Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

David Klein · Capítulo 202 de 302

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Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

10.5 Redução dos Alquinos

Acredita-se que o processo de isomerização ocorra por meio de um mecanismo com as seguintes

quatro etapas: (1) desprotonação, (2) protonação, (3) desprotonação e (4) protonação. Usando

essas quatro etapas como um guia, tente representar o mecanismo de isomerização utilizando

estruturas de ressonância sempre que possível. Explique por que o equilíbrio favorece a formação

do alquino terminal.

 

10.5 Redução dos Alquinos

 

Hidrogenação Catalítica

Alquinos sofrem muitas das mesmas reações de adição que os alquenos. Por

exemplo, os alquinos sofrem hidrogenação catalítica do mesmo modo que

os alquenos:

 

No processo, o alquino consome dois equivalentes de hidrogênio molecular:

 

Sob essas condições, o alqueno cis é difícil de isolar, porque ele é muito

mais reativo em relação à hidrogenação do que o alquino de partida. A

pergunta óbvia é então saber se é possível adicionar apenas um equivalente

de hidrogênio para formar o alqueno. Com os catalisadores que vimos até

agora (Pt, Pd ou Ni), isso é difícil de ser alcançado. Entretanto, com um

catalisador parcialmente desativado, chamado um catalisador envenenado, é possível converter um alquino em um alqueno cis (sem redução

adicional):

 

Existem muitos catalisadores envenenados. Um exemplo comum é o

chamado catalisador de Lindlar:

 

Outro exemplo comum é um complexo de níquel-boro (Ni2B), que é muitas

vezes chamado de catalisador P-2. Um catalisador envenenado irá catalisar

a conversão de um alquino em um alqueno cis, mas não vai catalisar a

subsequente redução para formar o alcano (Figura 10.4). Portanto, um

catalisador envenenado pode ser usado para converter um alquino em um

alqueno cis.

FIGURA 10.4

Um diagrama de energia mostrando o efeito de um catalisador envenenado. A hidrogenação do alquino é catalisada, mas a hidrogenação subsequente do alqueno não é catalisada.

 

Esse processo não produz nenhum alqueno trans. O resultado

estereoquímico da hidrogenação do alquino pode ser explicado da mesma

forma que nós explicamos o resultado da hidrogenação de um alqueno

(Seção 9.7). Os dois átomos de hidrogênio são adicionados à mesma face

do alqueno (adição sin) produzindo o alqueno cis como produto principal.

 

VERIFICAÇÃO CONCEITUAL

 

10.9 Represente o produto principal que é esperado de cada uma das seguintes reações:

 

Redução por Metal Dissolvido

 

ATENÇÃO

Esses reagentes não devem ser confundidos com a amida de sódio (NaNH ), que vimos 2 anteriormente neste capítulo. O NaNH − é uma fonte de NH, uma base muito forte. Ao

2 2

contrário, os reagentes utilizados aqui (Na, NH ) representam uma fonte de elétrons. 3

 

Na seção anterior, exploramos as condições que permitem a redução de um

alquino para um alqueno cis. Alquinos também podem ser reduzidos para

alquenos trans através de uma reação inteiramente diferente chamada

redução por metal dissolvido:

Os reagentes empregados são sódio metálico (Na) em amônia líquida

(NH3). A amônia tem um ponto de ebulição muito baixo (−33°C), de modo

que o uso desses reagentes requer baixa temperatura. Quando dissolvidos

em amônia líquida, os átomos de sódio atuam com uma fonte de elétrons:

 

Nessas condições acredita-se que a redução dos alquinos se desenvolve

através do Mecanismo 10.1.

 

MECANISMO 10.1 REDUÇÕES POR METAL DISSOLVIDO

 

Na primeira etapa do mecanismo, um único elétron é transferido para o

alquino, gerando um intermediário que é chamado de ânion radical. Ele é

um ânion devido a carga associada ao par isolado e é um radical por causa

do elétron desemparelhado:

 

Radicais e sua química são estudados em mais detalhes no Capítulo 11. Por

enquanto, vamos apenas destacar que etapas mecanísticas envolvendo

radicais utilizam setas curvas com uma única farpa, em vez de setas curvas

com duas farpas (Figura 10.5). Setas curvas com uma única farpa indicam o movimento de um elétron, enquanto setas com duas farpas indicam o

movimento de dois elétrons. Observe o uso de setas curvas com uma única

farpa na primeira etapa do mecanismo para formar o ânion radical

intermediário. A natureza deste intermediário explica a preferência

estereoquímica na formação de um alqueno trans. Especificamente, o

intermediário atinge um estado de energia mais baixa quando os elétrons

emparelhados e desemparelhados estão posicionados tão distantes quanto

possível, minimizando a sua repulsão.

 

FIGURA 10.5

Setas usadas em mecanismos iônicos (duas farpas) e mecanismos radicalares (uma farpa).

 

A reação prossegue mais rapidamente através do intermediário com

menor energia, que é então protonado pela amônia sob essas condições. Nas

duas etapas restantes do mecanismo, um outro elétron é transferido, seguido

por mais uma transferência de próton. O mecanismo, portanto, é constituído

pelas quatro etapas seguintes: (1) transferência de elétron, (2) transferência

de próton, (3) transferência de elétron e (4) transferência de próton. Isto é, a adição líquida de hidrogênio molecular (H2) é alcançada através da

transferência de dois elétrons e dois prótons na seguinte ordem: e–, H+, e −,

H+. O resultado líquido é uma adição anti de dois átomos de hidrogênio ao

alquino:

 

VERIFICAÇÃO CONCEITUAL

 

10.10 Represente o produto principal esperado quando cada um dos alquinos vistos a seguir é

tratado com sódio em amônia líquida:

 

Hidrogenação Catalítica versus Redução por Metal

Dissolvido

A Figura 10.6 resume os vários métodos que vimos para a redução de um

alquino. Esse diagrama ilustra a forma como o resultado da redução do

alquino pode ser controlado por uma escolha criteriosa dos reagentes:

 

• Para produzir um alcano, um alquino pode ser tratado com H na 2

presença de um catalisador metálico, tal como Pt, Pd ou Ni.

 

• Para produzir um alqueno cis, um alquino pode ser tratado com H2

na presença de um catalisador envenenado, tal como o catalisador

de Lindlar ou o Ni B. 2

 

• Para produzir um alqueno trans, um alquino pode ser tratado com

sódio em amônia líquida.