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Formação de álcoois utilizando-se o agente redutor hidreto

Redução de aldeídos, cetonas e ésteres usando o borohidreto de sódio e hidreto de alumínio e lítio. Versão original criada por Jay.

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Transcrição de vídeo

RKA8JV Vejamos a formação de álcoois com o uso de hidretos como agentes redutores. Nós começaremos com o borohidreto de sódio. A estrutura deste composto tem 1 boro cercado por 4 hidrogênios. Isto dá ao boro uma carga formal de -1. Teríamos também o nosso cátion sódio aqui. Pense nos hidretos, os nossos reagem redutores como agentes de transferência. Iremos transferir 1 hidreto para o nosso aldeído, para nossa cetona aqui. Lembrando o que é um hidreto: 1 hidrogênio com 2 elétrons, o que lhe fornece uma carga formal de -1. Vamos mostrar a transferência de um hidreto para o nosso borohidreto de sódio para a nossa carbonila. A carbonila é parcialmente negativa e parcialmente positiva. Este carbono aqui, quer elétrons, ele pode pegá-los daqui. Estes 2 elétrons irão atacar este carbono, empurrando esses elétrons para o oxigênio. Vejamos o que será formado a partir daí. Teremos agora o nosso carbono ligado a 1 hidrogênio, e aqui à esquerda, teríamos o nosso oxigênio, com 3 pares livres de elétrons, uma carga formal de -1, um grupo R e 1 H. Sigamos aqueles elétrons. Os elétrons em azul, ali em cima, irão formar esta ligação aqui. Aqui, teríamos este hidrogênio. Você transferiu 1 hidreto, 1 hidrogênio e estes 2 elétrons para a carbonila. Precisamos de algo como o borohidreto de sódio, porque você não pode usar algo como o próprio hidreto de sódio, pois ele por si só não é um ótimo nucleófilo, ele funciona bem como base. O orbital é pequeno demais para interagir bem com este carbono da carbonila, é por isso que usamos um hidreto como agente de transferência, algo como borohidreto de sódio. Uma vez que tenhamos adicionado o hidreto, podemos protonar isto. Você verá isto de várias formas em livros diferentes. Uma das formas seria simplesmente adicionar prótons no passo 2, protonando o seu alcóxido para formar o seu produto final. Isto pode ser feito em passos, embora seja possível que você veja em livros o borohidreto de sódio listado como um álcool, como o metanol e etanol, ou desta forma também. Só depende dos passos estabelecidos para esta reação. É importante que haja a formação do seu álcool por meio da transferência de um hidreto. 1 hidrogênio aqui, 2 elétrons, 2 com aquele carbono ali. Você está reduzindo a sua carbonila. Voltando para a esquerda, olhemos para este aldeído aqui, ou para uma cetona. Tem 1 carbono com dupla ligação com o oxigênio, sendo que, adicionando 1 hidreto teremos só uma ligação de carbono com o oxigênio. Se você colocar os números de oxidação você verá que este carbono em vermelho foi reduzido. O hidreto, agindo como agente redutor, reduz a carbonila para formar um álcool. Vejamos um exemplo que use borohidreto de sódio. Aqui, temos uma cetona e o borohidreto de sódio em meio a metanol. Para o nosso produto final, poderíamos desenhar o nosso anel intocado. Pense agora na adição de 1 hidreto, 1 hidrogênio e 2 elétrons para o nosso carbono da carbonila. Vamos desenhar isso ali. Adicionaremos 1 hidrogênio e 2 elétrons ao nosso carbono da carbonila, formando um alcóxido, o qual iremos protonar em etapas para formar um álcool. Novamente, vamos mostrar a adição daquele hidreto. Isto aqui seria este hidrogênio, e estes 2 elétrons são adicionados para formar o seu álcool. Aqui, estamos começando com a cetona, sendo que terminaremos com o álcool secundário. Este carbono ligado ao OH está ligado a outros 2 carbonos, por isso que se trata de um álcool secundário, a redução de uma cetona forma um álcool secundário. Outro hidreto que age como agente redutor é o hidreto de alumínio e lítio. Vejamos esta reação aqui. Temos o hidreto de alumínio e lítio, vamos desenhar a sua estrutura. Tem 1 alumínio, desta vez faz ligações com 4 hidrogênios. Isso dá ao alumínio uma carga formal de -1. O íon de lítio, +1 estaria ali desta forma. Novamente, este é um hidreto agindo como agente de transferência. Pense na transferência de um hidreto, do hidreto de alumínio e lítio para a carbonila. Vamos tentar ser consistentes com as cores. Estes 2 elétrons e este hidrogênio irão vir juntos e fazer um ataque aqui, empurrando esses elétrons para o oxigênio. Estamos claramente resumindo muito o mecanismo, todavia, é a forma mais fácil de entendê-lo. Agora, nós teríamos o nosso alcóxido, aqui à esquerda. Deixe-me desenhá-lo. Uma carga formal de -1 no oxigênio. À direita, nós adicionamos um hidreto. Começamos com o hidrogênio originalmente nos nossos aldeídos. Vou mostrar isso. O hidreto que adicionamos, direi que foi este aqui, estes elétrons. Começamos com o hidrogênio originalmente nos aldeídos. Digamos que seja este hidrogênio aqui. No próximo passo, precisamos protonar o nosso alcóxido. No segundo passo, adicione água ou dilua ácido ou algo similar para protocolar o alcóxido. Ele pega 1 próton aqui, empurra esses elétrons, formando o nosso produto. Vou desenhar isso aqui. Formaríamos isto com o nosso álcool, com o seu grupo OH. Vamos contar os carbonos, só para tirar a prova dos 9. Começamos com 1, 2, 3, 4 carbonos, e então temos 1, 2, 3, 4 carbonos começando daqui. Vamos, então, mostrar o hidreto que foi adicionado. Adicionamos este hidreto aqui, sendo que já havia 1 hidrogênio naquele carbono que era do aldeído do começo. Este é o nosso produto. Indo de um aldeído à esquerda e provocando sua redução, nós iremos formar um álcool primário. Vamos analisar isto. Este é um álcool primário. O carbono que está ligado ao OH está ligado a um outro tipo de carbono. A redução de um aldeído usando o hidreto em questão nos fornece um álcool primário como produto. Para o hidreto de alumínio e lítio, você tem que mostrar isso ocorrendo em 2 passos. O hidreto de alumínio lítio reage violentamente com a água. Vejamos o porquê. Se você tem um hidreto de alumínio e lítio junto com a água, ocorre uma reação violenta, que às vezes pode ser até perigosa. Teríamos o nosso alumínio carregado negativamente, deste jeito. Misturando os dois ao mesmo tempo, o que irá ocorrer é que você transferirá 1 hidreto. Estes serão os produtos. Tiraremos 1 próton da água, o que irá formar gás hidrogênio, o nosso H₂, que é potencialmente perigoso. O borohidreto de sódio boro não é tão reativo como o hidreto de alumínio lítio, então, você pode usá-lo com água. Você não pode é usar algo como o hidreto de alumínio e lítio, é preciso certificar-se que tudo está completamente seco na hora de fazer isso. Vamos falar mais sobre o porquê o hidreto de alumínio e lítio é mais reativo que o borohidreto de sódio. Vejamos esta próxima imagem, para podermos discutir sobre a diferença no grau de reatividade. Primeiramente, vamos falar sobre o borohidreto de sódio. Ali teríamos a ligação entre o boro e esse hidrogênio. Pensemos agora sobre o hidreto de alumínio e lítio. Aqui está a ligação do alumínio com este hidrogênio aqui. Há diferenças na eletronegatividade. A do boro vale aproximadamente 2, enquanto que a do alumínio vale aproximadamente 1,5. Se você pensar nos elétrons que vimos na transferência do hidreto, estes elétrons aqui, o boro é mais eletronegativo do que o alumínio, ele quer mais destes elétrons em azul, já que o alumínio não quer tanto esses elétrons, pois é menos eletronegativo, torna-se mais fácil para que eles os perca. É mais fácil que esses elétrons sejam perdidos se estiverem ligados ao alumínio, é isso que o torna mais reativo. É isso que o torna mais reativo, o alumínio tende a transferir o hidreto para a água ou para uma carbonila. Portanto, o hidreto de alumínio é mais reativo, sendo por isso, capaz de reduzir mais grupos funcionais do que o boro e hidreto de sódio. Vejamos o que temos aqui, o que temos como reagente. Temos este composto. Faremos primeiro a redução com borohidreto de sódio. O borohidreto de sódio irá reagir com os aldeídos da nossa molécula. Ele não é forte o suficiente para reduzir o nosso éster aqui, sendo que ele reagirá só com esta porção da molécula. Vamos desenhar o produto final. Havendo a adição de borohidreto de sódio, teremos o nosso anel. Ele irá reduzir os aldeídos. Ao pensar nos produtos, eu posso desenhar o OH aqui. Começamos com 1 hidrogênio neste carbono. Agora, nós temos 2. Vamos destacá-los. Um deles já estava ali no início, e o outro foi o que adicionamos agora. Usemos este aqui com esses elétrons, ele será o hidreto que iremos transferir. Nós reduzimos os aldeídos a este álcool. A porção de éster da molécula permaneceu intacta. Vou desenhar isso. O borohidreto de sódio é seletivo para este aldeído aqui, ele não tem força para reduzir o éster. No entanto, o hidreto de alumínio e lítio irá reduzir ambos os grupos funcionais. Vamos desenhar o produto referente a essa situação. Primeiro o nosso anel, e então iremos reduzir aldeído mais uma vez em um álcool, da mesma forma que fizemos antes. Digamos que este seja o hidrogênio inicial, e que então, nós transferimos um hidreto, transferimos 1 hidrogênio com 2 elétrons desta forma. Iremos reduzir o éster também. Vamos desenhar o produto disso. Teremos um grupo OH, além de 2 hidrogênios que foram adicionados a este composto nesta redução. Aqui estão eles, o hidrogênio e esses elétrons. Neste caso, há adição de 2 hidretos. Não temos muito tempo para explicar isso neste vídeo, mas futuramente falaremos sobre o mecanismo para reduzir um éster, usando o hidreto de alumínio e lítio. No segundo passo, adicionamos uma fonte de prótons aqui. Em condições normais, o borohidreto de sódio reduz aldeídos e cetonas, já o hidreto de alumínio e lítio pode ser muito mais reativo, ele é capaz de reduzir aldeídos, cetonas, ésteres e ácidos carboxílicos. Isso será abordado em outros vídeos.