Questão 5 ( 2,0 pontos). Partindo-se do etanal, como você prepararia, no menor número de etapas possível e como produto único o ácido butanóico? Descreva todas as condições reacionais e reagentes usados.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que é dado:
- Pede-se: a partir do etanal, preparar, no menor número de etapas possível e como produto único, o ácido butanóico.
- Informação de partida: etanal (fórmula
). - Produto desejado: ácido butanóico (fórmula
). - Observação importante (para guiar a solução): é preciso aumentar a cadeia de
carbonos (etanal) para carbonos (ácido butanóico), e o produto final deve ser o ácido saturado (sem dupla ligação). A resolução começa a seguir.
Passo 2
Escolha do método (rastreamento retroquímico e ideia geral):
- Para dobrar o número de carbonos a partir de um aldeído simples como o etanal, a maneira mais direta é a condensação aldólica entre duas moléculas de etanal, que forma um composto com quatro carbonos (primeiro a aldol, depois desidratação produzindo uma aldeído-alquinila conjugado).
- Depois dessa união (cadeia C4 formada), basta oxidar/atingir o grupo carbonila para transformá-lo em ácido e saturar a eventual dupla ligação C=C se houver. Vou escolher a sequência que minimiza etapas e usa reações clássicas e seletivas:
- condensação aldólica (auto-aldol) de
→ obtém-se inicialmente 3‑hidroxibutanal e, por aquecimento, desidrata para crotonaldeído ( ); - oxidação suave do grupo aldeído do crotonaldeído → obtém-se o ácido insaturado crotonoico (ácido trans‑2‑butenoico, ou crotonico),
; - hidrogenação catalítica da dupla ligação C=C do ácido crotonoico → obtém‑se o ácido butanóico saturado
.
- condensação aldólica (auto-aldol) de
- Essa sequência (aldol → oxidação aldeído→ácido → hidrogenação C=C) leva a apenas três etapas e evita transformações desnecessárias que aumentariam o número de etapas.
Passo 3
Reação 1 — condensação aldólica (formação da cadeia C4)
- Objetivo: unir duas moléculas de etanal para formar o esqueleto de 4 carbonos.
- Reagentes e condições:
- Base catalítica, por exemplo
aquoso em quantidade catalytic (algumas gotas de solução 10% de ) ou . - Temperatura inicial baixa (por exemplo
) para controlar a formação do enolato e evitar reações laterais; em seguida aquecimento moderado ( ) para promover a desidratação quando desejado.
- Base catalítica, por exemplo
- Mecanismo (explicação didática passo a passo):
- A base (
) remove um próton alfa de uma molécula de etanal, formando o enolato ou enol tautômero (espécie nucleófila): isso cria (representação simplificada). - O enolato nucleófilo ataca o carbono carbonílico de uma segunda molécula de
, formando um intermediário alcóxido que, após protonação, gera o álcool β-hidroxialdeído chamado 3‑hidroxibutanal ( ). - Se se aquece o meio (aquecimento leve), ocorre desidratação (perda de água) do 3‑hidroxibutanal, formando crotonaldeído (
) — esta é a aldol condensação seguida por desidratação, que é favorecida sob aquecimento.
- A base (
- Resultado prático: a partir de
mol de obtém‑se principalmente (crotonaldeído) após aquecimento/desidratação.
Passo 4
Reação 2 — oxidação do aldeído a ácido (formação do ácido insaturado)
- Objetivo: transformar o grupo aldeído
do crotonaldeído em grupo carboxílico , obtendo ácido crotonoico ( ). - Escolha do oxidante e justificativa:
- Usar um oxidante suave e seletivo para aldeídos que não ataque ou quebre a dupla ligação conjugada C=C. Exemplos apropriados: reagente de Tollens (
gerado a partir de e , ou simplesmente uma solução de em amônia) ou em condições brandas; ambos oxidam aldeídos a ácidos carboxílicos sem romper facilmente a ligação C=C conjugada. - Evitar
quente e forte porque pode oxidar e romper ligações C=C, levando a clivagem indesejada.
- Usar um oxidante suave e seletivo para aldeídos que não ataque ou quebre a dupla ligação conjugada C=C. Exemplos apropriados: reagente de Tollens (
- Condições práticas sugeridas:
- Misturar o crotonaldeído em água/álcool e adicionar lentamente a solução de Tollens à temperatura ambiente; formar-se-á o correspondente ácido (pode formar o sal de prata como subproduto antes de acidificação).
- Após completada a oxidação, acidificar e isolar o ácido crotonoico (
).
- Por que essa etapa é boa no exame:
- Oxidar o aldeído enquanto a dupla conjugada permanece intacta é ideal, porque depois a dupla pode ser hidrogenada seletivamente para obter o ácido saturado.
Passo 5
Reação 3 — hidrogenação seletiva da dupla ligação C=C (obter ácido butanóico)
- Objetivo: saturar a dupla ligação C=C do ácido crotonoico para obter ácido butanoico saturado (
). - Reagentes e condições:
- Hidrogenação catalítica com
na presença de catalisador de paládio sobre carvão ( ) ou platina ( ) a pressão moderada ( atm a algumas atm) e temperatura ambiente a leve aquecimento. - Condições suaves preferidas para evitar hidrogenação do grupo carboxílico (o grupo
não é reduzido facilmente sob hidrogenação simples); portanto / em condições controladas reduz preferencialmente a ligação C=C conjugada.
- Hidrogenação catalítica com
- Resultado:
-
(ácido butanóico).
-
- Observações de seletividade:
- Se a hidrogenação for feita no crotonaldeído diretamente, existe risco de reduzir também o grupo aldeído formando álcool (butan-1-ol) ou reduzir demais; hence a ordem feita (oxidação do aldeído para ácido primeiro, depois hidrogenação da C=C) aumenta a chance de se obter somente o ácido saturado final.
- Outra opção viável experimentalmente seria hidrogenar primeiro o C=C do crotonaldeído a butanal e depois oxidar o aldeído a ácido; ambas as ordens funcionam, mas a escolhida evita reduzir o grupo carbonila indevidamente.
Passo 6
Resumo das considerações práticas e justificativas para a prova
- Número mínimo de etapas razoável: três etapas (aldol condensação/desidratação → oxidação aldeído→ácido → hidrogenação C=C).
- Equação estequiométrica conceitual das etapas (esquemática):
-
- Dicas para a prova:
- Explique por que escolheu cada reagente (seletividade oxidante; evitar reagentes que rompam C=C).
- Mostre equilíbrio de condições (temperaturas, catálise) e a razão para acidificar após a oxidação (isolamento do ácido).
- Se pedirem justificar que o produto é único, ressalte a seletividade das etapas (condições que favorecem a condensação cruzada não ocorrem porque só há etanal; oxidante suave; hidrogenação seletiva de C=C).
Resposta
-
(aldol → desidratação)\n2) (oxidação aldeído → ácido)\n3) (hidrogenação da C=C → ácido butanóico)