Oxidação de aldeídos utlizandos-se o reativo de Tollens

RKA8JV Existem várias maneiras de oxidar aldeídos, mas talvez a maneira mais divertida seja usar o reagente de Tollen. Assim, começamos com um aldeído aqui e adicionamos reagente Tollen, que foi criado por Bernhard Tollens, um químico alemão. Para que esta reação ocorra é necessário uma fonte íons de prata, então, nitrato de prata funciona bem. Precisa de alguns anidros de hidróxido, então, hidróxido de sódio e um pouco de amônia. A ordem que você adiciona essas coisas e a concentração delas vai depender de qual procedimento você está usando, mas eventualmente você vai formar este cátion de diamina de prata aqui, e isso vai oxidar seu aldeído. Há 1 ânion de carboxilato. Vamos em frente e mostrar a formação do ânion carboxilato aqui. Então, deixe-me ir em frente e colocar os meus elétrons. Este carbono se liga com o oxigênio aqui à direita, então, não é mais ligado a 1 hidrogênio, e isto é uma oxidação. Vamos em frente e extrair alguns elétrons, e vamos atribuir alguns estados da oxidação para que saibamos que esta é uma reação de oxidação. Então, vamos colocar os elétrons nestas ligações. Como nós sabemos, cada ligação consiste de 2 elétrons, então, eu estou colocando esses elétrons aqui. Uma maneira de atribuir os estados de oxidação é pensar em diferenças na eletronegatividade. O oxigênio é mais eletronegativo que o carbono, então, vamos dar todos estes 4 elétrons ao oxigênio. Carbono e carbono têm exatamente os mesmos valores, então, 1 carbono recebe 1 elétron e o outro carbono recebe outro elétron. Entre carbono e hidrogênio, o carbono é mais eletronegativo que o hidrogênio, então, leva estes 2 elétrons. O carbono tem 4 elétrons de valência, e aqui nós temos isto cercado de 3 elétrons, então, 4 menos 3 nos dá um estado de oxidação de +1. Aqui, para o nosso ânion carboxilato, vamos em frente e fazer a mesma coisa. Vamos em frente e usar a mesma cor. Então, temos um carbono, com a ligação dupla com o nosso oxigênio, e vamos colocar nossos elétrons aqui. Nós temos o carbono ligado ao outro carbono e o carbono ligado ao oxigênio, então, vamos colocar nossos elétrons. Então temos nossos elétrons aqui assim. Mais uma vez, vamos pensar nas diferenças de eletronegatividade. O oxigênio é mais eletronegativo do que o carbono, então, o oxigênio fica com todos os 4 elétrons. Temos um empate entre estes 2 carbonos, e então, aqui agora o oxigênio pega esses 2 elétrons. O carbono tem 4 elétrons de valência, e aqui nós temos isto cercado por 1. Então, 4 menos 1 nos dá um estado de oxidação de +3 aqui. Assim, você pode ver que o nosso estado de oxidação aumentou. Vamos de um estado de oxidação de +1 para um estado de oxidação para o carbono carbonila, ou aldeído, para um estado de oxidação de +3. Então, nós o que se oxidamos este carbono. Se você oxidar algo que você está reduzindo outra coisa, e essa outra coisa vai ser o seu cátion de prata aqui. Então, nós temos um cátion de prata, Ag⁺, então, o estado de oxidação de +1. Desde que nós oxidamos nosso aldeído, vamos reduzir nossos íons de prata, então, vamos reduzi-lo à prata maciça, com estado de oxidação de zero, então, ele ganha 1 elétron. Este cátion de prata é reduzido à prata sólida, e isso forma um espelho de prata, em seu material de vidro, se você fizer tudo corretamente. Então, a formação de um espelho de prata indica a presença de um aldeído, e esse é um jeito bem legal, um teste de diagnóstico bastante legal para a presença de um aldeído. Isso ajudará a distinguir um aldeído de uma cetona, porque, em geral, apenas os aldeídos vão reagir com um reagente de Tollen, e você recebe um espelho de prata bem legal. Se você quiser formar o ácido carboxílico, você precisaria, então, protonar o seu ânion carboxilato, então, isso te daria o ácido carboxílico aqui. Portanto, há oxidação de aldeídos e uma redução da sua prata para formar um espelho de prata. Vamos ver uma outra reação aqui. Estamos começando com este composto, e o primeiro reagente que vamos usar é o dicromato de sódio, ácido sulfúrico e água. Nós sabemos que vai oxidar diferentes grupos funcionais e vai oxidar ambos nossos aldeídos e nosso álcool. Vamos em frente e vamos desenhar o nosso produto final. Então, se nós oxidarmos os nossos aldeídos, vamos formar o ácido carboxílico, e se oxidarmos nosso álcool vamos formar uma cetona. Então, você oxida um álcool secundário, você vai formar uma cetona aqui. Se você fizer isso em uma reação usando reagente de Tollen, então vamos em frente e protonar. Vamos oxidar apenas o aldeído. Então, o aldeído é oxidado a um ácido carboxílico e o OH permanece intacto. Então, mais uma vez, quando você protona você forma ácido carboxílico. Então, o reagente de Tollen é seletivo para seu aldeído, deixa o álcool intocado. Isso porque o reagente de Tollen é um agente oxidante leve, e é bem fácil de oxidar aldeídos, muito mais difícil de oxidar algo como uma cetona. Tudo bem, vamos dar uma olhada em um outro exemplo, onde estamos usando o reagente de Tollen. Este é um experimento bem legal que foi feito na maioria dos laboratórios de graduação. Aqui, é usado a glicose como seu aldeído, então, você pode ver aqui, em corrente aberta, a fórmula da glicose. Você pode ver o aldeído do grupo funcional aqui, e isto vale a pena olhar porque nós conversamos sobre algumas dessas reações químicas antes. Par de elétrons solitários neste oxigênio podem atacar a carbonila, empurrar os elétrons para este oxigênio, e uma vez que você protona, desprotona e protona, você vai formar um hemiacetal cíclico. Então aqui à esquerda, digamos que este é o hemiacetal cíclico que você forma. Então, vamos analisar esses carbonos lá. Portanto, este carbono da carbonila aqui se torna um carbono anomérico para o nosso hemiacetal cíclico. Então, esta é uma das formas cíclicas da glicose. E você pode ver isso, é o único com OH para baixo em relação à planície do anel. Se você está pensando sobre qual anômero isto é, você pode comparar este OH com este grupo CH₂OH, que está acima em relação ao plano do anel. E já que eles estão de lados opostos, isto seria trans, eles são trans um para o outro. Este anômero "α", então, é α-glicose na forma hemiacetal cíclica. Então, outra possibilidade, é claro, seria adicionar o OH em relação ao plano do anel. Já temos um aldeído mais plano aqui, poderíamos ter acrescentado o OH, então, eles estarão do mesmo lado que o CH₂OH, eles são cis, um para o outro. Então, este seria um anômero "β", de modo que seria a β-glicose, a forma cíclica do mesmo, e o hemiacetal cíclico é realmente favorecido. Então, nós conversamos sobre isso no vídeo sobre a formação hemiacetal. Então, a glicose passa a maior parte do tempo nas formas cíclicas, na forma β e α, mas está em equilíbrio na forma de cadeia aberta, contendo nosso grupo funcional de aldeído. É disso que precisamos para reagir com reagente de Tollen. Então, quando nós oxidamos os aldeídos, vamos formar um ânion carboxilato. Quando oxidamos o aldeído, vamos reduzir a prata, então, o íon de prata vai de Ag⁺ para Ag, formando o nosso espelho de prata. A razão pela qual a glicose é usada, é porque isso é altamente solúvel em água, isso se torna esta reação muito mais fácil, por causa de todos esses grupos OH na molécula de glicose. Então, você pode formar seu espelho de prata desta maneira. Você pode fazer alguns espelhos de prata bem legais usando glicose. Deixe-me mostrar fotos de algumas dessas coisas. Aqui à esquerda, os meus alunos fizeram um enfeite, você pode usar essa reação para criar um enfeite de vidro. Você pode colocar o seu enfeite na árvore de um químico. A árvore de um químico se for a época do Natal. Aqui é a minha esposa segurando o enfeite que os meus alunos fizeram. Então, você pode fazer espelhos planos com isso também. Aqui à direita, aqui sou eu refletido em um espelho prateado que eu fiz. Eu fiz isso começando com a lâmina de um microscópio, que é vidro, aí eu coloco a parte inferior e um copo de 600 ml. Então, eu fiz a parte de cima dessa prática e eu fui capaz de certificar que o outro lado era apenas vidro. Então, se você colocar um pouco de verniz lá você terá um espelho de prata muito legal. E fazer espelhos de prata usando química é algo que foi aperfeiçoado pelo químico alemão Justus Von Liebig, na década de 1830. Então, apesar de Bernhard Tollens ser o criador do reagente de Tollen, Liebig é aquele que aperfeiçoou a formação dos espelhos de prata. É muito divertido fazer um espelho de prata. Eu o encorajo a fazê-lo em seu laboratório de química orgânica.