10.6: Álcoois de Compostos Carbonílicos: Redução

A redução é uma estratégia simples para converter um grupo carbonila em um grupo hidroxila. As três principais vias para reduzir carbonilas a álcoois são hidrogenação catalítica, redução de hidretos e redução de borano.

A hidrogenação catalítica é similar à redução de um alceno ou alcino pela adição de H_2 através da ligação pi na presença de catalisadores metálicos de transição como Raney Ni, Pd-C, Pt ou Ru. Aldeídos e cetonas podem ser reduzidos por este método, muitas vezes sob calor leve a moderado (25–100°C) e pressão (1–5 atm H_2), para produzir álcoois de 1° e 2°, respectivamente.

Figura 1. A hidrogenação catalítica pode ser adequada para aplicações industriais quando condições severas não são necessárias, mas as ligações carbono-carbono insaturadas também são reduzidas.

A redução de hidretos pode ser alcançada por reagentes de transferência de hidretos, como borohidreto de sódio (NaBH_4) e hidreto de alumínio e lítio (LiAlH_4, ou LAH), pois o ataque nucleofílico por um íon hidreto livre,

, é quase desconhecido para sais de NaH devido à sua alta densidade de carga, tornando-o uma base forte. Os átomos de hidrogênio de LAH e NaBH_4, estando covalentemente ligados a átomos de boro e alumínio, têm cargas parciais negativas, aumentando assim a sua nucleofilicidade em detrimento da basicidade. A primeira etapa da adição nucleofílica leva à formação de íons alcóxidos. O subproduto alcóxi-borohidreto ou alcóxi-aluminato reduz três moléculas de carbonila adicionais, transferindo sucessivamente todos os seus átomos de hidrogênio. Como o hidreto é um grupo de saída fraco, as etapas de transferência de hidretos são irreversíveis e, portanto, a reação prossegue até a conclusão. Por fim, a mistura reacional é tratada com solvente (isto é, água ou álcool no caso do NaBH_4 e ácido diluído no caso do LAH).

Figura 2. Aldeídos e ésteres simétricos produzem um único produto de álcool 1°. Os ésteres assimétricos produzem uma mistura de álcoois 1°.

LAH, NaBH_4 e seus derivados são altamente úteis na redução de aldeídos e cetonas. LAH, um poderoso agente redutor, também pode reduzir compostos carbonílicos como ácidos, ésteres, cloretos de acila e amidas. O LAH reage violentamente com água e outros solventes próticos, liberando gás hidrogênio e formando hidróxidos/alcóxidos metálicos. Assim, as reduções de LAH são normalmente realizadas em solventes apróticos, como éter dietílico anidro e THF.

Figura 3. Uma solução alcoólica de borohidreto de lítio é uma alternativa não perigosa ao LAH na redução seletiva de ésteres em relação a ácidos.

Por outro lado, o NaBH_4 é de natureza mais suave e geralmente reduz apenas em solventes próticos, como etanol ou metanol. Portanto, o NaBH_4 pode ser usado para reduzir aldeídos e cetonas na presença de grupos funcionais como haletos de alquila, ésteres, tosilatos de alquila e grupos nitro. O hidreto de diisobutilalumínio (DIBAL-H) ​​também pode converter carbonilas em álcoois à temperatura ambiente por duas adições sucessivas de íons hidreto. No entanto, quando reagido com ésteres a baixas temperaturas, essa reacção pode ser interrompida na fase aldeído, adicionando apenas um equivalente de íon hidreto.

A redução de borano usa uma solução de borano (BH_3) em éter dietílico, THF ou Me2S para reduzir seletivamente grupos carbonila ricos em elétrons, como ácidos carboxílicos, na presença de outros grupos funcionais redutíveis, como ésteres e até cetonas.

Figura 4. A formação de um intermediário triacilborato reativo com um grupo carbonila mais eletrofílico do que a molécula de éster inicial impulsiona a reação de redução.

Para organismos vivos, a coenzima NADH reduzida ou seu fosfoéster NADPH é equivalente aos reagentes de hidreto de laboratório na catálise enzimática de reduções biológicas semelhantes.

Os álcoois podem ser preparados a partir de compostos carbonílicos adicionando dois átomos de hidrogênio através da ligação dupla.

Essa redução é importante na síntese de moléculas essenciais, como o ingrediente do perfume muscone e o medicamento antidepressivo Prozac.

Enquanto aldeídos, ácidos carboxílicos e ésteres são reduzidos a álcoois primários, as cetonas são reduzidas a álcoois secundários.

O método clássico envolve hidrogenação catalítica usando hidrogênio e catalisadores de metais de transição. No entanto, isso requer alta temperatura e pressão e também reduz quaisquer ligações múltiplas carbono-carbono presentes na molécula.

O método laboratorial envolve a adição gradual de íons hidreto nucleofílico de borohidreto de sódio, hidreto de alumínio e lítio e seus derivados, em uma reação irreversível, seguida de protonação com solvente ou ácido. Este método reduz seletivamente o grupo carbonila em comparação com a hidrogenação.

Em cetonas assimétricas, o grupo carbonila planar pode sofrer um ataque de hidreto nucleofílico de qualquer face com igual probabilidade. Isso gera um intermediário tetraédrico quiral, dando um par de produtos enantioméricos.

A redução por borohidreto de sódio é realizada em solventes próticos polares. O hidreto de alumínio e lítio, por outro lado, precisa de solventes apróticos secos para evitar sua reação violenta com doadores de prótons.

O hidreto de alumínio e lítio é um agente redutor mais forte - e, portanto, mais reativo - do que o borohidreto de sódio devido à maior polaridade da ligação alumínio-hidrogênio em comparação com a ligação boro-hidrogênio.

Essa diferença de reatividade se reflete na facilidade com que diferentes grupos carbonila sofrem redução seletiva pelos dois reagentes de hidreto.

Para ilustrar, o borohidreto de sódio pode reduzir seletivamente uma cetona na presença de um éster, ao contrário do hidreto de lítio e alumínio que não permite a redução seletiva do grupo cetona.

O borohidreto de lítio e o borano são reagentes úteis com quimiosseletividade oposta na redução de ésteres e ácidos, respectivamente.