Autor: Guilherme Soares
Álcoois e suas Reações
Você já parou para pensar o porquê das pessoas terem ressaca após beberem muito álcool? Os sintomas são decorrentes, também, da produção de acetaldeído, a partir da oxidação do etanol.
A oxidação é uma das muitas reações que os álcoois passam. Vamos falar sobre álcoois e suas reações, e então vamos retomar nossa conversa sobre a ressaca e o etanol.
1. Introdução
Como dito anteriormente nesse curso, álcoois são moléculas que contém grupos hidroxila (-OH) ligados a carbonos saturados:
NOTA: Moléculas que contêm grupos hidroxila são frequentemente solúveis em água. Os seres vivos frequentemente adicionam grupos hidroxila a compostos orgânicos insolúveis para mantê-los em solução na célula.
2. Substituição em Álcoois
Álcoois, por si só, não podem sofrer reações de substituição, uma vez que o grupo OH- é muito básico para ser um grupo de saída. Então como podemos resolver isso?
2.1 Protonação da Hidroxila
Um método não tão eficiente de substituir um grupo hidroxila em um álcool é em meio ácido: o oxigênio será protonado, transformando a hidroxila em H2O, que por sua vez, é um bom grupo de saída. Assim, a reação pode continuar, com o ataque de um nucleófilo (via SN2 ou SN1):
2.2 Formação de Tosilatos e Mesilatos
O método mais utilizado para transformar a hidroxila em um bom grupo de saída é a transformando em um éster de sulfonato. Primeiro, quero lhes apresentar o grupo tosila e o grupo mesila:
Os ácidos sulfônicos são ácidos fortes e, sendo assim, qualquer sulfonato é um bom grupo de saída. Então, podemos transformar a hidroxila em um sulfonato (OTs ou OMs), que é um excelente grupo de saída:
Assim, a reação pode prosseguir para uma substituição nucleofílica:
2.3 Reação de Mitsunobu
Um vez de usar duas etapas, é possível usar um método que nos permite adicionar um álcool diretamente a uma mistura de reação e obter um produto SN2 em uma única operação.
Esta é a reação de Mitsunobu. Nessa reação, o álcool se torna o eletrófilo, o nucleófilo é geralmente relativamente fraco (a base conjugada de um ácido carboxílico, por exemplo) e há dois outros reagentes.
Essa reação pode ser muito útil quando se deseja garantir a inversão de configuração (SN2) e quando se tem necessidade do uso de nucleófilos ácidos.
Como essa reação funciona? Bom, é um mecanismo longo e denso, mas todos os passos possuem uma lógica, então leia a próxima parte com bastante calma, e quantas vezes for preciso.
Etapa 1:
A fosfina (um dos reagentes) se adiciona à ligação N=N π fraca (do DEAD) para formar um ânion estabilizado por um dos grupos éster.
Etapa 2:
O nitrogênio com carga negativa captura o próton do ácido (nucleófilo).
Etapa 3:
Oxigênio e fósforo têm uma forte afinidade, então o fósforo positivo é atacado pelo álcool, formando outro ânion de nitrogênio, que então desprotona o álcool.
Aqui, é formado o primeiro produto secundário: uma forma reduzida do DEAD.
Etapa 4:
Finalmente, o nucleófilo pode atacar o intermediário em uma SN2, tendo o óxido de fosfina como grupo de saída (e produto secundário).
Em resumo…
Creio que o mais importante dessa reação não seja o mecanismo, mas saber que ela ocorre em uma única etapa com inversão de configuração.
3. Desidratação e Hidratação
3.1 Desidratação de Álcoois
Os álcoois podem sofrer eliminação (desidratação) ao serem tratados com H2SO4 concentrado, onde o grupo -OH sai após ser protonado para H2O
Mais uma vez, os grupos Ts e Ms podem ser usados, transformando a hidroxila em um ótimo grupo de saída:
3.2 Hidratação de Alcenos
A adição de hidroxila em alcenos já foi estudada anteriormente (reações de alcenos e alcinos), mas já que estamos falando de álcoois, não custa relembrar essas reações:
Caso você não se sinta confortável com alguma dessas reações, volte na aula citada ou consulte no seu material de preferência. As reações acima são, da esquerda pra direita:
Adição de água catalisada por ácido; oximercuração-desmercuração; hidroboração-oxidação.
4. Oxidação de Álcoois
4.1 Oxidação até Aldeídos ou Cetonas
Às vezes queremos “parar” a oxidação de um álcool no estágio de aldeído (a partir de um primário) ou de cetona (a partir de um secundário). Para isso, usamos oxidantes mais fracos e seletivos, que operam de modo controlado.
Alguns exemplos de oxidantes que podemos utilizar são o reagente de Collins (direita) e o PCC (esquerda) (clorocromato de piridina):
4.2 Oxidação até Ácidos Carboxílicos
Às vezes, a “oxidação excessiva” que tentamos evitar ao oxidar álcoois em aldeídos é na verdade a reação desejada. Podemos realizá-la com uma solução aquosa de Cr(VI) ou Mn(VII). Permanganato de potássio aquoso, ácido ou básico, costuma ser uma boa escolha:
A reação abaixo, usando cromo (VI) é chamada de Oxidação de Jones:
Lembrando que não podemos usar essa reação para oxidar álcoois terciários:
Como de costume, vamos ver um exemplo:
1.5 Efeitos Biólogicos
Agora, retomando a introdução: a reação do etanol com agentes oxidantes transforma vinho em vinagre e pessoas bêbadas em sóbrias. Em ambos os casos, o agente oxidante é o oxigênio do ar, catalisado por enzimas em um organismo vivo.
A oxidação do etanol por microrganismos que crescem no vinho exposto ao ar leva à formação de ácido acético (ácido etanoico), enquanto a oxidação do etanol pelo fígado produz acetaldeído (etanal). O acetaldeído no sangue é a principal causa da ressaca.