FAÇA UMA ABORDAGEM SOBRE AS REAÇÕES DE ADIÇÃO DE \mathrm{H}_{2} AOS COMPOSTOS INSATURADOS C/C (ALQUENOS E ALQUINOS). EXPLIQUE O EFEITO DOS CATALISADORES E A POSSIBILIDADE DE OBTER PRODUTOS DE ADIÇÃO SIN E ANTI. AVALIE BEM O CASO DA ADIÇÃO DOS ALQUINOS, COM A OBTENÇÃO DE CIS-ALQUENOS E TRANS-ALQUENOS.
Passo 1
O enunciado pede uma discussão sobre a hidrogenação (adição de \mathrm{H}_{2}) em compostos com dupla ou tripla ligação carbono-carbono (alquenos e alquinos), incluindo (1) o papel dos catalisadores, (2) os mecanismos que levam a produtos de adição sin e anti, e (3) no caso dos alquinos, como obter seletivamente cis-alquenos ou trans-alquenos. Para resolver, vamos recorrer à teoria de superfícies metálicas, à química de redução dissolvida em metais alcalinos e ao uso de catalisadores “envenenados”.
Passo 2
Definimos adição de hidrogênio como reação em que cada átomo de hidrogênio se liga a um átomo de carbono da insaturação. Em geral a reação ocorre em presença de superfície metálica (Pt, Pd, Ni) que adsorve simultaneamente o \mathrm{H}_{2} e o alceno ou alquino, e promove a quebra da insaturação. A orientação sin (ou seja, os dois hidrogênios chegam do mesmo lado da dupla) decorre da geometria de adsorção plana do composto insaturado na superfície metálica.
Para alquenos a hidrogenação completa segue, em display, a reação típica
Sem envenenamento do catalisador não há controle de parada: vai sempre até o alcano.
Para obter cis-alquenos (adição sin parcial) usa-se catalisador de Lindlar (Pd/CaCO_{3} “envenenado” com Pb e quinolina). A reação para um alquino genérico é
O envenenamento diminui a atividade de hidrogenação, parando na etapa de alceno, e a geometria na superfície metálica ainda impõe adição sin, gerando o isômero cis.
Passo 4
Para obter trans-alquenos (adição anti) aplica-se redução dissolvida em sódio metálico em amônia líquida (Birch modificado). O mecanismo passa por radicais metálicos e prótons de \mathrm{NH}_{3}, levando a
pois cada átomo de hidrogênio adiciona-se de lados opostos (anti) ao longo da sequência radicalar.
Assim, o tipo de catalisador determina se a adição é concertada na superfície (sin) ou via radicais/protones em solução (anti). Catalisadores comuns (Pt, Pd, Ni) fornecem sin e vão até alcano; Lindlar garante sin e para em alceno cis; redução por sódio/amônia fornece anti e gera alceno trans.
Resposta
Em suma:
(a) Alquenos \to catalisador metálico (\mathrm{Pt,Pd,Ni}) \to sempre adição sin e formação de alcanos.
(b) Alquinos \to catalisador metálico normal \to alcanos (sin).
(c) Alquinos + Lindlar \to cis-alquenos (adição sin parcial).
(d) Alquinos + Na/NH_3 \to trans-alquenos (adição anti).