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 \ce{NaBH4} ou \ce{LiAlH4}) e de reagentes de Grignard ( \ce{RMgX}) 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:
\bullet Qual a força e estabilidade do nucleófilo (e de sua conjugada ácida)?
\bullet 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:
1. Carbonila + álcool (ou amina)
2. Hemiacetal (ou hemiaminal) \to acetal (ou imina) + \ce{H2O}
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. \text{pKa}(\ce{H2O})\approx 0 e \text{pKa}(\ce{RNH3+})\approx 9\mbox{–}10) 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 ( \ce{H-}) tem como conjugada ácida \ce{H2} com \text{pKa}\approx 35.
– Carbanions de Grignard ( \ce{R-}) têm conjugada ácida o alcano \ce{RH} com \text{pKa}\approx 50.
A etapa de ataque produz um alcóxido ligado ao metal ( \ce{R–C–O-}\!\dots\!\ce{MgX+} ou \ce{Al} no caso de \ce{LiAlH4}). Esse alcóxido, após protonação no work-up, gera o álcool, que é muito menos ácido que a água, mas sobretudo:
1. O passo inverso exigiria gerar de novo \ce{H-} ou \ce{R-}, bases fortíssimas, removendo um próton do álcool recém-formado.
2. 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 (> 20 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 ( \ce{H-} ou \ce{R-}) 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.

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