Proponha sínteses razoáveis para cada uma das seguintes moléculas. Use um alquino em cada síntese pelo menos uma vez.
OHOH

Passo 1

O que o enunciado pede: propor sínteses razoáveis para a molécula dada, usando um alquino em cada síntese pelo menos uma vez. A molécula representada por <smiles>CC(O)CCO</smiles> é o mesmo que a cadeia linear com quatro carbonos contendo dois grupos hidroxila em posições que, ao numerar do fim apropriado, correspondem a uma diálcool 1,3: isto é, butano-1,3-diol (fórmula estrutural: CH3–CH(OH)–CH2–CH2OH). Informação dada e exigência obrigatória: usar um alquino como reagente/intermediário em cada rota proposta. Não há outras restrições (por exemplo, custo de reagentes ou racemicidade), então aceitaremos rotas típicas de laboratório que sejam didáticas e realizáveis.

Passo 2

Planejamento retrosintético — ideia geral que vou usar nas rotas:
  • Quero acabar com CH3–CH(OH)–CH2–CH2OH. Uma estratégia eficiente é gerar primeiro o esqueleto carbonado e um grupo carbonila (cetona) no carbono que será convertido na hidroxila secundária (C3 relativo à forma final), e depois reduzir seletivamente essa carbonila a álcool secundário. Para introduzir o grupo carbonila a partir de um alquino existe uma reação clássica: hidratação/oxidação de alquinos (hidroboração-oxidação ou hidratação catalisada por Hg2+), que converte alquinos em cetonas ou aldeídos dependendo do caso e da regiochemia. Portanto vou construir um alquino com os quatro carbonos adequados (ou construir o esqueleto por alquilação de um acetilídeo) e, a partir dele, gerar a cetona desejada e então reduzir à diol.
  • Em todas as rotas vou explicar por que cada reagente faz o que faz, como controlar regiochemia e quais cuidados práticos tomar.

Passo 3

Rota A — descrição conceitual (resumo antes dos passos experimentais):
  • Intermediário-chave: 3-butyn-1-ol (HO–CH2–C≡C–CH3). Este é um alquino interno (a tripla ligação entre C2 e C3 do esqueleto de 4C, com uma hidroxila primária já presente).
  • Reação chave: hidratação / oxidação do alquino para dar uma cetona em posição conveniente (formando HO–CH2–CO–CH3). A partir dessa cetona, redução seletiva do carbonilo com um hidreto leve (NaBH4) dá exatamente HO–CH2–CH(OH)–CH2–CH3, que é o objetivo (butano-1,3-diol).
  • Como obter 3-butyn-1-ol: a partir de propargil álcool (HC≡C–CH2OH) via alquilação do anião acetilídeo com iodeto de metila (MeI) — passo clássico de elongação de cadeia com acetilídeos.

Passo 4

Rota A — passos experimentais detalhados e didáticos (cada passo com porquê e condições):
  1. Preparar o acetilídeo a partir do propargil álcool:
    • Reação: deprotonar o alquino terminal propargil álcool (HC≡C–CH2OH) com uma base forte, por ex. n‑BuLi ou NaNH2, formando o acetilídeo aniónico (⁻C≡C–CH2OH).
    • Porquê: o hídrido do carbono terminal do alquino é ácido (pKa ~25), então bases fortes removem esse H gerando um nucleófilo C≡C⁻ que pode atacar haletos alquila.
    • Condições típicas: solvente anidro (THF), temperatura baixa (0 °C a –78 °C com n‑BuLi, ou 0 °C com NaNH2 depende do protocolo).
  2. Alquilação do acetilídeo com iodeto de metila (MeI) para obter 3-butyn-1-ol:
    • Reação: ⁻C≡C–CH2OH + MeI → HO–CH2–C≡C–CH3 (3-butyn-1-ol).
    • Porquê: ataque nucleofílico do carbono acetilídeo ao carbonómero do haleto gera a ligação C–C desejada, aumentando a cadeia em um carbono (introduz o grupo metil).
    • Observação prática: é melhor proteger a hidroxila se houver preocupação com reações laterais (porém, propargil álcool normalmente tolera a etapa se as condições forem anidras e apropriadas). Se proteger, usar proteção simples (ex.: TBDMS) e, depois da alquilação, desproteger.
  3. Hidratação/oxidação do alquino para formar a cetona HO–CH2–CO–CH3:
    • Reação escolhida: hidroboração-oxidação de alquinos internos (por exemplo, BH3·THF ou disiamylborane, seguido de H2O2/OH⁻). Para alquinos internos a regiochemia é controlada pelo reagente de boro: o boro adiciona preferencialmente ao carbono mais acessível (menos impedido), produzindo após oxidação a carbonila no outro carbono.
    • Porquê e resultado: para HO–CH2–C≡C–CH3 o boro prefere adicionar ao carbono próximo do grupo OH (mais acessível), de modo que a oxidação gera a cetona no carbono adjacente ao metil, dando HO–CH2–CO–CH3 (um hidroxi-cetona). Este é exatamente o precursor carbonílico que, ao reduzir, nos leva ao álcool secundário na posição desejada.
    • Observações: alternativa é hidratação com HgSO4/H2SO4 que também leva a cetonas em alquinos internos; escolha por reações menos tóxicas e controle regioselectivo (disiamylborane é uma boa opção para controlar regiochemia).
  4. Redução da cetona a álcool secundário:
    • Reação: reduzir HO–CH2–CO–CH3 com NaBH4 (hidreto leve) para converter a função carbonila a HO–CH2–CH(OH)–CH2–CH3.
    • Porquê: NaBH4 reduz cetonas a álcoois secundários de forma suave e seletiva, sem reduzir funcionais mais resistentes (como o álcool primário já presente). Condições típicas: metanol ou EtOH como solvente, temperatura 0–25 °C.
  5. Purificação e isolamento:
    • Recolher o butano-1,3-diol (pode necessitar extração, secagem, filtração sobre sílica, destilação dependendo pureza). Se houver proteção inicial da hidroxila, fazer desproteção neste ponto (por ex. TBAF para TBDMS).

Passo 5

Rota B — outra rota alternativa (começando de acetileno simples e construindo o esqueleto; é útil didaticamente para ver uso de acetilídeos e adições nucleofílicas):
  • Estratégia resumo: gerar propargil álcool (HC≡C–CH2OH) a partir de acetileno + formaldeído; então, como na rota A, alquilar o acetilídeo para formar 3-butyn-1-ol; depois oxidar o alquino a cetona (hidratação com HgSO4 ou hidroboração/oxidação) e reduzir com NaBH4. A diferença é mostrar passo inicial alternativo (construção do propargil álcool) e enfatizar controles de regiochemia.
  • Vantagem didática: mostra como construir o fragmento –CH2OH direto de reagentes simples e reforça o conceito de adição nucleofílica de acetilídeos a carbonilas.

Passo 6

Rota B — passos experimentais detalhados e didáticos:
  1. Síntese de propargil álcool a partir de acetileno:
    • Reação: gerar o acetilídeo (HC≡C⁻) a partir de acetileno com base forte (NaNH2), e atacar formaldeído (H–CHO). O resultado é propargil álcool: HC≡C–CH2OH.
    • Porquê: acetilídeos são nucleófilos que atacam carbonilas aldeídicas formando álcoois propargílicos; é uma maneira direta de acrescentar um –CH2OH ao carbono do acetileno.
    • Condições: anidro, temperatura controlada; depois quench com água para obter o álcool.
  2. Alquilação com MeI (mesma ideia da rota A) para obter 3-butyn-1-ol:
    • Deprotonar o alquino terminal do propargil álcool e usar MeI para instalar o metil, obtendo HO–CH2–C≡C–CH3.
  3. Hidratação/oxidação do alquino para obter a cetona HO–CH2–CO–CH3:
    • Usar HgSO4/H2SO4 (hidratação de alquinos clássica) ou hidroboração-oxidação (disiamylborane / H2O2, OH⁻). Explicar que Hg2+ leva, via carbocation/resonância enol→cetona, a cetona marcada; hidroboração pode dar melhor controle regioquímico dependendo do substituinte.
    • Resultado: obtém-se o hidroxi‑cetona desejada.
  4. Reduzir a cetona com NaBH4 para obter butano-1,3-diol:
    • Mesma lógica: redução seletiva do carbonilo para formar o álcool secundário sem tocar o álcool primário.
  5. Purificação final.

Passo 7

Explicações didáticas e dicas práticas (mini-aula sobre os reagentes e por que funcionam — passo a passo simples e memorável):
  • Acetilídeos (C≡C⁻) e alquilações: quando você deprotona um alquino terminal com n‑BuLi ou NaNH2 gera um nucleófilo carbonado que é excelente para atacar haletos alquila (RX) em reação SN2 quando RX é primário (ex.: MeI). Isso é um jeito padrão de alongar cadeias por um carbono.
  • Hidratação/oxidação de alquinos:
    • HgSO4/H2SO4: hidrata o alquino via formação de um enol que tautomeriza para cetona (regiochemia: formação de cetona no carbono mais substituído — “Markovnikov” para alquinos). Bom para alquinossubsituídos.
    • Hidroboração-oxidação (BH3, depois H2O2/OH⁻): em alquinos terminais dá aldeídos (anti‑Markovnikov); em alquinos internos com reagentes grandes (disiamylborane) você pode controlar onde vai o boro e, após oxidação, onde se forma a carbonila. Deve justificar a escolha dependendo do substrato.
  • Reduções com NaBH4: hidretos como NaBH4 reduzem cetonas e aldeídos com facilidade, mas não reduzem ligações C=C nem esteres com as condições suaves; portanto são muito úteis para transformar uma cetona obtida de um alquino em um álcool secundário preservando outros grupos.
  • Proteção de álcoois: se houver perigo de reatividade do grupo OH durante etapas muito básicas ou fortemente nucleofílicas, proteja com um grupo como TBDMS ou acetil; depois remova com TBAF (para TBDMS) ou condições básicas/ácidas adequadas. Em minhas rotas exemplares eu indiquei que a proteção pode ser necessária mas para clareza omiti procedimentos longos; em prova, mencionar que você considera proteção é suficiente.

Passo 8

Resumo prático (fluxograma mental que você pode escrever na prova):
  • Montar 3-butyn-1-ol (via alquilação de propargil álcool ou via adição de acetilídeo a formaldeído + alquilação).
  • Converter o alquino em uma cetona no carbono correto (hidratação controlada).
  • Reduzir a cetona com NaBH4 para obter o diol 1,3.
  • Opcional: proteger/desproteger grupos hidroxila se necessário em passos com bases fortes.

Resposta

Rota A: HC≡C–CH2OH → (deprotonar com NaNH2 ou n‑BuLi; alkilar com MeI) → HO–CH2–C≡C–CH3 (3‑butyn‑1‑ol) → (hidroboração‑oxidação, ex.: disiamylborane then H2O2/OH⁻) → HO–CH2–CO–CH3 → (NaBH4) → HO–CH2–CH(OH)–CH2–CH3 (butano‑1,3‑diol).
Rota B: HC≡CH → (deprotonar, atacar HCHO) → HC≡C–CH2OH (propargil álcool) → (deprotonar, alkilar com MeI) → HO–CH2–C≡C–CH3 → (hidratação/oxidação do alquino, ex.: HgSO4/H2SO4 ou hidroboração‑oxidação controlada) → HO–CH2–CO–CH3 → (NaBH4) → HO–CH2–CH(OH)–CH2–CH3.

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