Formação de hemiacetais e hemicetais

RKA1JV Em um vídeo anterior, produzimos hidretos usando aldeídos e cetonas sendo que, neste vídeo, iremos formar hemiacetais usando um aldeído ou uma cetona. A diferença é que, em vez de adicionarmos água, desta vez iremos adicionar um álcool de forma que a reação esteja em equilíbrio. Aqui à direita, o nosso produto é um hemiacetal. Em relação ao mecanismo de formação de hemiacetal, será totalmente análogo ao da formação de um hidrato. Temos a nossa carbonila bem aqui, à esquerda, para o aldeído ou para a cetona. Sendo que o oxigênio, por ser mais eletronegativo, pega parte da densidade eletrônica do carbono carbonílico. Temos um oxigênio parcialmente negativo, e uma carbonila parcialmente positiva. O carbono dessa carbonila está parcialmente positivo, ou seja, ele é eletrofílico. Assim, o nosso álcool pode atuar como um nucleófilo. A molécula de álcool a qual irei desenhar aqui irá funcionar como um nucleófilo desta reação. Um par de elétrons livres no nosso oxigênio irá atacar esse carbono carbonílico empurrando esses elétrons "π" para cá, ou seja, para o oxigênio. O nosso oxigênio já tinha dois pares de elétrons livres, vamos mostrar o resultado desse ataque nucleofílico. O oxigênio está ligado ao nosso carbono, aqui, o hidrogênio ligado ao nosso oxigênio, além do grupo R'' também. Havia, ainda, um par de elétrons livres no nosso oxigênio, dando-lhe a carga formal de +1. Esse carbono estava ligado a outro oxigênio que costumava ter dois pares de elétrons livres sendo que agora ele tem +1, o que lhe fornece uma carga formal de -1. Ainda tínhamos um grupo R e um hidrogênio, vamos seguir alguns elétrons. Esses elétrons aqui em magenta no nosso álcool formaram uma ligação entre o oxigênio e o carbono. Eles estão aqui, então os elétrons "π" dessa carbonila moveram-se para o oxigênio. Não importa muito qual desses pares de elétrons livres foi, digamos que foi esse aqui, esse é o nosso produto intermediário. Vamos para o próximo passo, que seria tirar prótons desse composto intermediário. Poderíamos ter outra molécula de álcool, a que irei desenhar aqui. Outra molécula de um álcool que, nesse caso, atuaria como uma base. Podemos pensar no par de elétrons livres desse álcool pegando este próton, o que deixaria esses elétrons para trás lá no oxigênio. Vamos desenhar o resultado dessa reação ácido-base. Tiramos um próton, sendo que agora temos o oxigênio ligado ao nosso grupo R''. Além de termos esse oxigênio à esquerda com a carga formal de -1, ainda temos um grupo R e um hidrogênio. Nesse oxigênio aqui há agora outro par de elétrons oriundo do passo da perda de prótons. Vou mostrar isso a você. Esses elétrons aqui, entre oxigênio e hidrogênio, estão agora no oxigênio. O que elimina aquela carga formal de +1 do oxigênio, resultando nisso aqui. Estamos, obviamente, bem próximos do nosso produto, sendo que só precisamos de mais uma reação ácido-base. Os álcoois, assim como a água são anfóteros, ou seja, podem funcionar como ácidos e doar prótons também. Vou mostrar isso a você, uma outra molécula de álcool entrará em cena, sendo que um par de elétrons livres pega esse próton, deixando esses elétrons para trás. Iremos dar um próton objetivando formar o nosso hemiacetal. Novamente, poderíamos ter usado o grupo R' desse jeito, se começássemos com uma cetona, sendo que teríamos esse grupo aqui no lugar de hidrogênio no nosso hemiacetal. Ambos são hemiacetais, esse é o mecanismo geral para formar um hemiacetal, não usamos um catalisador, nem ácido, nem básico, pois irei falar disso no próximo vídeo. Na formação de hemiacetais, geralmente o equilíbrio, na verdade, favorece a formação dos aldeídos ou das cetonas. Ele está geralmente para a esquerda. No entanto, na formação de anéis de cinco ou seis membros, em um mecanismo de formação de hemiacetais intramolecular, o equilíbrio favorece à direita. Essa reação é muito importante. Vejamos esse exemplo aqui: nós temos um aldeído e um álcool na mesma molécula, então, isto dará uma reação intramolecular de hemiacetais. Iremos deslocar o equilíbrio para a direita, desse jeito aqui, sendo que formaríamos o hemiacetal cíclico aqui, à direita. Vamos numerar os carbonos para tentarmos descobrir o que aconteceu aqui. Esse carbono será o carbono 1, 2, 3, 4, 5. Sabemos o que acontece no mecanismo, sabemos que o álcool funciona como nucleófilo atacando carbono carbonílico. Esse oxigênio aqui deve ser capaz de dar a volta, atacar o carbono carbonílico, empurrando esses elétrons para esse oxigênio. Vamos seguir os nossos carbonos do lado direito. Esse carbono é o carbono 1, esse é o 2, 3, 4 e 5. Esse oxigênio aqui no nosso anel era esse oxigênio aqui, então vamos rotular o outro oxigênio também. Esse oxigênio torna-se esse oxigênio. A formação de hemiacetais cíclicos é extremamente importante na bioquímica e na química de carboidratos. Prosseguindo, vamos abordar isso aqui de forma mais detalhada. Aqui eu tenho a mesma molécula, só que antes ela estava em uma conformação diferente, mostrei as ligações sigma com uma rotação diferente. Todas essas ligações sigma têm rotação livre, elas irão rodar para permitir que nucleófilo ataque o nosso eletrófilo com mais facilidade, pensemos nisso como um par de elétrons no nosso oxigênio. O que facilita vermos o ataque nucleofílico. O par irá atacar esse carbono aqui, empurrando os elétrons para cá, para esse oxigênio, eu tenho o meu oxigênio que está ligado a esse carbono agora, sendo que formei meu anel. Vamos seguir esses elétrons aqui em magenta, que agora formam essa ligação. Direi que esse oxigênio aqui em vermelho irá para cima do plano. Voltaremos para cá em um minuto, esse oxigênio aqui irá para cima, ele tinha dois pares de elétrons livres. Ele pegou mais um, o que deu origem à carga formal negativa. O oxigênio do nosso anel ainda tem o hidrogênio ligado a ele, além de um par de elétrons, o que lhe fornece uma carga formal de +1. Esse hidrogênio estaria aqui embaixo, esse seria o nosso composto intermediário. Sem mostrar todos os passos da reação ácido-base aqui, pensemos no que ocorre. Sabemos que em seguida haverá perda de prótons, então, uma base entrará em cena tomando esse próton e assim esses elétrons aqui irão mover-se para o nosso oxigênio. Sabemos que depois disso daremos prótons para o nosso composto com carga negativa. Vamos desenhar um dos possíveis produtos. Temos um oxigênio, que é a parte do anel, desenhando a conformação de cadeira temos um grupo OH aqui, em posição equatorial, então, nós temos um hidrogênio axial aqui. Esse seria um dos nossos possíveis produtos, e temos dois pares de elétrons nesse oxigênio. Espero que você note que isso é um dos possíveis produtos, e que aqui nós o desenhamos somente com duas dimensões. Aqui nós desenhamos com a conformação de cadeia, o OH está equatorial nesse caso aqui, vamos voltar para a situação original aqui à esquerda na qual o nucleófilo atacou o carbono carbonílico. Sabemos que a geometria do nosso carbono carbonílico é trigonal plana, o que possibilita que o nucleófilo ataque do lado oposto. Caso isso ocorra, o oxigênio moveria-se para baixo em relação ao plano. Vamos mostrar isso agora, temos outra possibilidade aqui. Vamos desenhá-la, então. O nosso oxigênio irá, agora, fazer parte do nosso anel. Formamos o nosso anel. Desta vez, em vez de colocar o oxigênio na posição equatorial, iremos colocá-lo indo para baixo, ele estará na posição axial. Sendo que ele tem três pares de elétrons livres, o que lhe confere uma carga formal de -1. O hidrogênio fica em posição equatorial, sendo que ainda temos um par de elétrons livres nesse oxigênio, além de um hidrogênio e uma carga formal de +1. Isso é uma outra possibilidade. Novamente, pensando no mecanismo, sabemos que uma base tira prótons, então, esses elétrons iriam para cá e sabemos que, em seguida, haverá um ganho de prótons por parte de quem está negativo, o que forma o nosso hemiacetal. Vamos desenhar isso aqui. Aqui está outro produto. Dessa vez, teremos o hidrogênio equatorial e o OH estará axial. Assim, essas são as duas possibilidades. Quando penso nesse carbono aqui, penso na estereoquímica dele. Esse é um centro quiral, temos esses dois compostos como os nossos possíveis produtos. Isso é extremamente importante para a química de carboidratos, esses hemiacetais diferem-se no carbono 1. Essa seria a posição do carbono 1, sendo que na química dos carboidratos isso se chama carbono anomérico. Se o OH estiver acima ou abaixo, estes seriam dois anômeros diferentes, e isso é importantíssimo para algo como a glicose. Definitivamente, nós iremos falar disso em um vídeo futuro, a formação de hemiacetais cíclicos é uma reação extremamente importante de se entender.