Reações de substituição α-carbonila

Reações de substituição α-carbonila são reações que envolvem a desprotonação do carbono próximo ao grupo carbonila (posição α) de aldeídos, cetonas e derivados do ácido carboxílico, por uma base e a substituição por um eletrófilo.

Desprotonacao do carbono alfa e a substituicao por um eletrofilo

Mecanismo

Mecanismo da reacao de susbstituicao alfa-carbonila

A primeira etapa da reação é a retirada do hidrogênio $(H)$ do $carbono$ $\alpha$ de compostos carbonilados por uma base, formando um enolato, que a princípio pode ser reversível. Isso ocorre porque a ligação $C_{\alpha }-H$ pode se sobrepor com a ligação $C=O$ $\pi$ na lateral. Logo, a desprotonação do $carbono$ $\alpha$ resulta na deslocalização eletrônica no domínio da ligação $C_{\alpha }-H$ em relação ao oxigênio, tornando a ligação $C_{\alpha }-H$ levemente polar. A principal característica do enolato formado é deslocalizada ao longo da fração $C_{\alpha }-C=O$. Duas estruturas de ressonância, A e B, podem ser escritas para o enolato. Na estrutura A, a carga negativa está no carbono, e na estrutura B a carga negativa está no oxigênio. Na presença de um eletrófilo o enolato reage com este (2), uma vez que o ânion enolato é rico em elétrons e, portanto, é um nucleófilo forte. Logo, quando o enolato reage com um eletrófilo, o eletrófilo é geralmente ligado ao carbono nucleofílico no final da reação (3).

Orbitais moleculares formados devido a hiperconjugação entre o a ligação do carbono alfa com hidrogênio e a ligação com carbonila

Acidez de átomos de hidrogênio do carbono-α

A desprotonação do $carbono$ $\alpha$ só é possível devido ao seu carácter ácido associado a deslocalização da carga negativo ao longo da ligação $C_{\alpha }-C=O$, estabilizando o carbono. A presença dos grupos metila doadores de elétrons no $carbono$ $\alpha$ diminui a acidez, tornando a ligação $C_{\alpha }-C=O$ menos polarizada.

Formacao de enolato

Logo, a desprotonação, por ser uma reação ácido base, ocorre porque o hidrogênio do carbono (b) é menos ácido que o hidrogênio do carbono (a) e, em geral, um átomo de hidrogênio em um carbono substituído é mais ácido que um átomo de hidrogênio em um carbono mais substituído. Isso irá se refletir, portanto, nos valores de $pK_{a}$: o $pK_{a}$ do composto $(1)$ é maior (desfavorecendo a desprotonação) do que o $pK_{a}$ do composto $(2)$ (desprotonação mais favorecida).

Reações que envolvem o íon inolato

Compostos contendo carbonila, como aldeídos, cetonas e ésteres, sofrem reações de alquilação via formação de íon enolato. Um enolato reage como um nucleófilo, onde tanto o carbono desprotonado como o oxigênio são nucleófilos. No entanto, em reações de alquilação o carbono nucleofílico predomina ao reagir com um haleto de alquila.

Reacoes de substituicao eletrofilica em carbono alfa

Compostos carbonílicos contendo hidrogênio α também podem sofrer substituição de halogênio na presença de ácido ou base.

Substituicao de halogenio em carbono alfa

Os enolatos podem reagir com muitos eletrófilos que não haletos de alquila. Um exemplo é a abertura de um anel nucleofílico de um epóxido para produzir álcool, ocorrendo no carbono menos estereoquimicamente impedido.

Abertura de um anel nucleofilico de um epoxido para produzir alcool

Bibliografia

• ↑ SUN, X. Organic mechanisms: reactions, methodology, and biological applications. Charleston, USA: Wiley, 1960.ISBN 978-1-118-06564-8
• ↑ SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B.; SNYDER, S. A. Organic Chemistry. 11. ed. Charleston, USA: wiley, 2013. ISBN 978-1-118-13357-6
• ↑ SMITH, M. B. Nucleophilic Species That Form Carbon-Carbon Bonds. In: Organic Synthesis. [s.l: s.n.]. p. 659–742. DOI 10.1016/B978-0-12-800720-4.00013-1