Formação de acetais

RKA3JV - Se reagirmos um aldeído ou uma cetona com álcool em excesso, em um meio ácido, formaremos um acetal. Aqui, à direita, temos um acetal. Perceba que o R"O veio do nosso álcool, e o OR" também veio do nosso álcool. Você também verá a formação de água nesta reação. Esta reação está em equilíbrio, então há várias coisas que podemos fazer para deslocá-lo para direita, formando mais dos nossos acetais. Uma opção seria reduzir a quantidade de água formada, pois ao decrescer a concentração deste produto o equilíbrio irá se deslocar, objetivando formar mais deste produto, o que acarretará na produção de mais acetal. Outra opção para deslocar o equilíbrio para a direita, seria aumentar a concentração de um dos reagentes. Um aumento na concentração de um aldeído, faria com que nós tivéssemos o deslocamento para a direita, formando mais dos seus acetais. No laboratório, há várias coisas que podem ser feitas para aumentar o rendimento. Por estarmos em um meio ácido, podemos usar várias fontes de prótons diferentes. Podemos usar algo como ácido sulfúrico, o nosso famoso H₂SO₄, ou algo como ácido toluenossulfônico, o TSOHR. Estes são dois dos catalisadores mais usados para formar o seu acetal. Vamos olhar para esta reação e, então, veremos o mecanismo que ocorre nesta aqui de baixo. É um mecanismo um pouco longo, eu acredito que fique mais fácil entender se usarmos uma reação de verdade aqui. Temos uma cicloexanona reagindo com etanol em excesso, usando ácido sulfúrico como catalisador. Vamos olhar para este padrão geral que prevê a estrutura de um acetal qualquer. Veja que esta porção da molécula pode ser adicionada ao nosso anel. Aqui está ele. Então, teríamos o nosso oxigênio e o nosso grupo "R". O nosso oxigênio e o nosso grupo "R", deste jeito. E este é o produto, uma molécula engraçada, mas que, de fato, é o nosso produto. Pensemos em um mecanismo em que ocorre essa reação. Tendo etanol e o ácido sulfúrico, é possível que o etanol ganhe prótons. Vejamos um íon que ganhou próton, isso é uma das primeiras coisas que poderiam ocorrer. Ele ganhou um próton, sendo que veremos funcionando como um ácido reagindo com a cicloexanona. Aqui temos a cicloexanona, sendo que um par de elétrons livres dela pegará um próton, um próton de qualquer lugar. E aqui, à esquerda, estaria o nosso ácido. Os elétrons movem-se para cá para formar o etanol, e o carbono da carbonila ganhou um próton. Vamos desenhar isso. No primeiro passo, o carbono da carbonila ganha um próton, algo que é favorecido aqui, porque isso deixa o seu carbono ligado ao oxigênio mais eletrofílico. Vamos desenhar isso. Teríamos um próton agora, além de um par de elétrons livre no nosso oxigênio. Vamos colocar estes elétrons em magenta. Eu peguei este próton, o que formou esta ligação deixando este oxigênio com uma carga formal de +1. Sabemos que por causa da estrutura de ressonância, este carbono torna-se mais eletrofílico, ou seja, este carbono irá funcionar como um eletrófilo. Portanto, o nucleófilo pode reagir com ele. Nós temos um nucleófilo presente, que seria o etanol, uma molécula de etanol entra na reação funcionando como um nucleófilo. Um par de elétrons livres, ataca o nosso eletrófilo mandando estes elétrons π para este oxigênio. Este seria o nosso segundo passo, o ataque nucleofílico. Vamos escrever isso. Tivemos o passo 1, o ganho de um próton por parte do nosso carbono do carbonila. Passo 2, o ataque nucleofílico. Um ataque nucleofílico faz com que este oxigênio aqui fique com dois pares de elétrons livres ao seu redor. Desenhemos isso colocando os elétrons em azul. Estes elétrons foram para o nosso oxigênio, dessa forma. Formamos uma ligação entre o oxigênio do nosso etanol com este carbono. Ou seja, temos uma nova ligação aqui. Aqui nós ainda tínhamos um hidrogênio, um grupo etil e uma carga formal +1. Prosseguindo, vamos arranjar espaço aqui embaixo. O terceiro passo, seria a perda de um próton. Então, deixe-me escrever isso. Passo 3, perda de próton. Outra molécula de etanol poderia vir aqui e funcionar como uma base. Um par de elétrons livres do etanol poderia pegar este próton, deixando estes elétrons para trás no nosso oxigênio. Vamos mostrar isso. Seguindo, nós temos o nosso anel, temos um grupo "OH" aqui, à esquerda. Vamos colocar elétrons aqui, e aqui à direita. Nós teríamos, desta vez, dois pares de elétrons livres no nosso oxigênio. Eu vou colocá-los em verde. Estes elétrons aqui moveram-se em direção ao oxigênio. Observando a estrutura mais profundamente, trata-se de um hemiacetal. O resultado da perda de prótons é este hemiacetal aqui, que é o produto intermediário da reação. O próximo passo é constituído por ganhos de próton, trata-se do passo 4. Iremos dar um elétron ao nosso grupo "OH" à esquerda. Uma das possibilidades seria se este etanol que ganhou um próton funcionasse como um ácido. Vamos desenhar isso. Há uma carga formal de +1 neste oxigênio, e um par de elétrons livres toma um próton deixando este oxigênio para trás. Eu vou desenhar isso. Demos um próton ao nosso "OH". Sendo que o motivo pelo qual fazer isso é algo recomendável, porque isso nos fornece água, um bom grupo de saída. Novamente, vejamos estes elétrons. Eu vou usar, de novo, a cor magenta. Estes elétrons aqui pegam um próton. Então, vamos mostrar estes elétrons funcionando como uma ligação agora. Aqui à direita, temos novamente o nosso oxigênio, o nosso grupo etil e os nossos 2 pares de elétrons livres, os quais manteremos em verde aqui. Agora, já que o "OH" ganhou prótons, este oxigênio fica com a carga formal de +1. Olhando mais profundamente, eu vou usar vermelho aqui. Olhando melhor, você vê a água escondendo-se. Eu sei que a água é um ótimo grupo de saída, então se estes elétrons em verde fossem para cá, para refazer essa dupla ligação, isso mandaria os elétrons para o oxigênio, isso nos forneceria água. Esta porção sofre desidratação, o que nos fornece água. Prosseguindo, eu vou indicar que este é o próximo passo. No próximo passo, quando estes elétrons chegam aqui, sendo que este seria o passo 5, perderíamos H₂O. Por isso, este passo é um passo de desidratação. Ficaríamos com, novamente, o nosso anel. Sendo que, desta vez, uma dupla ligação com este oxigênio é um grupo etil com ramificação daquele oxigênio ali. Vamos deixar claro que ainda há um par de elétrons livres neste oxigênio, além de uma carga formal de +1. Os elétrons em verde, estes elétrons aqui, moveram-se para cá para que a nossa dupla ligação seja formada novamente. De novo, temos uma carga formal de +1 no oxigênio. Ao desenhar uma estrutura de ressonância, nós teríamos este carbono sendo bastante eletrofílico. Mais uma vez, nós iremos ter um nucleófilo atacando o nosso eletrófilo. No passo que vem a seguir, o passo 6, será o ataque nucleofílico. Nele temos um nucleófilo, que no caso será o nosso etanol. Então, aqui está ele, o etanol. Vamos representá-lo aqui com pares de elétrons livres. Um destes pares, é claro, atacará o nosso eletrófilo. O nucleófilo ataca o eletrófilo, o que iria empurrar estes elétrons para este oxigênio aqui. Vamos desenhar o que teríamos a seguir. Temos o oxigênio ainda com o hidrogênio ligado a si. E aqui está o etil, além de um par de elétrons livres e uma carga formal de +1 no oxigênio. Vamos destacar estes elétrons. Aqui, em magenta, estes elétrons formaram uma ligação, de forma que o oxigênio esteja ligado ao carbono. À direita, nós temos um oxigênio com um grupo etil, sendo que, agora, há dois pares de elétrons livres neste oxigênio. Estamos quase lá, chegando no passo final. O passo 7, seria a perda de prótons. Nele, tudo o que podemos fazer é tirar aquele próton, o que resultaria na formação do nosso acetal. Novamente, poderíamos ter uma molécula de etanol vindo para cá, funcionando como uma base e, então, um par de elétrons pegaria este próton, deixando estes elétrons para trás no oxigênio. Nós, finalmente, poderíamos desenhar o nosso acetal. Vamos deixar isso um pouco mais angular. À esquerda, teríamos um oxigênio com um etil, e este carbono ligado a outro oxigênio com o grupo etil, desta forma. Prosseguindo, mostraremos estes elétrons finais aqui no nosso oxigênio. Novamente, destaco estes elétrons, eles vieram para o nosso oxigênio. Formamos o nosso acetal, temos um mecanismo muito longo, até um pouco desafiador, mas eu acho que ficou mais fácil por usarmos uma reação de verdade para isso. Vamos ver duas questões rápidas para pensar no acetal formado. Vamos ver essa próxima reação. Temos o aldeído e o butanol. Desta vez, usaremos o ácido toluenossulfônico como o nosso catalisador ácido. Algo que você poderia fazer é aumentar a concentração de um dos reagentes, pois ao aumentar a concentração do acetaldeído você fará com que essa reação ocorra até o fim. Ao pensar na estrutura do produto, sabemos que iremos adicionar esta parte do álcool a este carbono, o que irá ocorrer duas vezes. Vamos verificar se temos dois carbonos. Aqui estão eles. E temos aquele carbono ligado a um oxigênio. O nosso produto terá quatro carbonos, 1, 2, 3, 4. Sabemos que este carbono está ligado a outro oxigênio. Temos 1, 2, 3, 4. E este acetal seria formado. Vamos destacar alguns carbonos aqui, de forma que os encontremos no produto. Este carbono aqui seria este carbono da direita. Este carbono, o carbono da carbonila, estará bem aqui. Então, vamos mudar as cores na molécula de butanol. O oxigênio seria este aqui e este outro. Então, temos 1, 2, 3, 4 carbonos. Teríamos 1, 2, 3, 4. Contar os carbonos é uma das técnicas possíveis para descobrir seu produto final. Vamos fazer mais uma reação aqui. Aqui temos uma cetona, uma cetona de quatro carbonos, nossa butanona, reagindo com etilenoglicol e, novamente, usaremos o ácido toluenossulfônico como nosso catalisador. Este exemplo será diferente, pois veja que temos um diol como reagente. Ali em cima, nós teríamos o butanol, só um "OH". Mas este aqui tem dois "OH". Vamos tentar descobrir o produto aqui, isso ajuda a passar por um mecanismo rapidamente. O ácido toluenossulfônico irá nos ajudar dando um próton ao nosso carbono da carbonila, sendo que então teríamos o nosso ataque nucleofílico. Um destes "OH" irá fazer um ataque aqui. Então, sem precisar passar por todos os passos do mecanismo de novo, pois se trata de um mecanismo complicado, eu irei pular para um dos últimos passos, no qual nós já perdemos água, H₂O, o que nos indica que passamos pelo passo da desidratação. Assim, isso seria o nosso composto intermediário, no qual haverá uma carga formal de +1 neste oxigênio. Temos estes dois carbonos aqui e o nosso grupo "OH" neste lado. Vamos desenhar colorindo alguns de nossos átomos, de tal forma que eles se correspondam. Este oxigênio já fez uma ligação, nós já perdemos água, este oxigênio é este oxigênio aqui. Ainda temos outro grupo "OH" nesta molécula, ele está bem aqui. Ao chegar neste passo, nós iremos ter um ataque nucleofílico intramolecular. Estes elétrons irão atacar este carbono, mandando estes elétrons para o oxigênio. Ao pensar no produto final, você terá um produto cíclico aqui, uma cetona cíclica. Teríamos os nossos quatro carbonos, teríamos este oxigênio e, então, dois carbonos e este oxigênio, sendo que ambos estão ligados a este carbono aqui. Novamente, vamos destacar alguns carbonos. Este carbono aqui, este outro ou este carbono e este carbono aqui no nosso produto final, desta forma. Neste acetal cíclico que formamos, temos uma reação um pouco mais complexa do que as passadas. No próximo vídeo, veremos o uso de acetais cíclicos como grupos de proteção.