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Química orgânica
Curso: Química orgânica > Unidade 7
Lição 3: Reações dos alcoóis- Oxidação de álcoois I: Estados de oxidação e mecanismo
- Oxidação de álcoois II: exemplos
- Reações redox biológicas
- Proteção de álcoois
- Preparação de mesilatos e tosilatos
- Reações SN1 e SN2 de álcoois
- Formação de ésteres de nitrato
- Preparação de haletos de alquila a partir de álcoois
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Formação de ésteres de nitrato
Formação de um éster de nitrato a partir da reação de um álcool com o ácido nítrico. Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA4JL – Olá, meu amigo
e minha amiga! Esta é uma reação geral de formação
de ésteres de nitrato a partir de álcool. Nós temos aqui a presença de um álcool,
OH ligado a uma parte carbônica. Temos aqui a presença do ácido nítrico,
aqui o ácido sulfúrico concentrado. O que vai ser produzido? O éster de nitrato, e também a água. Essa reação pode ser também
uma reação reversível, ou seja, ocorre nos dois sentidos. Como que vai ser produzida
a água? Vai sair o hidrogênio aqui do álcool,
com o OH do ácido nítrico, para produzir a água. Qual é um possível mecanismo
para esse processo? Vamos desenhar aqui
a molécula do ácido nítrico. Aqui nós temos um oxigênio, aqui mais um oxigênio e, ligado no hidrogênio,
há o oxigênio aqui com dois pares de elétrons
desemparelhados. Esse oxigênio com um, dois elétrons,
primeiro par, mais um par e o terceiro par de elétrons
com sua carga negativa. O nitrogênio com sua carga positiva e o oxigênio aqui, com dois pares
de elétrons desemparelhados. O que vai acontecer? O ácido sulfúrico é um ácido mais forte
do que o ácido nítrico, então ele vai fornecer H⁺ e vai se comportar
como um ácido. O ácido nítrico vai se comportar
como uma base, então esse par de elétrons do oxigênio
vem e ataca o H⁺. Então o que nós vamos ter
como produto? Vamos ter o hidrogênio
ligado no oxigênio, o oxigênio ligado ao hidrogênio
que entrou pelo ataque e um par de elétrons disponível. Ligado a ele,
nós temos o nitrogênio com a sua ligação
com o oxigênio, o oxigênio com dois pares disponíveis,
sua carga positiva ligada no oxigênio com seus três pares de elétrons
e sua carga negativa. Lembrando que essa reação ocorre
nos dois sentidos. Esse é um possível mecanismo
para o primeiro passo. O que vai acontecer agora? Esse par de elétrons do oxigênio
vai vir para cá e formar uma ligação dupla
entre o nitrogênio e o oxigênio. Por outro lado, ele vai empurrar
esse par de elétrons para o oxigênio para produzir a água. Então ela vai ser produzida. Vamos desenhá-la aqui. E o próximo produto é o nitrogênio ligado no seu oxigênio com
os dois pares de elétrons disponíveis, agora fazendo uma dupla
com outro oxigênio com seus pares de elétrons disponíveis,
com sua carga residual positiva. Então isso é o que foi produzido. Lembrando que aqui se
formou um íon nitrônio. Como é carregado positivamente, ele vai ser ávido por elétrons, vai ser um agente eletrófilo, e a água como grupo de saída. Nesse próximo passo,
o que vai acontecer? Nós temos aqui o álcool
com o oxigênio, com seus dois pares de elétrons disponíveis,
ligados ao hidrogênio. Nós vimos que o íon nitrônio
é um agente eletrofílico ele quer elétrons. Por outro lado, o oxigênio do álcool
tem esses pares de elétrons disponíveis, então ele é um agente nucleófilo. Assim, um desses pares vai vir
e atacar o nitrogênio do nitrônio. Por outro lado,
o que vai acontecer? Vai empurrar um desses
pares de elétrons para o oxigênio. Então, o que nós vamos ter
como produto? Nós vamos ter o R, ligado nele o oxigênio e o H. Agora, ele ligou no nitrogênio, o nitrogênio fazendo sua ligação
com o oxigênio e com o outro oxigênio também. O outro oxigênio agora recebeu um par, está com três pares,
a sua carga residual negativa o nitrogênio com sua carga positiva, o oxigênio com seus
dois pares de elétrons, o outro oxigênio com dois elétrons
e a sua carga positiva. Quase formamos
o nosso éster de nitrato, O que está faltando é uma reação ácido-base
para tirar o próton do oxigênio e água pode funcionar
como uma boa base. Então nós temos
aqui o hidrogênio, o oxigênio da água com seus
dois pares de elétrons disponíveis e outro hidrogênio. O que vai acontecer? Esse par de elétrons do oxigênio vai vir
e vai atacar o H⁺. Consequentemente, esse par de elétrons
do hidrogênio com o oxigênio vai vir para o oxigênio. Então o que nós vamos ter
formado aqui? Nós vamos ter formado
o nosso éster de nitrato. Então, vamos fazer a estrutura: nós temos o R ligado no O, com seus pares de elétrons
disponíveis, e o NO₂. Então aí está
o nosso éster de nitrato. Existem exemplos clássicos
da formação de ésteres de nitrato. Vamos olhar para uma reação famosa,
onde um éster de nitrato é formado. Então nós temos aqui esse álcool
com três carbonos, um, dois e três, ligados a três hidroxilas,
ou grupos OH. Então, esse é um triálcool
conhecido com glicerol ou glicerina. Nós vamos reagir
com ácido nítrico concentrado e como catalisador,
ácido sulfúrico concentrado também. Então o que vai ser produzido? Nós temos os três carbonos, temos um oxigênio
ligado ao primeiro carbono e o grupo nitro. No segundo carbono também
o oxigênio e o grupo nitro, e no último carbono, o oxigênio
e o último grupo nitro. Então entraram três grupos nitro, formando essa estrutura
chamada de nitroglicerina. Todo mundo sabe que a nitroglicerina
é famosa por ser altamente explosiva, é um líquido extremamente
sensível a movimentos, a energia de ativação é muito pequena
e é extremamente perigoso. Ninguém deveria tentar fazer
nitroglicerina em casa, por isso essa não é
uma boa reação para uma aula de
demonstração de química. Uma demonstração bem melhor
para a formação de ésteres de nitrato seria começar com algodão ou celulose, que é esta estrutura aqui. Celulose, que é o nosso polímero. A celulose é um polímero, portanto
ela é formada por vários monômeros, que são as moléculas de glicose. Então nós temos aqui uma,
duas moléculas de glicose representando a formação do polímero,
que é a celulose. Ele é um polímero grande,
também conhecido como algodão. Se pegarmos ela e misturarmos com o ácido nítrico
e o ácido sulfúrico concentrado, poderemos colocar grupos nitros
em cada um dos grupos álcoois, conseguindo formar
ésteres de nitrato. Então vamos colocar aqui
os grupos nitros. Vem um grupo nitro aqui,
aqui saiu um hidrogênio, outro grupo nitro aqui e o terceiro grupo nitro aqui. Então, cada molécula de glicose
teria três grupos nitros, formando este éster de nitrato. Assim, obtemos como produto final
a nitrocelulose, também conhecida
como algodão-pólvora. Vamos completar
os nossos três grupos nitros: NO₂, NO₂ e NO₂. O algodão-pólvora é muito mais estável
que a nitroglicerina. Você pode armazenar durante uma noite
e se acender o algodão-pólvora irá obter uma bela
bolinha de fogo. Por isso é uma ótima demonstração
para estudantes de química.