Química Orgânica 2 · Transformações de álcoois
Mecanismo de síntese de éter de Williamson
O mecanismo de síntese de éter de Williamson em 3 etapas, a partir do exemplo resolvido do Arrow Lab: Williamson ether synthesis — alcohol activation and allylation.
síntese de éter de Williamson: visão geral
A síntese de éteres de Williamson produz um éter, R–O–R′, a partir de um álcool e um haleto de alquila. O álcool é primeiro convertido em sua base conjugada, um alcóxido, por uma base forte como o hidreto de sódio (NaH) ou sódio metálico; o alcóxido então desloca um haleto ou sulfonato (tosilato, mesilato) de um segundo carbono. É a rota laboratorial mais geral para éteres assimétricos, e também fecha anéis quando o alcóxido e o grupo abandonador estão na mesma molécula. O exemplo resolvido abaixo usa metanol e NaH e, em seguida, brometo de alila em éter seco, para produzir éter alil metílico.
O mecanismo tem duas etapas. Primeiro, a desprotonação: o hidreto do NaH retira o próton O–H do álcool, os elétrons da ligação O–H permanecem no oxigênio e o gás hidrogênio borbulha e sai, o que torna a etapa irreversível. Segundo, a substituição: o oxigênio carregado negativamente ataca, pelo lado oposto, o carbono ligado ao grupo abandonador, e a ligação C–Br se rompe à medida que a ligação C–O se forma. Essa segunda etapa é uma única etapa SN2 concertada, portanto não há carbocátion, e o carbono atacado sofre inversão de configuração se for um estereocentro.
Como a etapa-chave é SN2, o haleto precisa ser metílico, primário, alílico ou benzílico. Haletos secundários dão misturas, e haletos terciários dão quase só alceno, porque um alcóxido também é uma base forte e a E2 vence quando o carbono é impedido. A regra de planejamento: coloque a parte volumosa no oxigênio e a parte pequena no haleto. O éter terc-butílico metílico é feito a partir de terc-butóxido de potássio e iodeto de metila, nunca de metóxido de sódio e brometo de terc-butila. Haletos de arila e de vinila não reagem de modo algum, embora os fenóxidos sejam bons nucleófilos frente a haletos primários.
Três erros aparecem repetidamente. Os estudantes desenham o álcool neutro atacando o haleto de alquila; forme primeiro o alcóxido, pois um álcool neutro é um nucleófilo fraco demais para uma SN2 rápida. Os estudantes mostram o íon sódio formando uma ligação; o Na⁺ é um espectador e não é desenhado. E, com haletos alílicos, os estudantes atacam a ligação dupla ou desenham um cátion alílico; a seta vai de um par isolado do oxigênio ao carbono ligado ao bromo, uma segunda seta leva o par C–Br para o bromo, e a ligação C=C fica intacta, como mostra o exemplo.
O que você vai praticar
- Remove the alcohol proton, then form an ether by SN2 attack next to the alkene.
O exemplo e suas condições
Methanol and NaH, followed by allyl bromide in dry ether. Replace bromine at the CH₂Br carbon; no acid workup is needed.
Mecanismo de síntese de éter de Williamson, passo a passo
Cada etapa começa com o seu desenho, setas curvas incluídas; o texto abaixo dele descreve esse desenho.
Make the alkoxide
The alcohol proton and hydride form hydrogen gas. Sodium does not react and is not drawn.
As setas curvas do desenho:
- Hydride takes the alcohol proton to form H₂.
- The O–H bond electrons stay on the alcohol oxygen, giving it a negative charge.
Make the ether bond
Add allyl bromide after making the alkoxide. Attack the carbon bonded to bromine, not the double bond. H₂ from the first step is still shown.
As setas curvas do desenho:
- The alkoxide attacks the primary carbon next to the double bond.
- The C–Br bond electrons leave with bromide.
Products
Allyl methyl ether keeps the original double bond. Oxygen starts neutral, becomes negative, then returns to neutral. Bromide carries the negative charge, and the two hydrogens from the first step form H₂.
Mecanismo de síntese de éter de Williamson: perguntas frequentes
Como funciona a síntese de éteres de Williamson?
Uma base forte como o NaH remove o próton O–H do álcool, dando um alcóxido e gás hidrogênio. O alcóxido então ataca um haleto de alquila em uma única etapa SN2, formando a ligação C–O à medida que o haleto sai. No exemplo, o metóxido de sódio obtido a partir de metanol e NaH desloca o brometo do brometo de alila, dando éter alil metílico.
Por que a síntese de éteres de Williamson precisa de um haleto de alquila primário?
A ligação C–O se forma por ataque SN2 pelo lado oposto, que é rápido em carbonos metílicos e primários e lento em carbonos impedidos. Os alcóxidos também são bases fortes, então com haletos secundários a eliminação E2 compete, e com haletos terciários ela assume o controle por completo, dando um alceno em vez de um éter. Escolha a combinação que coloca o grupo impedido no alcóxido e o grupo desimpedido no haleto.
Qual é o procedimento de uma síntese de éteres de Williamson?
Em um balão seco sob nitrogênio, o álcool é agitado com hidreto de sódio em um solvente aprótico como THF ou DMF até o hidrogênio parar de borbulhar. O haleto de alquila é então adicionado, muitas vezes com aquecimento brando, e a mistura é agitada até a substituição se completar. Adiciona-se água com cuidado para destruir o hidreto restante, e o éter é extraído e purificado. Os fenóis precisam apenas de uma base mais branda, como K₂CO₃.
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