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
CH3
CH CH2OH
isobutil álcool
OH
CH3
CH CH2CH3
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
Reacções de substituição dos álcoois
Dado que o grupo hidróxido é uma mau grupo
abandonante, os álcoois não são reactivos nas reacções
de substituição nucleofilica e eliminação.
R OH
Nu
R
OH
X
X
R+
Nu
Não há
reacção em
nenhum caso
+
R
HO-
+
Base
forte
SN1
HO-
SN2
Grupo
abandonante fraco
Reacções de substituição dos Álcoois
A situação melhora em condições ácido. O grupo
abandonante transforma-se num grupo neutro.
R
OH
H+
R
O
H
NuNu R
+
H
neutro
O
H
neutro
H
- H2O
R+
NuNu R
Exemplos
HI
+ H2O
I
HO

iodocyclohexane
cyclohexanol
HCl
OH

1-propanol
Cl + H2O
1-chloropropane
Mecanismo de Substituição

Álcoois secundários e terciários sofrem reacção de
substituição SN1.
H3C
H3C
H3C
H Br
OH
tert-butanol
carbocation
O
H
CH2
CH3
H3C
H
H3C
H3C
H3C
CH3
H3C
Br-
CH3
HBr
Br
tert-butyl chloride
- H2O
Mecanismo de Substituição

Álcoois primários sofrem reacção SN2. Carbocatiões primários
são muito instáveis para se formarem.
H
Br
O H
OH
1-butanol
H
Br
- H2O
O H
H
Attack from back-side
Br
1-bromobutane
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
R
O
H
H3O
H
+
R
O
-
H
Br
R
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
OH
CH3
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.
H
H3C
OH
H2SO4
CH3

H3C
O H
CH3
 A perda de água conduz à formação do carbocatião.
H
H3C
O H - H2O
CH3
H3C
CH3
Eliminação

Segundo, a base remove o protão b centro de
carbocatião.
H3C
b
H H
H3CHC CHCH3

CH3
+
H2SO4
OSO3H
Esta reacção é uma E1.
O passo determinante da reacção é a formação do carbocatião.
Eliminação

No caso de ter como escolha diferentes hidrogénios b,
forma-se preferencialmente o alceno mais estável.
CH3
H3PO4
H3C
CH3CHCH2CH3
OH

CH3 H2C
CH
+
H3C
H3C
84 %
CH2
CH3
16 %
Eliminação

Como resultado do mecanismo E1, a desidratação
segue a seguinte ordem:
R
H
R
R
OH
>
H
OH
>
R
H
R
R
OH
 O reflecte a estabilidade do carbocatião intermediário.
R
R
R
H
R
>
H
R
>
R
H
Eliminação

Álcoois primários sofrem deshidratação via E2.

Primeiro, contudo, gera-se um bom grupo abandonante.
H
+
H
OH
O H
 Os passos seguintes, remoção da água e desprotonação tem
lugar simultaneamente.
OSO3H
H
H3C
CH
H
O H
H3C
CH2
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
H
OH
CH3CHCH3
H2SO4
OH
CH3CHCH3
CH3CHCH3
alcohol
H2O
CH2
CHCH3
+
CH3OH
H3O
CH3
OH2
CH3
O CH3
H
CH3OH
H2O
CH3OCH3
Diagrama de Energia, E1
Oxidação de álcoois

Existem 3 tipos de álcoois:
R
R
CH
R CH2 OH
OH
R
R'
10
C
OH
R
20
30
Deshidratação (oxidação) é possivel para 10 e 20
formando-se aldeídos e cetonas, respectivamente.
O
O
R
R
R'
H
aldeído
cetona
Oxidação de álcoois

Aldeídos podem ser oxidados a ácidos.
O
O
R
R
H
OH
aldeido
ácido
 Agentes de oxidação tipicos são o ácido crómico
(H2CrO4) ou clorocromato piridinium (PCC).
O
-
O
H
O Cr Cl
HO Cr OH
N
O
O
chromic acid
PCC
Exemplos
H2CrO4
OH
ciclopentanol
OH
O
ciclopentanone
H2CrO4
O
H
butanol
butanal
OH
O
Ácido butanoico
H2CrO4
Exemplos
OH
PCC
O
CH2Cl2
butanol
H
butanal
PCC é o agente de oxidação mais selectivo.
Oxidação pode ser parada a nivel do aldeído.
Redução dos álcoois

Deshidratar com H2SO4 conc. Depois
adicionar H2
OH
CH3CHCH3
alcohol
H2SO4
CH2
CHCH3
alkene
H2
Pt
CH3CH2CH3
alkane
Iões alcóxido


ROH + Na (or NaH) forma-se alcóxido de sódio
RO- + 1° haleto de alquilo forma éter (Sintesis de
éter de Williamson)
CH3
CH3CH2CHCH3
O
+ CH3CH2
Br
CH2CH2CH 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
+
ether
Mg
Cl
CH3CHCH2CH3
+
Mg
CH3C CH2
Br
+
Mg
ether
ether
MgBr
MgCl
CH3CHCH2CH3
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
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.
C O
R
R C O
C
OH
HOH
OH
Sinthesis de álcool 1°
Grignard + formaldeido produz álcool primário
com 1 carbono adicional.
CH3
H3C C CH2
C
H
H
CH3
H
H
MgBr
C O
CH3
CH CH2
H
CH2
H
H
CH3
CH3
C O
CH CH2
H
CH2
C O H
H
HOH
MgBr
Sintesis de álcoois 2º
Grignard + aldeido produz álcool secundário.
CH3
H3C C CH2
C
H
H
CH3
H3C
H
MgBr
C O
CH3
CH CH2
CH3
CH2
H
H
CH3
CH3
C O
CH CH2
CH3
CH2
C O H
H
HOH
MgBr
Sintesis de álcoois 3º
Grignard + cetone forma álcool terciário.
CH3
H3C C CH2
C
H
H
CH3
H3C
H
MgBr
C O
CH3
CH CH2
CH3
CH2
H3C
CH3
CH3
CH3
C O
CH CH2
CH3
CH2
C O H
CH3
HOH
MgBr
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)


Grignard ataca o carbonilo.
Ião cloreto abandona.
CH3
H3C
R
MgBr
C O
Cl
CH3
R C O
Cl
R C O
MgBr
Cl
CH3
MgBr
R C
+
MgBrCl
O
Ketone intermediate
Grignard and Ester (1)


Grignard ataca o carbonilo.
Ion alcóxido abandona! ? !
CH3
H3C
R
MgBr
C O
CH3O
CH3
R C O
OCH3
R C O
MgBr
OCH3
CH3
MgBr
R C
+
O
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.
CH3
CH3
R
MgBr
+
R C
R C O
O
R
HOH
CH3
R C OH
R
MgBr
Reagente de Grignard + óxido de
etileno


Epóxidos são éteres muito reactivos.
Produto é um álcool 1º com 2 carbonos
adicionais.
O
O
MgBr
+
CH2
CH2CH2
CH2
HOH
O H
CH2CH2
MgBr
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.
O
C
H
H
H
C
H
O
+
H
H3O
C
O
H
H
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.
O
C
OCH3
H
LAH
H3O+
C
O H
H
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.
OH
O
NaBH4
OH
H2, Raney Ni
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.
O
CH3
C OH
CH3
+ H O CH2CH2CHCH3
+
H
O
CH3
CH3C OCH2CH2CHCH3
+ HOH
Esteres de Tosilato


Álcool + ácido p-Toluenesulfonico, TsOH
Ácido cloridrico é usado actualmente, TsCl
O
CH3CH2
O H
+
HO
S
CH3
O
O
CH3CH2
O
S
O
CH3 =>
+ HOH
Formação do ester de Tosilato
H
C
O
C
C
H O
O
Cl
O
S
O
N
O
CH3
p-toluenesulfonyl chloride
TsCl, “tosyl chloride”
S
O
CH3
O
S
O
CH3
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
O
HO
S OH
O
+
H
+ H O CH2CH3
O
S OCH2CH3
O
O
CH3CH2O H + HO
HO
S
O
O
+
OCH2CH3
H
CH3CH2O
S
O
OCH2CH3
Esteres de Nitrato
O
O
+
N OH
+
H O CH2CH3
H
O
N OCH2CH3
O
CH2
O H
CH2
O H
CH2
O H
glycerine
+
3 HO NO2
CH2
O NO2
CH2
O NO2
CH2
O NO2
nit roglycerine
Esteres de fosfato
O
HO
P
OH
O
OH
CH3OH
CH3O
P
OH
CH3OH
O
CH3O
P
OH
OH
CH3OH
O
CH3O
P
OCH3
OCH3
OCH3
Esteres fosfato no DNA
O CH2
base
O
H
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
P
O
O