Reazioni degli alcoli - PianetaChimica.it

www.pianetachimica.itReazioni degli alcoliIndice:1) Sintesi degli alcossidi........................................................... 22) Sintesi di Williamson degli eteri........................................... 23) Trasformazione degli alcoli in alogenuri alchilici................ 34) Sintesi degli esteri................................................................. 65) Trasformazione degli alcoli in eteri e alcheni....................... 76) Ossidazione........................................................................... 9Tabella dei valori di pKa compresi tra 10 e 20pKa20 -18 -alfa H dei chetonialcoli terziarialcoli secondarialcoli primariCH 3CO CH 3CH 3CO CH 2R COH3 3R CO−−OHOCH 3CH CH 3CH 3CH CH 3CH 3CH 2OH CH 3CH 2O−−16-metanoloacquaCH 3OHOCH 3OOH −−14-estere malonicoH 2OH OEtOOC −CH 2− COOEt−−EtOOC CH −COOEt12-estere acetaceticoCH 3CO −CH 2− COOEt−−CH 3CO CH −COOEt10 -fenolo−Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 1

www.pianetachimica.itSintesi degli alcossidiGli alcoli e i fenoli vengono trasformati in alcossidi per trattamento con basi forti.I fenoli (pKa 10) sono circa 10 milioni di volte più acidi degli alcoli a causa della risonanza con l’anelloaromatico che stabilizza la carica negativa dello ione fenato.OH : O−O O O.. −..−La pKa del fenolo consente di preparare il fenato per reazione con NaOH.OHO− Na+−..+ H ++ NaOH+ H 2OSe ordiniamo gli alcoli secondo l’acidità decrescente, cioè dal più acido al meno acido, otteniamo:alcol metilico (pKa 16) > alcoli primari (pKa 17,5) > alcoli secondari (pKa 18) > alcoli terziari (pKa 19).Queste differenze di acidità sono dovute essenzialmente al diverso ingombro sterico che rende più difficile lasolvatazione in H 2 O della carica negativa dell’alcossido quando i gruppi alchilici sono più ingombranti.A differenza dei fenoli, gli alcoli sono meno acidi dell’acqua e non possono essere trasformati nei corrispondentialcossidi con OH − , ma si deve usare sodio metallico.OHO− Na+2 CH 3CH 2+ 2 Na 2 CH 3CH 2+H 2Sintesi di Williamson degli eteriGli eteri possono essere sintetizzati con una reazione di sostituzione SN2 tra gli alcossidi e gli alogenurialchilici. Questa reazione è nota come sintesi di Williamson. L’alogenuro alchilico che subisce la SN2 puòessere primario o secondario. Gli alogenuri terziari e quelli aromatici, per questioni di ingombro sterico, nonpossono subire reazioni SN2.−O:ClSN2CH 3CH 2+ CH 3CH CH 3CH 3CH 2O CH CH 3CH 3ClCH 3−SN2CH 3C O:+ CH 2CH 3CH 3C O CH 2CH 3CH 3CH 3Se uno dei due sostituenti dell’etere è terziario come nell’etil terzbutil etere mostrato qui sopra, la sintesideve essere progettata in modo che l’alcossido sia terziario e l’alogenuro sia primario. Altrimenti si ottieneprevalentemente l’alchene, il prodotto di una eliminazione E2, perchè l’alogenuro terziario non può subireuna SN2.−O:ClOHE2CH 3CH 2+ CH 2C CH 3CH 3CH 2+ CH 2C CH 3CH 3HCH 3CH 3.Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 2

www.pianetachimica.itTrasformazione degli alcoli in alogenuri alchiliciGli alcoli possono essere trasformati in cloruri e bromuri alchilici per reazione diretta con gli acidialogenidrici HCl e HBr. L’ambiente acido è necessario per trasformare il gruppo OH dell’alcol in OH 2 + ecreare così nella molecola un miglior gruppo uscente.La reazione inizia con la protonazione del gruppo OH dell’alcol. L’alcol protonato può reagire in due modidiversi: può dare una reazione SN2 con X − , oppure può dare una reazione SN1 formando un carbocationeche in un secondo momento reagisce con l’alogenuro X − . Il meccanismo della reazione sarà SN2 o SN1aseconda della struttura dell’alcol e del carattere più o meno nucleofilo dell’alogenuro.Gli alcoli terziari reagiscono con meccanismo SN1 sia con HCl che con HBr. La reazione avvienevelocemente anche a freddo, ma è sempre accompagnata da una piccola percentuale di eliminazione E1.Qui è illustrata la sintesi del cloruro di terzbutile che è accompagnata dalla formazione di piccole quantità di2-metilpropene:OHCH 3C CH 3ClSN1+ HCl CH 3C CH 3+ CH 2C CH 3+ H 2OCH 3Meccanismo di reazione:CH 3prodotto principaleCH 3..OHCH 3C CH 3+OH 2+ H + veloceCH 3C CH 3CH 3+OH 2lento +CH 3C CH 3CH 3C CH 3CH 3+ H 2OCH 3CH 3Cl+CH 3C CH 3+ Cl − veloce:CH 3C CHSN13CH 3CH 3H+CH 3C CH 2+ Cl − veloce:CH 3C CHE12CH 3CH 3Gli alcoli primari e secondari reagiscono con HBr con meccanismo SN2.OHBrSN2CH 3CH 2CH 2+ HBrCH 3CH 2CH 2+ H 2OMeccanismo di reazione:..+OHOH 2veloceCH 3CH 2CH 2+ H +CH 3CH 2CH 2+OH 2Br− lentoCH 3CH 2CH 2+ : BrCH 3CH 2CHSN22Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 3

www.pianetachimica.itLa reazione degli alcoli primari e secondari con HCl, invece, è troppo lenta per la scarsa nucleofilicità delloione cloruro e quindi deve essere condotta a caldo in presenza di ZnCl 2 , un forte acido di Lewis. In questecondizioni, però, la reazione non procede in modo pulito con meccanismo SN2, ma si ottengono miscele dialogenuri diversi. Questo indica che il meccanismo non è solo SN2, ma in parte anche SN1 ed E1, cioèdurante la reazione si formano carbocationi che possono dar luogo ad eliminazioni, trasposizioni e ad altrereazioni collaterali.OHCH 3CH CH 2CH 2+ HClCH 3ZnCl 2a caldoClClClCH 3CH CH 2CH 2+ CH 3CH CH CH 3+ CH 3C CH 2CH 3 + CH 3C CH CH 3+ H 2OCH 3CH 3CH 3CH 3Meccanismo di reazione:..H Zn ClOH+ OCH 3CH CH 2CH 2+ Cl Zn ClCH CH 2CH 2CH 3A)H Zn Cl+ O −Cl:ClCH 3CH CH 2CH 2CH 3CH CH 2CH 2SN2CH 3CH 3B)H Zn Cl+ O −H:ClH ++CH 3CH CH CH 2CH 3CH CH CH 2CH 3CH CH CH 2CH 3CH 3CH 3HH+CH 3CH CH CH 2CH 3−: ClSN1ClCH 3CH CH CH 3CH 3C)H+CH 3C CH CH 3CH 3trasposizione1,2 di idruroH+CH 3C CH CH 3CH 3−:ClSN1ClCH 3C CH 2CH 3CH 3D)H+CH 3C CH CH 3CH 3−:ClE1C CH CH 3CH 3CH 3Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 4

www.pianetachimica.itLa reazione di HCl con gli acidi primari e secondari, quindi, non può essere usata a scopo preparativo, ma èutilizzata nel saggio di Lucas per determinare la natura dell’alcol.Gli alcoli terziari reagiscono con HCl a freddo (se c’è stata reazione si nota la formazione di uno strato diliquido supernatante dovuto all’alogenuro alchilico che non è solubile in acqua).Gli alcoli secondari reagiscono con HCl a freddo solo in presenza di ZnCl 2 .Gli alcoli primari reagiscono con HCl e ZnCl 2 solo a caldo (si nota un intorbidamento della miscela direazione).Gli alcoli primari e secondari possono essere convertiti nei corrispondenti cloruri e bromuri alchiliciutilizzando come reattivi PCl 3 e PBr 3 al posto di HCl e HBr. La reazione avviene in modo più pulito e conrese più alte. Gli alogenuri di fosforo trasformano il gruppo uscente dell’alcol (OH − ) in un miglior gruppouscente PX 2 O − . Tutti e tre gli atomi di alogeno possono reagire e quindi il PX 3 viene convertito in acidofosforoso H 3 PO 3 . La reazione procede con meccanismo SN2. Qui è illustrata la sintesi dell’1-cloropropano.OHClSN23 CH 3CH 2CH 2+ PCl 33 CH 3CH 2CH 2+ H 3PO 3Meccanismo della reazione:Cl..POHO ClCH 3CH 2CH 2+ Cl P ClCH 3CH 2CH 2+ H + + Cl −ClClPO Cl −Cl:Cl−CH 3CH 2CH 2CH 3CH 2CH 2+ Cl P OSN2ClGli alcoli primari e secondari possono essere trasformati nei corrispondenti cloruri alchilici con cloruro ditionile SOCl 2 . La reazione è molto utilizzata perché è pulita infatti, oltre al cloruro alchilico, si formano soloSO 2 e HCl, due sostanze gassose che possono essere allontanate con facilità. Dato che nell’ambiente direazione HCl può non essere abbastanza dissociato per fornire la concentrazione necessaria di ioni Cl − , siaggiunge un’ammina terziaria NR 3 che forma il sale d’ammonio con HCl e rende più disponibili gli ioniCl − . La reazione procede regolarmente con meccanismo SN2, quindi nel caso di alcoli otticamente attivi siosserva inversione di configurazione.OH OClNR 3CH 3CH 2CH 2+ Cl S ClCH 3CH 2CH 2+ SO 2+ HClSN2Meccanismo della reazione:O..SOH OO ClCH 3CH 2CH 2+ Cl S ClCH 3CH 2CH 2+ HClH..+R N R + H Cl R N RROSCH 3CH 2CH 2OCl−:ClSN2CH 3ClRCH 2CH 2++SOOCl −Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 5

www.pianetachimica.itSintesi degli esteriGli esteri carbossilici si ottengono per condensazione di un alcol con un acido carbossilico o con un suoderivato come un cloruro o una anidride.Qui esamineremo solo la reazione di esterificazione di Fischer, cioè l’esterificazione diretta di un alcol conun acido carbossilico con catalisi acida per HCl o H 2 SO 4 . L’alcol, l’acido carbossilico e l’HCl devono essereanidri, la reazione infatti è reversibile e l’acqua sposterebbe l’equilibrio verso sinistra cioè verso l’idrolisidell’estere.OOHOHClCH 3CH 2C + CH 3CH 2CH 3CH 2C+ H 2OOHO CH 2CH 3acido propanoico etanolo etil propanoatoMeccanismo della reazione:..OOHH ++CH 3CH 2CCH 3CH 2COHOH: OHCH 2: OH+OHCH 3OHHCH 3CH 2C O CH 2CH 3+OHCH 3CH 2C O CH 2CH 3CH 3CH 2CCH 3CH 2COH O CH22CH 3 O CH 2CH 3O+Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 6

www.pianetachimica.itTrasformazione degli alcoli in eteri e alcheniGli alcoli possono essere trattati con acido solforico e si trasformano in eteri o alcheni a seconda dellatemperatura di reazione, della struttura dell’alcol, della concentrazione di acido solforico utilizzata.Disidratazione degli alcoli ad eteriTrattando gli alcoli primari o secondari con una bassa concentrazione di H 2 SO 4 e a una temperatura di circa100 – 140 °C si ottengono eteri. Gli alcoli primari reagiscono con meccanismo SN2, i secondari conmeccanismo SN1, mentre i terziari non danno gli eteri diterziari perché questi sono instabili a causadell’ingombro sterico.Con etanolo, un alcol primario si ha:2OHCH 3CH 2H 2SO 4SN2140 °CCH 3CH 2O CH 2CH 3+ H 2OMeccanismo di reazione:..OHOCH 3CH 2+HOSO+OH 2OCH 3CH 2O SOsolfato acido di etileOH..OHOSN2+CH 3CH 2+ CH 3CH 2O S OH CH 3CH 2O CH 2CH 3OHCon 2-propoanolo, un alcol secondario, la reazione è la seguente:2OHCH 3CHH 2SO 4100 °CCH 3CH 3CH O CH CH 3+ H 2OSN1CH 3CH 3CH 3CH 2O CH 2CH 3dietil etereMeccanismo di reazione:..+OHOHH + 2+CH 3CH CH 3CH 3CH CH 3CH 3CH CH 3..OHH+SN1CH 3CH CH CH 3CH 3CH O CH CH 3CH 3CH O CH CH+3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3Un alcol terziario come l’alcol terzbutilico non può formare l’etere diterzbutilico a causa dell’ingombrosterico, ma può reagire a 20°C con un alcol primario, come l’etanolo, formando l’etere misto. A 20 °C,infatti, l’etanolo non può reagire con sé stesso per dare il dietil etere (questa reazione avviene a 140 °C).....+OHOHOH 2CHH + CH 2CH 3+3CH 3C CH 3CH 3C CH 3CH 3C CH 3CH 3C O CH 2CH 3SN1CH 3CH 3CH 3CH 3Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 7

www.pianetachimica.itDisidratazione degli alcoli ad alcheniTrattando gli alcoli con acido solforico concentrato e a temperature maggiori di quelle necessarie a disidrataregli alcoli ad eteri (180 °C per i primari e 140 °C per i secondari) si ottengono gli alcheni attraversoreazioni di eliminazione E1. Dato che gli intermedi di reazione sono carbocationi, sono frequenti le trasposizionie si ottengono miscele di prodotti in cui dominano gli alcheni termodinamicamente più stabili. Peresempio, il trans 2-butene è il prodotto principale della disidratazione sia del 1-butanolo sia del 2-butanolo.CH 3OHCH 2CH 2CH 2OHCH 3CH 2CH CH 3Meccanismo di reazione:+OH 2CH 3CH 2CH CH 2H180 °CH 2 SO 4140 °CH 2 SO 4HSO 4-..CH 3HCCHCH 3prodotto principaleCH 3CH 2CH CH 2H ++OH 2+CH 3CH 2CH CH 3CH 3CH 2CH CH 3H..+ -HSO 4CH 3CH CH 2CH 3CH 3CCH+CH 3CCCH 3HCH 3HHtrans 2-butenecis 2-buteneprodotto principaleProf. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 8

www.pianetachimica.itOssidazioneOssidare un alcol significa ossidare il carbonio che regge l’ossidrile strappandogli un idrogeno e creando undoppio legame carbonio ossigeno, un carbonile.L’ossidazione può avvenire due volte sull’alcol primario che possiede due idrogeni sul carbonio alfa(quello che regge l’OH) formando l’acido carbossilico.OH[Ox]O [Ox]OCH 3C HCH 3CCH 3CHHOHalcol primario aldeide acido carbossilicoL’ossidazione può avvenire una sola volta sull’alcol secondario che ha un solo idrogeno sul carbonio alfa.OHCH 3C CH 3H[Ox]OCH 3C CH 3alcol secondario chetoneL’alcol terziario non si ossida in queste condizioni poichè non ha idrogeni sul carbonio alfa.OH[Ox]CH 3C CH non si ossida3CH 3alcol terziarioIl reagente ossidante più utilizzato è il Cr 6+ perché ossida solo l’ossidrile e lascia inalterati i doppi legami.Col Cr 6+ è possibile ossidare in modo selettivo l’ossidrile di un alcol insaturo. Se l’alcol è solubile in acqua ilreattivo può essere bicromato di sodio, acqua, acido solforico. Invece, se l’alcol è poco solubile in acqua,si usa: anidride cromica, acetone, acqua, acido solforico (reattivo di Jones)OHOCrO 3CH 2CH CH CH 3CH 2CH C CH 3acetoneH 2O H 2SO 4OHCH 3CH 2CH 2CH 2CrO 3acetoneH 2O H 2SO 4OCH 3CH 2CH 2COHMeccanismo di reazione:La reazione si svolge in due fasi, nella prima si ottiene l’aldeide, l’intermedio è un estere dell’acido cromico.OH..OOHOCr++CH 3CH 2CH 2CHO2 HOCr OH 2CH 3CH 2CH 2CH 2OOHEstere dell'acido cromico+H OOHCrOOOCH 3CH 2CH 2CH OCH 3CH 2CH 2C + CrH 2Ọ .HH HO OHaldeideProf. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 9

www.pianetachimica.itNella seconda fase, l’aldeide appena formata viene immediatamente ossidata ad acido carbossilico. L’aldeideè una molecola facilmente ossidabile, notate, però, che la sua ossidazione avviene dopo che si è idratata ed èdiventata un diolo geminale.O+OCH 3CH 2CH 2CHaldeideOHCH 3CH 2CH 2CHH+H OOH 2Ȯ .CrOHO+OOHHOCr OH 2OHOH Cr.. O+ OCH 3CH 2CH 2C OHCH 3CH 2CH 2C OHH Hdiolo geminaleOCH 3CH 2CH 2C +H 2Ọ . OHHOOCrOHSe si vuole ossidare l’alcol solo fino ad aldeide è necessario impedire che questa venga ossidata ad acidocarbossilico nella seconda parte della reazione. Per ottenere questo risultato, si deve impedire che l’aldeidevenga trasformata in diolo geminale per razione con acqua, in modo che non si possa generare l’esteredell’acido cromico.Il reattivo per questa reazione deve essere rigorosamente anidro, si utilizza anidride cromica in piridina.OHCH 3CH 2CH 2CH 2Meccanismo di reazione:CrO 3piridinaOCH 3CH 2CH 2CHaldeideOOCH 3N :O..OHCH 2CH 2CH 2CrO-OOCrON+O−CrON+O−OCr+ OCH 3CH 2CH 2CH 2OHEstere dell'acido cromicoCH 3CH 2CH 2CHHOOO −CrOṆ O.CH 3CH 2CH 2C +Haldeide− OOCrO −L’aldeide non viene ossidata ulteriormente perchè, in assenza di H 2 O, non può formare il diolo geminale e diconseguenza non può formare l’estere dell’acido cromico, quindi può essere isolata.Prof. Mauro Tonellato – ITIS Natta – Padova Reazioni degli alcoli 10