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:

CH3 CH

CH3

CH2OH CH3 CH

OH

CH2CH3

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

CH3 OH

Reactividade

Dado que o grupo hidróxido é uma mau grupo abandonante, os álcoois não são reactivos nas reacções de substituição nucleofilica e eliminação.

Baseforte

Não há reacção em nenhum caso

Grupo abandonante fraco

SN1

SN2

Reacções de substituição dos álcoois

R OH R+ + HO-XR OH RNu + HO-XNu

A situação melhora em condições ácido. O grupo abandonante transforma-se num grupo neutro.

neutro

Reacções de substituição dos Álcoois

R OH

H+

ORH

H

Nu-

Nu R + OH

H

R+Nu-

Nu R

- H2Oneutro

Exemplos

HOHI

I + H2O

cyclohexanol iodocyclohexane

OHHCl

Cl + H2O

1-propanol 1-chloropropane

Mecanismo de Substituição Álcoois secundários e terciários sofrem reacção de

substituição SN1.

OHH3C

H3CH3C BrH

OH3C

H3CH3C H

H

CH3

H3C CH3

CH2

H3C CH3

Br- HBr

Br

carbocation

tert-butanol

tert-butyl chloride

- H2O

Mecanismo de Substituição Álcoois primários sofrem reacção SN2. Carbocatiões primários

são muito instáveis para se formarem.

OH1-butanol

BrHOH

H

Attack from back-side

OH

H

Br

Br1-bromobutane

- H2O

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

H3O+ Br-

R O H R O H

HR Br

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.

H3C

CH3

OH H2SO4

H3CHC CHCH3 + H2O

A presença do ácido é essencial para converter o fraco

grupo abandonante OH– em um bom grupo abandonante

H2O.

Eliminação O primeiro passo é a protonação do grupo hidroxilo.

H3C

CH3

OH H2SO4

H3C

CH3

OH

H

H3C

CH3

OH

H - H2O H3C

CH3

A perda de água conduz à formação do carbocatião.

Eliminação Segundo, a base remove o protão centro de

carbocatião.

H3C

CH3H H

OSO3H

H3CHC CHCH3

+H2SO4

Esta reacção é uma E1.

O passo determinante da reacção é a formação do carbocatião.

Eliminação

No caso de ter como escolha diferentes hidrogénios ,

forma-se preferencialmente o alceno mais estável.

CH3CHCH2CH3

CH3

OH

CHH3C

H3C

CH3

+ CH2H3C

H2C

CH3

H3PO4

84 % 16 %

Eliminação Como resultado do mecanismo E1, a desidratação

segue a seguinte ordem:

OHR

RR

OHR

HR

OHH

RH

> >

RR

R

RH

R

HR

H> >

O reflecte a estabilidade do carbocatião intermediário.

Eliminação Álcoois primários sofrem deshidratação via E2. Primeiro, contudo, gera-se um bom grupo abandonante.

OHH+

OH

H

H3C OH

H

HOSO3H

H3CCH

CH2

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

CH3CHCH3

OHH2SO4

alcoholCH3CHCH3

OHH

CH3CHCH3

CH2 CHCH3H2O

CH3OH

H3O+

CH3OH CH3 OH2 CH3 O

H

CH3

H2OCH3OCH3

Diagrama de Energia, E1

Oxidação de álcoois Existem 3 tipos de álcoois:

RO

Haldeído

RO

R'cetona

Deshidratação (oxidação) é possivel para 10 e 20 formando-se aldeídos e cetonas, respectivamente.

CH2 OHR CH OHR

R'C OHRR

R10 20 30

Oxidação de álcoois Aldeídos podem ser oxidados a ácidos.

RO

HR

O

OHaldeido ácido

CrO

HO OHO

NH Cr

O-O Cl

O

chromic acid PCC

Agentes de oxidação tipicos são o ácido crómico (H2CrO4) ou clorocromato piridinium (PCC).

Exemplos

OHH2CrO4

O

ciclopentanol ciclopentanone

OHH2CrO4 O

H

H2CrO4

OH

O

butanolbutanal

Ácido butanoico

Exemplos

OHPCC

CH2Cl2O

H

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

butanol butanal

Redução dos álcoois

Deshidratar com H2SO4 conc. Depois adicionar H2

CH3CHCH3

OHH2SO4

CH2 CHCH3H2

PtCH3CH2CH3

alcohol alkene alkane

Iões alcóxido

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

éter de Williamson)

CH3CH2CHCH3

OCH3CH2 Br+ CH2CH2CH

CH3

O CH2CH3

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

Br

+ Mgether MgBr

CH3CHCH2CH3

Clether

+ Mg CH3CHCH2CH3

MgCl

CH3C CH2

Br + Mgether CH3C CH2

MgBr

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.

R C O R C OHOH

R C OH

OH

Sinthesis de álcool 1°

Grignard + formaldeido produz álcool primário com 1 carbono adicional.

C OH

HC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

H

H

O MgBr

HOHCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

H

H

O H

Sintesis de álcoois 2º

Grignard + aldeido produz álcool secundário.

MgBrCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

H

OC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

C OH

H3C

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

H

O HHOH

Sintesis de álcoois 3º

Grignard + cetone forma álcool terciário.

MgBrCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

CH3

OC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

C OH3C

H3C

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

CH3

O HHOH

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)

C OCl

H3C

MgBrR MgBr C

CH3

Cl

OR

C

CH3

Cl

OR MgBr C

CH3

RO

+ MgBrCl

Ketone intermediate

Grignard ataca o carbonilo. Ião cloreto abandona.

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

C OCH3O

H3C

MgBrR MgBr C

CH3

OCH3

OR

C

CH3

OCH3

OR MgBr C

CH3

RO

+ MgBrOCH3

Ketone intermediate

Second step of reaction

Segunda mole de Grignard reage cetona inermediária para formar ião alcóxido.

Ião alcóxido é protonado com ácido diluido.

C

CH3

RO

R MgBr + C

CH3

R

OR MgBr

HOH

C

CH3

R

OHR

Reagente de Grignard + óxido de etileno

Epóxidos são éteres muito reactivos. Produto é um álcool 1º com 2 carbonos

adicionais.

MgBr + CH2 CH2

OCH2CH2

O MgBr

HOH

CH2CH2

O H

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.

HC

O

HC

H

OHC

H

OH HH3O+

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.

CO

OCH3C

OH H

HH3O+LAH

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.

O

H2, Raney Ni

OH

NaBH4

OH

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.

CH3 C OH

O

+ CH2CH2CHCH3

CH3

OHH+

CH3C

O

OCH2CH2CHCH3

CH3

+ HOH

Esteres de Tosilato

Álcool + ácido p-Toluenesulfonico, TsOH Ácido cloridrico é usado actualmente, TsCl

CH3CH2 O H + HO S

O

O

CH3

CH3CH2 O S

O

O

CH3

HOH+

=>

Formação do ester de Tosilato

p-toluenesulfonyl chlorideTsCl, “tosyl chloride”

CO

H

CH3

S

Cl

OO N

CH3

S OO

OH

C

CH3

S

O

OO

C

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

+HO S

O

O

OH H O CH2CH3H+

OCH2CH3

O

O

SHO

CH3CH2O H + OCH2CH3

O

O

SHOH+

CH3CH2O S

O

O

OCH2CH3

Esteres de Nitrato

+ H O CH2CH3H+

N OHO

OOCH2CH3N

O

O

CH2

CH2

CH2

O H

O H

O H

+ 3 HO NO2

CH2

CH2

CH2

O NO2

O NO2

O NO2

nitroglycerineglycerine

Esteres de fosfato

P

O

OH

OH

HO CH3OHP

O

OH

OH

CH3OCH3OH

P

O

OCH3

OH

CH3O

P

O

OCH3

OCH3

CH3O

CH3OH

Esteres fosfato no DNA

OCH2

HH

H

base

OP

O

O O

OCH2

HH

H

base

OP

O

O O

OCH2

HH

H

base

OP

O

O O

O

OCH2

HH

H

base

OP

O

O O