilacetaldeído 33 193 Pouco solúvel CH,COCH, Acetona —95 56,1 Ea CH,COCH,CH, Butanona — 86 79,6 Muito solúvel CH;COCH,CH,CH, 2-Pentanona =74 102 Solúvel CH.CH,COCH.CH, 3-Pentanona =39 102 Solúvel CH,COCH, Acetofenona pal 202 Insolúvel C;H,COCH, Benzofenona 48 306 Insolúvel 16.4 SÍNTESE DE ALDEÍDOS 16.4A Aldeídos por Oxidação de Álcoois |º Aprendemos na Seção 12.4A que os estados de oxidação dos aldeídos estão entre os dos álcoois primários e dos ácidos carboxílicos; e que os aldeídos podem ser preparados a partir dos álcoois pri- mários por oxidação com clorocromato de piridínio (PCC): Aldeídos e Cetonas T. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 5 fo) fo) [9] l toy I R—CH,OH EER—C—H EE R-C—OH Áleool 1º Aldeído Ácido carboxílico CHNH*CIO CI (PCC) Il = R-—CH,OH er R—C—H Álcool 1º Aldeído Um exemplo desta síntese de aldeído é a oxidação do 1-heptanol a heptanal: C.HNH+CrO,CI- a cH(cH.cHoH SERES CCO, ch(cH).CHO 1-Heptanol . Heptanal (93%) 16.4B Aldeídos por Redução de Cloretos de Acila, Esteres e Nitrilas Teoricamente, deveria ser possível preparar aldeídos por redução de ácidos carboxíticos. Na prá- tica isto não é possível, pois o reagente normalmente utilizado para reduzir diretamente um ácido carboxílico é o hidreto de alumínio e lítio (LiAIH, ou LAH) e, quando um ácido carboxílico é tratado com LAH, ele é reduzido completamente ao álcool primário. Isto ocorre porque o LAH é um agente tedutor poderoso e porque os aídeídos são muito facilmente reduzidos. Qualquer aldeído que por- ventura seja formado na mistura reacional é imediatamente reduzido pelo LAH ao álcool primário. (Não adianta usar uma quantidade estequiométrica de LAH, pois assim que as primeiras poucas mo- léculas de aldeído são formadas na mistura, haverá ainda bastante LAH não-reagido presente, o qual irá reduzir o aldeído,) ] LiAlH, ] LiAtH, . ss R— AN E A “a + R—cH,0H R OH R Ácido carboxílico Aldeído Áleool 1º O segredo para ser bem-sucedido aqui é não usar o ácido carboxílico propriamente, mas sim um derivado do ácido carboxílico que seja mais facilmente reduzido e usar um derivado do hidreto de alumínio que seja menos reativo que o LAH. Nós estudamos os derivados dos ácidos carboxi- licos em detalhes no Cap. 18, mas basta dizer aqui que os cloretos de acila (RCOC!), ésteres (RCO;R9 e nitrilas (RCN) são todos facilmente preparados a partir dos ácidos carboxílicos, e que são todos mais facilmente redutíveis. (Os cloretos de acila, ésteres e nitrilas têm todos o mesmo estado de oxidação que os ácidos carboxílicos, Convença-se disso aplicando os princípios que você aprendeu no Problema 12.1.) Dois derivados do hidreto de alumínio que são menos reativos que o LAH (em parte, por serem muito mais impedidos estericamente e, portanto, terem dificuldade em transferir os íons hidreto) são o hidreto de tri-terc-butoxialumínio e lítio e o hidreto de diisobutil- alumínio (DIBAL-H). cH, CH.CHCH, OC(CH), = ] Pad Al ia? Li* [H—AI—OC(CH), H CH,CHCH, OC(CH), cH, Hidreto de tri-terc- Hidreto de diisobutilalumínio butoxialumínio e lítio (abreviado i-Bu,AIH ou DIBAL-H) Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Li E P AMIOCCHo; RCE As —+ a AHOCCH) | — — Reila :€) A transferência de um íon Agindo como ácido de Lewis, hidreto para o carbono da o átomo de alumínio aceita um carbonila leva a redução. par de elétrons do oxigênio. & —AMOCCH):); PO ANOC(CH a; Ê R—C—H Lit O, | pc HO rd EQ] N :C H H Este intermediário perde um íon cloreto com auxílio de um par de elétrons do oxigênio. A adição de água causa a hidrólise deste complexo de alumínio, produzindo o aldeído. (Várias etapas estão envolvidas). do grupo — Aldeídos a partir de Ésteres e Nitrilas: RCO,R' > RCHO e RC=N — RCHO Tanto os ésteres quanto as nitrilas podem ser reduzidos a aldeídos usando-se DIBAL-H. Devem ser usadas quantidades controladas dos reagentes, para evitar super-redução, e a redução dos ésteres deve ser realizada sob baixas temperaturas. Ambas as reduções resultam na formação de um intermediário relativamente estável, pela adição de um íon hidreto ao carbono da carbonila do éster ou ao carbono =N da nitrila. A hidrólise de intermediário libera o aldeído. Esquematicamente, as reações podem ser visualizadas da seguinte forma. Um Mecanismo para a Reação Redução de Éster a Aldeído Ô “Arda a H :OR' O átomo de alumínio aceita um par de elétrons do átomo de oxigênio da carbonila na reação de ácido-base de Lewis. A transferência de um íon hidreto para ocarbono da carbonila leva a sua redução. 6) AEB O—AI(-Bu), E — R=G Sor H H Este intermediário perde um íon alcóxido com o auxílio de um par de elétrons do oxigênio. A adição de água causa a hidrólise deste complexo de alumínio, produzindo o aldeído. (Várias etapas estão envolvidas.) 8 Aldeídos e Cetonas L. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Um Mecanismo para a Reação Redução de Nitrila a Aldeído [E R—c=N AB), — *AEBo),| — | Ro] H H O átomo de alumínio aceita um A transferência de um íon par de elétrons da nitrila na hidreto para o carbono da reação de ácido-base de Lewis. nitrila leva a sua redução. N õ: 4 AXi-Bup / —c LO, p É N N H H A adição de água causa a hidrólise deste complexo de alumínio, produzindo o aldeído. (Várias etapas estão envolvidas.) A seguir são apresentados exemplos específicos que ilustram essas sínteses. OAI(i-Bu), o | - | cH(CH, Cont — at 4 CHLCEÇÃ Eº, cH(CH)CH bexamo, — PRC Ê ue (88%) NAI(-Bu), o À (Bu, AH , EO | CH,CH=CHCH,CH,CH,C=N o» CH;CH=CHCH,CH,CH,CH > CH,CH=CHCH,CH,CH,CH Probl 163» ” E as POMNEAS Mostre como você sintetizaria o propanal a partir de: (a) 1-propanol e (b) ácido propiônico (CH;CH,CO,H). 16.5 SÍNTESE DE CETONAS 16.5A Cetonas a partir de Alcenos, Arenos e Álcoois 2º Vimos três métodos de laboratório para a preparação de cetonas nos capítulos anteriores. 1. Cetonas (e aldeídos) por ozonólise de alcenos (discutida na Seção 8.114). R KR K Mo, +, = =0 + 0= /£ & 2) Z2n,H0 £ o+0 E Rº H R' H Cetona Aldeído 2. Cetonas a partir de arenos por acilação de Friedel-Crafis (discutida na Seção 15.7). o I ArH+R—C—Cl Alternativamente, | AtH + Ar—C—CI AICI, | —E +» AT—C—R + HCl Uma alquil aril cetona ACI, I — + Ar—C—Ar + HCl Uma diaril cetona 10, Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Quando o etino sofre adição de água, o produto é um aldeído. H H non Hgso, A Ed | H—C=C-H+HO +» C=c€, —+ H—C—E Hs0, | 20 NS LS H 0H. HO Etino Etanal (acetaldeído) Este método tem sido importante na produção comercial de etanal. Dois outros métodos de laboratório para a preparação de cetonas baseiam-se no uso de compostos organometálicos, conforme discutido a seguir. 16.5€ Cetonas a partir de Dialquilcupratos de Lítio Quando uma solução de um dialquilcuprato de lítio em éter é tratada com um cloreto de acila a =78ºC, o produto é uma cetona. Esta síntese de cetonas é uma variação da síntese de alcanos de Corey-Posner, Whitesides-House (Seção 12.9). Reação Geral o / / RCuli + R'—C —>» R'—C +RCu+Licl N N R Dialquilcuprato Cloreto Cetona de lítio de acila Exemplo Específico o o / RC ' Co +CHycuio» + CH,Cu + LiCl 4 cl cH, (81%) Cloreto de 1-Cicloexiletanona cicloexanocarbonila (Cicloexil metil cetona) 16.5D Cetonas a partir de Nitrilas Tratando-se uma nitrila (R—C=N) com um reagente de Grignard ou com um reagente de organolítio, seguido de hidrólise, gera-se uma cetona. Reações Gerais No MgX* o = y / Ho! / a RCSN+R'—MgX —+» R—Q HERO enHr+ Mp sx R' R' N- Li! o Re is / no! TÁ . R-CESN+R'—Li—» REG + ROO + NH + R' R O mecanismo para a etapa de hidrólise ácida é o inverso daquele que estudaremos na formação de iminas na Seção 16.8. Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nueleofílica ao Grupo Carbonila 11 Exemplo Específico o d . 0) ELO / CH=C=K + CHCHCH,CH,Li SS + CH —C CH,CR,CH,CH, (1) ELO / CHCH=C=N + CHMgBr to» CHÇH—C CH, cH, CH, 2-Cianopropano 2-Metil-1-fenilpropanona (Isopropil fenil cetona) Embora uma nitrila tenha uma ligação tripla, a adição dos reagentes de Grignard ou lítio ocorre apenas uma vez. À razão: se a adição ocorresse duas vezes, haveria uma carga negativa dupla no nitrogênio. ass pu preto R—C a Eliy, o R-Ç—R R' R' (O diânion não se forma.) > Exemplo Hustrando uma Síntese com Múltiplas Etapas Tendo o 1-butanol como o único composto orgânica de partida, esquematize a síntese da 5- nonanona. Resposta A 5-nonanona pode ser sintetizada pela adição de brometo de butilmagnésio à seguinte nitrila. Análise Il ; E GHCHLCHL CH, € = CH,CH/CH.CH ==> CH CH CH CIA, Cm O + BrMg--CH,CH.CHLCH, Síntese f a | CH,CHICH,CH.C=N + CH,CH,CH,CH MgBr mic CH(CH).C(CH),CH, É 5-Nonanona A nitrila pode-ser sintetizada a partir de brometo de butila é cianeto de sódio, em umareação Sy2. CH,CH,CH,CH,Br + NaN —» CH,CHLCH,CH,C==N + NaBr O brometo de butila pode ser usado também para preparar O reagente de Grignard. É CH.CH,CH,CH,Br + Mg Txor CH.CH,CH,CH,MgBr E, finalmente, o brometo de butila pode ser preparado à partir do 1-butanol. CH,CH,CH,CH,OH =» CH.CH.CH,CH,Br Problema 16.4 >» — Quais reagentes você usaria para realizar cada uma das reações seguintes? (a) Benzeno —> bromobenzeno — brometo de fenilmagnésio — álcool benzílico — benzaldeído (b) Tolueno — ácido benzóico — cloreto de benzoíla — benzaldeído (c) Brometo de etila > 1-butino — butanona Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonifa 13 Um Mecanismo para a Reação Adição de um Nucleófilo Forte:a um Aldeído ou uma Cetona ts Fa Nu Nu Aê ho 0H +:Nu- R R Intermediário Produto tetraédrico tetraédrico Nesta etapa, o nucleófilo forma Nesta etapa, o oxi Rr uma ligação-com o carbono por ser for doando um par de elétrons”, remove um próton do H-Nu Um par de elétronsse, 4 ou de algum outro ácido. desloca para o oxigênio. Neste tipo de adição, o nucleófilo usa seu par de elétrons para formar uma ligação com o átomo de carbono da carbonila. Quando isto acontece, o par de elétrons da ligação 77 carbono-oxigênio des- loca-se parao átomo de oxigênio da carbonila e o estado de hibridização do carbono muda de sp? para sp”. O aspecto importante desta etapa é a.capac mo de oxigênio da carbonila de acomodar o par de elétrons da ligação dupla carbon: Na segunda etapa, o átomo de oxigênio aceita'um próton. Isto ocorre porque o átomo de oxigênio está agora jmuito mais básica; ele possui uma carga negativa inteira, sendo um ânion alcóxido. 2. Um segundo mecanismo geral que opera nas adições nucleofílicas às ligações duplas carbono- oxigênio é um mecanismo catalisado por ácido. Um Mecanismo para a Reação Adição Nucleofílica Catalisada por Á. Ácido/a Aldeído ou Cetona Etapa 1 “uma tom, 1570 Ca ss coóu+e» Cc-ón|+A: Ra A RT esq e mm) Nesta etapa, um par de elétrons do oxigênio da carbonila aceita um próton do ácido s ssocia om um ácido de E Tenis); DR u tion gxônio. o dn de um Na primeira destas duas etapas, o cátion oxônio admite o par de elétrons do nucleófilo. Na segunda etapa, a base remove um próton do átomo carregado positivamente, regenerando o ácido. 14 aldeídos e Cetonas T. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila O Qualquer composto que contém um átomo de oxigênio carregado positivamente que forme três ligações covalentes é um cátion oxônio. Problema 16.5 > Este mecanismo ocorre quando compostos carbonílicos são tratados com ácidos fortes na presença de nucleófilos fracos. Na primeira etapa, o ácido doa um próton a um par de elétrons do átomo de oxigênio da carbonila. O composto resultante da carbonila protonada, um cátion oxônio, é altamente reativo frente a ataques nucleofílicos no átomo de carbono da carbonila, pois este carrega mais carga positiva do que no composto não-protonado. 16.6A Reversibilidade das Adições Nucleofílicas à Ligação Dupla Carbono-Oxigênio Muitas adições nucleofílicas a ligações duplas carbono-oxigênio são reversíveis; o resultado glo- bal destas reações depende, portanto, da posição de um equilíbrio. Este comportamento contrasta mar- cadamente com a maioria das adições eletrofílicas a ligações duplas carbono-carbono e com as subs- tituições nucleofílicas em átomos de carbono saturados. Estas últimas reações são essencialmente irreversíveis e os resultados globais são função das taxas relativas de reação. 16.6B Reatividade Relativa: Aldeídos versus Cetonas Em geral, os aldeídos são mais reativos em substituições nucleofílicas do que as cetonas. Tan- to fatores estéricos quanto eletrônicos favorecem os aldeídos: sendo um dos grupos o pequeno átomo de hidrogênio, o átomo de carbono central do produto tetraédrico formado a partir de um aldeído é menos populoso e o produto é mais estável. A formação de produto é, portanto, favorecida no egui- líbrio. Com as cetonas, os dois substituintes alquílicos de carbono da carbonila provocam um maior impedimento estérico no produto tetraédrico, tornando-o menos estável. Portanto, uma menor con- centração de produto está presente no equilíbrio. Uma vez que os grupos alquila são liberadores de elétrons, os aldeídos são também mais reativos do ponto de vista eletrônico. Os aldeídos têm apenas um grupo liberador de elétrons para neutrali- zar parcialmente e, portanto, estabilizar a carga positiva em seu átomo de carbono da carbonila. As cetonas têm dois grupos liberadores de elétrons e são mais estabilizadas. Uma maior estabilização da cetona (o reagente) em relação ao seu produto significa que a constante de equilíbrio para a formação do produto tetraédrico a partir de uma cetona é menor e a reação é menos favorável. os o” A A RZ HW R7 Ep Aldeído Cetona carbono da carbonila O carbono da carbonila é mais positivo. é menos positivo. ê Nesse aspecto, também, substituintes retiradores de elétrons (e.g., grupos —CF, ou —CCl;) tor- Jnam o carbono da carbonila mais positivo (e o composto inicial torna-se menos estável), favorecen- (do as reações de adição. 16.6C Reações Subseqientes dos Produtos de Adição A adição nucleofílica a uma dupla ligação carbono-oxigênio pode levar a um produto que seja estável nas condições reacionais que empregamos. Se for este o caso, seremos então capazes de iso- lar produtos com a seguinte estrutura geral: R Nu Ea / E R oH Em outras reações, o produto formado inicialmente pode ser instável e sofrer espontaneamente reações subseqgiientes. Mesmo que o produto de adição inicial seja estável, entretanto, podemos de- liberadamente realizar uma reação subsequente pela modificação das condições de reação. Quando começarmos nosso estudo sobre reações específicas, veremos que uma reação subsegiente comum é a-reação de eliminação; EM Especial-a desidratação: A reação de um aldeído ou cetona com um reagente de Grignard (Seção 12.8) é uma adição nucleofílica à ligação dupla carbono-oxigênio. (a) Qual é o nucleófilo? (b) A parte do magnésio do 16 Atacídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila mas esta prática não é mais recomendada pela IUPAC, A forma preferida é chamá-los também de hemiacetais. duas clapas para outra molécula de áleoo! leva ao hemiacetal. Lo Cetona Hemiacetal A formação de hemiacetais é catalisada por ácidos e bases. Um Mecanismo para a Reação Formação de Hemiacetal Catalisada por Ácido RNA . C=0, +HHO—R' += O—R' ++ Per I R (R” pode ser H) Uma molécula de álcool é adicionada A protonação do átomo ao carbono do cátion oxônio. de oxigênio do aldeído au cetona torna o carbono da carhonila mais suscetível H ao ataque nueleofílico. EA Sm TO álcool protonado R' —çoO q :0—R' resulta da reação do álcool Pléo cm H E t (presente em excesso) R'-C—-O—HESR—C—OH+H—O—R' com o catalisador ácido, e.g, HCL] R k H A transferência de um próton do oxigênio positivo Um Mecanismo para a Reação Formação de Hemiacetal Catalisada por Base R'—O: a R'—O: RR [| . >uSor “ <> REG .———& qo + Co R R (R” pode ser H) Onion alcóxido abstrai um próton Um ânion alcóxido, agindo da molécula de álcool para produzir o como um nucleófilo, ataca hemiacetal é regenerar o ânion alcóxido. é átomo de carbono da carbonila. Um par de elétrons se desloca para o átomo de oxigênio, produzindo um noxo ânion alcóxido. =] Hidratos de Aldeídos: Gem-Dióis A dissolução de um aldeído tal como o acetaldeído em água resulta no estabelecimento de um equilíbrio entre o aldeído e seu hidrato. Este hidrato é na verdade um 1,1-diol, chamado gem-diol. HC HC. OH Cecormots SÉ Es ? /N H nº “o—H Acetaldeído Hidrato (um gem-diol) Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 17 O gem-diol resulta da adição nucleofílica de água ao grupo carbonila do aldeído: Um Mecanismo para a Reação Formação do Hidrato HC e o: las n tm Nesta ctapa, a água ataca o átomo Em duas ctapas de carbono da carbonila. intermoleculares, um próton é perdido pelo átomo de oxigênio positivo e um próton é ganho pelo átomo de oxigênio negativo. Problema 16.7 > Problema 16.8 > O equilíbrio para a adição de água à maioria das cetonas é desfavorável, enquanto alguns aldeídos (por exemplo o formaldeído) existem preponderantemente como gem-dióis em solução aquosa. Não é possível isolar a maioria dos gem-dióis da solução aquosa na qual são formados. A evapo- ração da água, por exemplo, simplesmente desloca o equilíbrio global para a direita e o gem-diol (ou hidrato) reverte-se ao composto carbonílico. R, oH R AN destilação PN H oH H Compostos que possuem grupos retirantes fortes de elétrons ligados ao grupo carbonila podem for- mar gem-dióis estáveis. Um exemplo é o composto chamado hidrato de cloral. N C=0 + H,0 Cie. OH REA Ed A H oH Hidrato de cloral A dissolução de formaldeído em água produz uma solução contendo predominantemente o gem- diol, CH(OH),. Mostre as etapas de sua formação, a partir do formaldeído. Quando se dissolve acetona em água que contém !*O ao invés de !*O comum (i.e., H,O ao O invés de H,!0), a acetona logo começa a adquirir “O e se torna CH,CCH,. A formação desta acetona com oxigênio marcado é catalisada por traços de ácidos fortes e por bases fortes (e.g.. 0H”). Mostre as etapas que explicam tanto a reação catalisada por ácido quanto a catalisada por base. 16.7B Acetais Se passarmos uma solução alcoólica de um aldeído (ou cetona) em uma pequena quantidade de HC] gasoso o hemiacetal se forma; então, acontece uma segunda reação. O hemiacetal reage com um outro equivalente molar de álcool, produzindo um acetal (às vezes chamado de cetal). Um acetal possuí dois grupos — OR ligados ao mesmo átomo de carbono. oH OR" I HCl, R—-C—OR e, R-C—OR' +H,O R—0H pr R” Hemiacetal (R” pode ser H) Um acetal (R” pode ser H) Problema 16.10 > É» vs condições de equilíbrio mesrolam a formação é a listrólise dos hemiacetais e esais. Problema 16.11 > srupos protetores são rramentas estratégicas sara síntese. Aldeídos e Cetonas L. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 19 Escreva um mecanismo detalhado para a formação de um acetal a partir do benzaldeído e do metanol, em presença de catalisador ácido. Todas as etapas da formação de um acetal a partir de um aldeído são reversíveis. Se dissol- vermos um aldeído em grande excesso de um álcool anidro e adicionarmos uma pequena quantidade de um ácido anidro (e.g., HCI gasoso ou H,SO, concentrado), o eguilíbrio favorecerá fortemente a formação -de um álcool. Após estabelecido o equilíbrio, podemos isolar o acetal neutralizando o áci- do e evaporando o excesso de álcool. Se colocarmos então o acetal em água e adicionarmos uma pequena quantidade de ácido, todas as etapas se invertem. Nestas condições (excesso de água), o equilíbrio favorece a formação do aldeído. O acetal sofre hidrólise. Ro OR RN à n,o+ | A tHOTES"R-C—H +2R'OH H OR' clapas) Acetal Aldeído A formação do acetal não é favorecida quando cetonas são tratadas com álcoois simples e HCI gasoso. Entretanto, a formação de acetais cíclicos é favorecida quando uma cetona é tratada com excesso de um 1,2-diol e traços de ácido. KR HOCH, H,o* R [Pim cu R /— + I MA + HO C R HOCH, R och, 3 Cetona (excesso) Acetaleíclico - Esta reação pode ser revertida, tratando-se o acetal com um ácido aquoso. R! ai Rº E RR HO* SN CH,0H o +HO E ao Es /N R “o—-cH, R om Esboce todas as etapas do mecanismo de formação de um acetal cíclico a partir de acetona é etileno glicol, em presença de HCI gasoso. 16.7C Acetais como Grupos de Proteção Embora os acetais sejam hidrolisados a aldeídos e cetonas em ácidos aquosos eles são estáveis em solu es básicas. OH” c + H,O >» não há reação Devido a esta propriedade, os acetais nos dão um método conveniente para proteger grupos aldeído ecetona de de reações inde indesejadas e olus básicas. (Os acetais são de fato gem-diéteres e, como os éteres, são relativamente não-reativ es.) Podemos converter um aldeído ou cetona em acetal, realizar uma reação em outra parte qualquer da molécula e, então, hidrolisar o acetal com ácido aquoso. Como exemplo, consideremos o problema de converter o Il o. CoCH, [o cH,0H Tm Oy A B 2” Aldeídos e Cetonas T. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Os grupos ceto são mais facilmente reduzidos do que os grupos ésteres. Qualquer agente redutor (e.g LiAIH, ou H,/Ni) que possa reduzir o grupo éster de A reduz o grupo ceto também. Mas, se “prote 'germos” o grupo ceto convertendo-o em um acetal cíclico (o grupo éster não reage), podemos redv zir o grupo éster em solução básica sem afetar o acetal cíclico. Após terminarmos a redução do éste; podemos hidrolisar o acetal cíclico e obter nosso produto desejado B. f í o coc,H, NA fes COC,H, (1 Lialh, —————+» + Tr Hocu,cHon O ELO (2) HO o CHOH mo* O. CH,0H A Problema 16.12 » Que produto seria obtido se A fosse tratado com hidreto de alumínio e lítio, sem que fosse conver- tido antes a um acetal cíclico? Problema 16.13 » (a) Mostre como você poderia usar um acetal cíclico para realizar a seguinte transformação: qn (o) CO;CH, o. ccH, pd ditada di cH, A c (b) Por que uma adição direta de brometo de metilmagnésio a A falharia em dar [04 Problema 16.14» A dihidropirona reage rapidamente com um álcool em presença de traços de HC] anidro ou Ho, formando um éter tetrahidropiranílico (THP). O) et (O (o) OR (o) Diidropirano Éter tetrahidropiranílico (a) Escreva um mecanismo plausível para esta reação. (b) Os éteres tetrahidropiranílicos são estáveis em solução aquosa básica, mas se hidrolisam rapidamente em solução aquosa ácida, gerando o álcool original e um outro composto. Explique. (Qual é o outro composto?) (c) O grupo tetrahidropiranílico pode ser usado como grupo protetor para álcoois e fenóis. Mostre como você - -pode usá-lo em uma síntese de 5-metil-1,5-hexanodiol, partindo de 4-cloro-1-butanol. ? RS SR 16.7D Tioacetais —C— —» —c— Os aldeídos e cetonas reagem com tióis formando tivacetais: R, R< 5S—CH,CH o De fis C=0 + 2CH,CHSH —>» C + HO / EE A H HW “s—cH,CH, Tioacetal RN E RO SH C=0 + HSCH,CHSH— > “Cc + HO Pá Peg R' R' S—cH, Tioacetal cíclico 
