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ÁLCOOIS, ÉTERES E FENÓIS Propriedades físicas e químicas e métodos de obtenção. Álcoois: Comportamento anfótero; Reação; Mecanismo: Eliminação (desidratação). Éteres: Basicidade; Reação: abertura de epóxido. Fenóis: Acidez. ÁLCOOIS - METANOL O metanol já foi produzido pela destilação destrutiva da madeira (aquecer a madeira a uma temperatura elevada na ausência de ar). Devido a esse método de preparação o metanol foi chamado de “álcool da madeira”. Outro método de preparação do metanol é pela hidrogenação catalítica do monóxido de carbono: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g), essa reação ocorre em pressão elevada (200-300 atm), altas temperaturas (300-400 °C) e na presença de catalisadores metálicos (Cr2O3 e ZnO). ÁLCOOIS - METANOL Também é produzido a partir da cana-de-açúcar. O metanol é altamente tóxico. A ingestão até de pequenas quantidades pode causar cegueira e em grande quantidades causa a morte. O envenenamento também pode ocorrer por inalação ou exposição prolongada da pele. APLICAÇÃO - METANOL Muito utilizado como solvente industrial, pois ele dissolve alguns sais melhor do que o etanol e em reações de importância farmacológica, como no preparo de colesterol, vitaminas e hormônios. Matéria-prima na indústria de plásticos e na produção de formaldeído. É utilizado na extração de produtos animais e vegetais. É usado no processo de transesterificação da gordura, para produzir biodiesel. É usado como combustível em algumas categorias de monopostos dos EUA (ex: Champ Car, IRL, Dragster). ÁLCOOIS - ETANOL O etanol pode ser obtido pela fermentação de açúcares e é o álcool de todas as bebidas alcoólicas. Os açúcares, muitas vezes, vêm de grãos e é essa origem que explica por que o etanol é conhecido como “álcool de grão”, por exemplo: milho, arroz. A fermentação ocorre pela adição de enzimas à mistura de açúcares e água: C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2. ÁLCOOIS E FENÓIS R OH OH OH OH OH álcoois fenóis OH Álcoois são compostos que apresentam grupo hidroxila (-OH) ligado a carbono saturado. Os fenóis são compostos que apresentam o grupo hidroxila (-OH) ligado diretamente a um átomo do carbono do anel aromático. PROPRIEDADES Álcoois e fenóis fazem ligação de hidrogênio entre si, por esse motivo tem elevado ponto de ebulição. OH Cl Mol. Wt.: 60,1 Mol. Wt.: 58,12 Mol. Wt.: 64,51 97°C -0,5°C 12,5°C OH CH3 181,7°C 110,6°C Mol. Wt.: 94,11 Mol. Wt.: 92,14 H O H O H O H O H O H O H R O H O H O H O R R R R LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO PROPRIEDADES Solubilidade São compostos polares, pois tem um átomo muito eletronegativo em sua estrutura, no caso uma hidroxila (OH). Por ser polar e fazer ligação de hidrogênio são solúveis em água. Para álcoois com cadeia carbônica grande a solubilidades diminui, pois a molécula passa a sofrer menos a influência do grupo polar. PROPRIEDADES Acidez e basicidade São compostos anfóteros, pois podem reagir como ácidos ou bases, na verdade são fracamente ácidos e básicos. Base fraca: R O H + H X R O H H :X- íon oxônioR= alquila ou arila PROPRIEDADES Dissociação fraca (ácido): R O H H O H R O + H O H H íon alcóxido Y O H O H H O Y + H O H H íon fenóxido ACIDEZ E BASICIDADE Álcool ou fenol pKa (CH3)3COH 18,00 CH3CH2OH 16,00 H2O 15,74 CH3OH 15,54 CF3CH2OH 12,43 p-Aminofenol 10,46 p-Metoxifenol 10,21 p-Metilfenol 10,17 Fenol 9,89 p-Clorofenol 9,38 p-Bromofenol 9,35 p-Nitrofenol 7,15 2,4,6-Trinitrofenol 0,60 ACIDEZ DE ÁLCOOIS Álcoois menos substituídos tem maior acidez, pois a base conjugada formada é mais solvatada. Maior impedimento estéreo provoca uma diminuição na acidez. Metanol pKa= 15,54 t-Butanol pKa= 18,00 ACIDEZ DE ÁLCOOIS Efeitos indutivos: grupos retiradores de elétron estabilizam o íon alcóxido (base conjugada), sendo assim o compostos álcool é mais ácido. OH OH F F F pKa = 12,43pKa = 16,00 H3C CH3 CH3 OH CF3 F3C OH CF3 pKa = 18,00 pKa = 5,40 ACIDEZ DE FENÓIS O fenol tem Pka de 9,89 e é muito mais ácido que alguns álcoois. O ânion fenóxido é estabilizado por ressonância, por esse motivo o fenol perde facilmente o seu hidrogênio, ou seja, reage como ácido. OO O O O OO OOO N O O N O O N O O O N N O O O O N OO OH O2N OH H3C pKa = 7,15pKa = 10,17 OH pKa = 9,89 SUBSTITUIÇÃO Grupos retiradores ligados ao fenol, estabilizam o ânion fenóxido por ressonância, distribuindo por toda a molécula a carga negativa. Grupos doadores ligados ao fenol desestabilizam, pois aumentam a carga negativa. PREPARAÇÃO DE ÁLCOOIS Álcoois podem ser preparados a partir de alcenos com reação de hidroboração ou oximercuração- desmercuração. OH H H BH3 THF OH Hg(OAc)2 H2O PREPARAÇÃO DE ÁLCOOIS A partir de alcenos pode ser preparado em duas etapas com a reação de oximercuração-desmercuração. 1° etapa - Oximercuração: 2° etapa - Desmercuração: REGRA DE MARKOVNIKOV A oximercuração-desmercuração é também altamente regiosseletiva, seguindo a regra de Markovnikov, onde a adição do grupo OH é feita no carbono mais substituído. REGRA DE MARKOVNIKOV Mecanismo: Regra Markovnikov: Esta regra diz que, em uma reação, quando se adiciona um composto do tipo H-X a um alceno, o hidrogénio ácido liga-se ao carbono com maior número de hidrogênios e o halogênio liga-se ao outro carbono da dupla ligação. H3C H3C C C H H H Br H3C H3C C C H H H carbocátion intermediário H3C H3C C C H H HBr Br Cl + H2O OH CH3Cl + OH CH3OH 60°C H2O PREPARAÇÃO DE ÁLCOOIS A partir de haletos de alquila com reações de hidratação em meio básico. PREPARAÇÃO DE ÁLCOOIS A partir de cetonas e ácidos carboxílicos com reações de redução de carbonilas. H O OH NaBH4 O OH NaBH4 OH O OH LiAlH4 O O OH LiAlH4 H O MgBr OHEt2O O MgBr Et2O + + OH PREPARAÇÃO DE ÁLCOOIS A partir de compostos carbonílicos e reagentes de Grignard. PREPARAÇÃO DE FENÓIS A partir de sulfonatos de arila e de sais de diazônio SO3H + NaOH 300°C OH + NaHSO3 N N HSO4 OHCu2O Cu(NO3)2, H2O REAÇÃO DE ÁLCOOIS Desidratação: álcoois sofrem reação de perda de água quando submetidos a meio reacional ácido. OH H3O +, THF 50° OH H2SO4 OH HX X OH PBr3 Br OH SOCl2 Cl REAÇÃO DE ÁLCOOIS Conversão em haletos de alquila: álcoois sofrem reações de substituição nucleofílica com haletos. OH SO2Cl + O S O O Py OH MeSO2Cl+ O S CH3 O O Py REAÇÃO DE ÁLCOOIS Álcoois podem ser convertidos em tosilatos e mesilatos. OH O H PCC O OH PCC O O OH CrO3 H2SO4, acetona OH O REAÇÃO DE ÁLCOOIS Os álcoois podem sofrer oxidação quando expostos a algum agente oxidante, como uma solução aquosa de dicromato de potássio (K2Cr2O7) ou de permanganato de potássio (KMnO4) em meio ácido. REAÇÕES DE ÁLCOOIS O produto da oxidação depende do tipo de álcool que foi oxidado, se é primário, secundário, terciário ou se é o metanol. Produto da oxidação de álcoois Metanol Metanal Ácido metanoico Ácido carbônico(gás carbônico e água) Álcool primário Aldeído Ácido carboxílico Álcool secundário Cetona Álcool terciário Não reage REAÇÕES DE FENÓIS Fenóis sofrem oxidaçãoformando quinonas OH O O (KSO3)2NO H2O REAÇÕES DE FENÓIS Os fenóis podem reagir com haletos em meio básico, produzindo éteres. Geralmente utilizam-se os iodetos, por ser o iodo um bom grupo de saída. REAÇÕES DE FENÓIS Os fenóis, podem ser transformados em ésteres. Geralmente utiliza-se um anidrido ou cloreto de ácido. REAÇÕES DE FENÓIS Os fenóis podem reagir com a amônia, produzindo aminas: RESUMO Álcoois ROH. Alto ponto de ebulição por fazer ligação de hidrogênio. São polares. Fracamente ácidos e básicos. Reagem com ácidos formando íon oxônio. Dissociam formando o íon alcóxido. RESUMO Fenóis ArOH Alto ponto de ebulição por fazer ligação de hidrogênio. São polares. Reagem com ácidos formando o íon oxônio. Dissociam formando o íon fenóxido. Mais ácidos que os álcoois por efeito de ressonância que estabiliza o íon fenóxido. RESUMO PREPARAÇÃO Álcoois Hidratação de alcenos: hidroboração e oximercuração. A partir de haletos de alquila: substituição nucleofílica. Compostos carbonílicos: redução e Grignard. Fenóis A partir de ácidos sulfônicos e sais de diazônio. RESUMO REAÇÕES Álcoois Desidratação: alcenos Conversão em haletos Preparação de tosilatos Oxidação: compostos carbonílicos Fenóis Oxidação: quinonas Síntese de éteres e ésteres Preparação de aminas EXERCÍCIO 1. Coloque em ordem crescente de acidez: OH H3C OH F3C OH CF3 a) b) OH OH F3C OH ÉTERES Éteres são compostos que possuem um oxigênio ligado a dois grupos R (alquila, arila ou vinila). R O R' O O O éter dietílico anisol tetrahidrofurano THF O R R epóxido PRODUTOS NATURAIS O grupo funcional éter está presente em muitos produtos naturais. Melatonina Morfina Vitamina E PROPRIEDADES São usados como anestésicos. Pouco solúveis ou insolúveis dependendo do tamanho da cadeia carbônica. São altamente inflamáveis e voláteis. PROPRIEDADES Geralmente os éteres não reagem em condições básicas ou levemente ácidas, por isso são utilizados como solventes. Apresentam baixa reatividade. Sofrem reações de clivagem, onde a ligação C-O é quebrada. Em presença de excesso de haleto de hidrogênio e calor onde ocorre a formação de duas moléculas de haletos de alquila. R O R 112° ÉTERES DE COROA Sofrem reações de polimerização formando Éteres de coroa. Compostos cíclicos constituídos por um anel e vários grupos éter, que ligam-se fortemente a cátions, formando complexos. São chamados de x-coroa-y, onde x é o numero total de átomos no anel e y é o número de átomos de oxigênio. O composto formado pelo éter de coroa e o íon que ele transporta é chamado de hospedeiro-hóspede, onde o éter de coroa é o hospedeiro e o cátion coordenado é o hóspede. Os éteres de coroa são catalisadores de transferência de fase, transportando compostos iônicos para fases orgânicas. PEG - Polietilenoglicol ÉTERES DE COROA Quando um éter de coroa se coordena com um cátion de metal, ele converte o íon em uma espécie cujo o exterior é semelhante a um hidrocarboneto. Formam muitos sais solúveis em solvente apolares. Sais como KF, KCN, CH3CO2Cl, podem ser transportados para o solvente aprótico com quantidades catalíticas de 18-coroa-6. K+CN- + RCH2X RCH2CN + K +X- C6H5CH2Cl + K +F- C6H5CH2F + K +Cl- 18-coroa-6 benzeno 18-coroa-6 acetonitrila PROPRIEDADES Possuem baixo ponto de ebulição por não fazerem ligação de hidrogênio entre si. O Mol. Wt.: 74,12 34,6°C Mol. Wt.: 72,15 OH Mol. Wt.: 74,12 117,7°C36°C PROPRIEDADES Solubilidade: São solúveis em água por fazer ligação de hidrogênio. PREPARAÇÃO DE ÉTERES A desidratação de álcoois gera éteres simétricos. Esse é o processo industrial de obtenção de éteres. Mecanismo OOH2 H3O + PREPARAÇÃO DE ÉTERES Os éteres podem ser preparados pela reação de síntese de Williamson que ocorre em duas etapas. Mecanismo PREPARAÇÃO DE ÉTERES Sendo a segunda etapa um reação de substituição nucleofílica SN2, os efeitos estéreos devem ser considerados: CH3>CH2R>CHR2>CR3. Especificamente, o processo ocorre melhor com haletos de metila e haletos de alquila primários. Haletos de alquila secundários são menos eficientes porque a eliminação é favorecida sobre a substituição. Haletos de alquila terciários não podem ser usados, pois não sofrem esse tipo de reação. PREPARAÇÃO DE ÉTERES Sendo a primeira reação a retirada do hidrogênio e a segunda uma reação de SN2, o haleto orgânico é que deve ser metilênico ou primário, sendo o substrato qualquer tipo de composto. 1. (CF3CO2)2Hg MeOH 2. NaBH4 OCH3 1. (CF3CO2)2Hg EtOH 2. NaBH4 O PREPARAÇÃO DE ÉTERES A reação de alcoximercuriação produz éteres a partir de alcenos na presença de NaBH4 e um solvente polar prótico. REAÇÕES DE ÉTERES São pouco reativos e sofrem apenas um tipo de reação: clivagem ácida. Assim como a ligação C-O de álcoois é clivada em reação com haletos de hidrogênio, as ligações C-O de éteres também são quebradas. ROH + HX RX + H2O ROR’ + HX RX + R’OH REAÇÕES DE ÉTERES A clivagem de éteres é conduzida sob excesso de haleto de hidrogênio e calor que convertem o álcool formado em um haleto de alquila. Ordem de reatividade dos haletos de hidrogênio é HI> HBr >> HCl. O OH + Br HBr, H2O refluxo O OH I + HI MECANISMO Primeiro ocorre a protonação do oxigênio, e depois o X- ataca o carbono, ocorre uma reação de SN2 e a formação dos produtos, um haleto orgânico é um álcool. O álcool que é formado pode sofrer uma protonação e uma reação SN2, dando origem a um novo haleto orgânico e água. SÍNTESE DE POLIÉTER Na síntese de um polímero utiliza-se o óxido de etileno com metóxido de sódio na presença de uma pequena quantidade de metanol. Esse é um exemplo de polimerização aniônica. A polimerização só acaba quando o metanol protonar o grupo alcóxido. SÍNTESE DE POLIÉTER Os poliéteres possuem elevada solubilidade em água por formar ligação de hidrogênio com as moléculas de água. Possuem grande versatilidade de aplicações, sendo usados em colunas cromatográficas gasosas e até em cosméticos. EXERCÍCIOS 1. Quais as estruturas formadas em cada reação? RESUMO Éteres ROR’ Estáveis Pouco reativos Baixo ponto de ebulição Solúveis em H2O RESUMO Síntese de Éteres Desidratação de álcoois Sintese de Williamson Alcoximercuração de alquenos Reações de Éteres Pouco reativos Clivagem ácida EPÓXIDOS Um epóxido é um éter cíclico com três átomos que formam um anel. Por ser um anel de três átomos são éteres mais reativos, pois tendem a clivar uma ligação e abrir o anel. Síntese: epoxidação e haloidrinas Reações: abertura catalisada por ácido ou base Boa Sobreposição Ligação Forte Sobreposição Ruim Ligação Fraca SÍNTESE DE EPÓXIDOS Epoxidação A partir de haloidrinas Cl O O O H + O H H OH H Cl H O H H Cl2 H2O NaOH REAÇÕES DE EPÓXIDOS Ácido: Carbonos primários e secundários sofrem ataque no carbono menos substituído - SN2. Carbono terciário sofre ataque no carbono mais substituído -SN1. O OH H2O, 100°C OH OH O O OH EtOH EtO- ABERTURA DE EPÓXIDOS O nucleófilo ataca o átomo de carbono menos impedido estereamente. EXERCÍCIO 1. Preveja o produto O HCl Éter O EtO- EtOH EXERCÍCIOS 2. Quais reagentes você usaria para preparar os seguintes éteres, via síntese de Williamson.
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