■ Falando de Modo Prático | O Óxido de Etileno como um Agente de Esterilização para Equipamentos Médicos Sensíveis

é necessário PRATICAR MAIS? Tente Resolver os Problemas 14.42a,14.42c, 14.42e-h,

14.43a,c

 

falando

O Óxido de Etileno como um Agente de Esterilização para

de modo

Equipamentos Médicos Sensíveis

prático

 

O óxido de etileno é um gás incolor, in amável, frequentemente utilizado para esterilizar

equipamentos médicos sensíveis à temperatura. O gás facilmente se difunde através dos

materiais porosos e e cazmente mata todas as formas de micro-organismos, mesmo à

temperatura ambiente. O mecanismo de ação envolve provavelmente um grupo funcional no

DNA atacando o anel e provocando uma abertura do anel do epóxido, efetivamente alquilando

aquele sítio.

Esse processo de alquilação interfere com a função normal do DNA, matando assim os micro-

organismos. O uso de óxido de etileno puro apresenta um risco, porque ele se mistura com o

oxigênio atmosférico e torna-se suscetível a explosão. Este problema é contornado pela

utilização de uma mistura de óxido de etileno e dióxido de carbono, o que já não é mais

explosivo. Tais misturas são vendidas comercialmente para a esterilização de equipamento

médico e grãos agrícolas. Uma dessas misturas é chamada carbóxido e é constituída de 10% de

óxido de etileno e 90% de CO2. Carbóxido pode ser exposto ao ar sem o perigo de explosão.

 

Abertura de Anel Catalisada por Ácido

Na seção anterior, vimos as reações de epóxidos com nucleófilos fortes. A

força motriz para essas reações foi a remoção da tensão do anel associada ao

anel de três membros de um epóxido. Reações de abertura de anel também

podem ocorrer sob condições ácidas. Como exemplo, considere a reação

entre o óxido de etileno e HX.

 

Essa transformação envolve duas etapas mecanicistas (Mecanismo 14.6).

 

MECANISMO 14.6 ABERTURA DE ANEL DE UM EPÓXIDO CATALISADA POR

ÁCIDO

A primeira etapa é uma transferência de próton, e a segunda etapa é um

 

ataque nucleofílico (SN2) por um íon haleto. Esta reação pode ser realizada

com HCl, HBr ou HI. Outros nucleófilo, tais como a água ou um álcool,

também podem abrir um anel de epóxido sob condições ácidas. Uma

pequena quantidade de ácido (geralmente ácido sulfúrico) é usada para

catalisar a reação.

 

Os colchetes em torno do H+ indicam que o ácido se comporta como um

catalisador. Em cada uma das reações anteriores, o mecanismo envolve uma

transferência de próton como a etapa final do mecanismo.

As duas primeiras etapas são análogas às duas etapas no Mecanismo 14.6. A

etapa adicional de transferência de próton no final do mecanismo é

necessária para remover a carga formada após o ataque de um nucleófilo

neutro. O processo anterior é utilizado para a produção em massa de

etilenoglicol.

 

Cada ano, mais de três milhões de toneladas de etilenoglicol são produzidas

nos Estados Unidos através da abertura do anel do óxido de etileno

catalisada por ácido. A maior parte do etilenoglicol é utilizada como

anticongelante.

Como vimos na seção anterior, há duas características importantes das

reações de abertura de anel: o resultado regioquímico e o resultado

estereoquímico. Vamos começar com o regioquímico. Quando o epóxido de

partida é assimétrico, o resultado regioquímico depende da natureza do

epóxido. Se de um lado é primário e do outro é secundário, então o ataque

ocorre na posição primária, menos impedida, assim como seria de esperar

para um processo SN2.

No entanto, quando um lado do epóxido é uma posição terciária, a reação

ocorre no sítio terciário, mais substituído.

 

Por que deve ocorrer isso? É verdade que o sítio primário é menos

congestionado, mas existe um fator que é ainda mais dominante do que o

impedimento estérico. Esse fator é um efeito eletrônico. Um epóxido

protonado é carregado positivamente, e o átomo de oxigênio com carga

positiva retira densidade eletrônica a partir dos dois átomos de carbono do

epóxido.

 

Cada um dos átomos de carbono tem uma carga positiva parcial (δ+). Isto é,

ambos têm caráter carbocatiônico parcial. No entanto, esses dois átomos de

carbono não são equivalentes na sua capacidade de suportar uma carga

positiva parcial. A posição terciária é significativamente mais capaz de

suportar uma carga positiva parcial, e assim a posição terciária tem muito

mais caráter carbocatiônico parcial do que a posição primária. O epóxido

protonado é, portanto, representado de forma mais precisa conforme visto a

seguir.

Existem duas consequências importantes dessa análise: (1) o carbono mais

substituído é um eletrófilo mais forte e, portanto, é mais suscetível a ataque

nucleofílico e (2) o carbono mais substituído possui caráter carbocatiônico

significativo, o que significa que a sua geometria é descrita como algo entre

tetraédrica e plano triangular, permitindo que o ataque nucleofílico ocorra

naquela posição apesar dela ser terciária.

Para resumir, o resultado regioquímico de abertura de anel catalisada

por ácido depende da natureza do epóxido.

 

Existem dois fatores competindo para controlar a regioquímica: os efeitos

eletrônicos vs. efeitos estéricos. O primeiro favorece o ataque na posição

mais substituída, enquanto o último favorece o ataque na posição menos

substituída. Para determinar qual o fator dominante, temos que analisar o

epóxido. Quando o epóxido possui uma posição terciária, o efeito eletrônico

será dominante. Quando o epóxido possui apenas posições primárias e

secundárias, o efeito estérico será dominante. A regioquímica da abertura de

anel catalisada por ácido é apenas um exemplo em que os efeitos estéricos e

os efeitos eletrônicos competem. À medida que avançarmos através do

curso, vamos ver outros exemplos de efeitos eletrônicos vs. efeitos estéricos.

Na seção anterior (abertura do anel com nucleófilos fortes), a

regioquímica era mais simples, porque os efeitos eletrônicos não eram um

fator a ser levado em conta. O epóxido era atacado por um nucleófilo antes de ser protonado, de modo que o epóxido não tinha uma carga positiva

quando era atacado. Nesse caso, o impedimento estérico era o único fator a

ser considerado.

Agora vamos voltar nossa atenção para a estereoquímica das reações de

abertura do anel catalisadas por ácido. Quando o ataque ocorre em um

centro de quiralidade, observa-se a inversão de configuração. Este resultado

é consistente com um processo semelhante ao S N2 envolvendo o ataque pelo

lado de trás do nucleófilo.

 

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

14.5 REPRESENTAÇÃO DO MECANISMO E PREVISÃO DO PRODUTO DA ABERTURA

DE ANEL CATALISADA POR ÁCIDO

 

APRENDIZAGEM

Preveja o produto da reação vista a seguir e represente o mecanismo provável para a sua

formação:

 

SOLUÇÃO

A presença de ácido sulfúrico indica que o epóxido é aberto sob condições catalisadas por ácido.

A m de representar o produto, é preciso considerar a regioquímica e a estereoquímica da

reação.

 

1. Para prever o resultado regioquímico, analisamos o epóxido.

 

ETAPA 1

Identi cação da regioquímica através da determinação se efeitos estéricos ou efeitos eletrônicos

irão dominar.

 

Um lado é terciário, portanto, espera-se que os efeitos eletrônicos controlem a

regioquímica, e prevemos que um ataque nucleofílico ocorrerá na posição terciária, que é a

mais substituída.

 

2. Em seguida, identi camos o resultado estereoquímico. Olhamos para o centro que está

sendo atacado e determinamos se ele é um centro de quiralidade. Neste caso, ele é um

centro de quiralidade, de modo que esperamos um ataque do nucleó lo pelo lado de trás

invertendo a con guração deste centro.

 

ETAPA 2

Identi cação da estereoquímica através da determinação se o nucleó lo ataca um centro de

quiralidade. Se assim for, espera-se uma inversão de con guração.

Agora que previmos os resultados regioquímico e estereoquímico, estamos prontos para

representar o mecanismo. O epóxido é inicialmente protonado e depois atacado por um

nucleó lo (EtOH).

 

ETAPA 3

Representação de todas as três etapas do mecanismo.

 

Uma vez que o ataque foi de um nucleó lo neutro (EtOH), será necessária uma etapa

adicional de transferência de próton para remover a carga e gerar o produto nal.

 

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

14.20 Para cada reação vista a seguir, preveja o produto e represente o mecanismo da sua

formação.