Porque as reações de adição de hidreto e reagente de Grignard a aldeídos e cetonas são irreversíveis enquanto a adição de alcoóis e de aminas são reversíveis?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a adição de hidreto (p. ex. reagentes como
ou
) e de reagentes de Grignard (
) a aldeídos e cetonas é essencialmente irreversível, ao passo que a formação de hemiacetais, acetais e de iminas (adição de álcoois e aminas) é reversível. O conteúdo envolvido é o mecanismo de adição nucleofílica a carbonilas e o conceito de equilíbrio químico determinado pela estabilidade relativa de reagentes e produtos.
Passo 2
Mecanisticamente, todas essas reações começam com o ataque nucleofílico ao carbono carbonílico, formando um alcóxido intermedário. Em seguida vem a etapa de protonação (no caso de hidreto e Grignard, geralmente num “work-up” ácido) ou a eliminação de água (no caso de alcoóis e aminas, sob catálise ácida) para dar produtos finais distintos. A diferença de reversibilidade está em:
Qual a força e estabilidade do nucleófilo (e de sua conjugada ácida)?
Qual a facilidade com que o grupo que sai (óxido versus água ou amina protonada) pode reverter o passo inicial?
Passo 3
Na adição de álcoois ou de aminas a carbonilas (formando hemiacetais, acetais ou iminas), o equilíbrio fica entre:
. Carbonila
álcool (ou amina)
. Hemiacetal (ou hemiaminal)
acetal (ou imina)
Como o grupo que sai na etapa de formação de acetal ou imina é justamente água (ou amina protonada), que é um bom grupo de saída em meio ácido, a reação pode retroceder facilmente se houver excesso de água. Os valores de pKa envolvidos (p. ex.
e
) são comparáveis, de modo que o equilíbrio químico fica sensível à concentração de água ou amina.
Passo 4
Na adição de hidreto ou de reagente de Grignard, o nucleófilo é muito mais “forte”:
– Hidreto ( ) tem como conjugada ácida
com
.
– Carbanions de Grignard ( ) têm conjugada ácida o alcano
com
.
– Hidreto (
– Carbanions de Grignard (
A etapa de ataque produz um alcóxido ligado ao metal (
ou
no caso de
). Esse alcóxido, após protonação no work-up, gera o álcool, que é muito menos ácido que a água, mas sobretudo:
. O passo inverso exigiria gerar de novo
ou
, bases fortíssimas, removendo um próton do álcool recém-formado.
. Isso seria fortemente endergônico (quase nunca há fonte de base tão forte no meio), de modo que a reação fica “presa” no produto álcool.
Passo 5
Em termos termodinâmicos, a diferença de pKa entre a conjugada ácida do nucleófilo (alvo de volta no passo inverso) e a conjugada ácida do produto determina o deslocamento do equilíbrio. Para hidreto e Grignard, a grande diferença de pKa (>
unidades) torna o retro-ataque impraticável, enquanto para alcoóis e aminas o equilíbrio é facilmente deslocado de um lado para o outro pela concentração de água ou de amina.
Resposta
A adição de hidreto e de reagente de Grignard é irreversível porque produz alcóxidos ligados a metais cuja conjugada ácida (alcoóis) não pode regenerar as bases fortes (
ou
) sem grande custo energético, bloqueando o retro-ataque. Já a adição de álcoois ou aminas forma hemiacetais/hemiaminais que, em presença de água ou amina protonada, podem facilmente voltar ao carbonilo, configurando uma reação reversível.