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Preparação e Reações de Tióis
Tióis são preparados usando o ânion hidrossulfeto como nucleófilo em uma reação de substituição nucleofílica com haletos de alquila. Por exemplo, o br…
Os tióis são uma classe de compostos orgânicos contendo enxofre com um grupo funcional –SH.
Eles geralmente são preparados a partir de haletos de alquilapor meio de uma reação SN 2 com um nucleófilo de enxofre, como um ânion hidrossulfeto.
Por exemplo, o 1-bromobutano reage com o hidrossulfeto de sódio para dar 1-butanetool.
Aqui, o ânion hidrossulfeto exerce um forte ataque nucleofílico ao carbono que contém o grupo haleto, deslocando assim o íon haleto de maneira SN2 e formando o tiol.
No entanto, este método de síntese não funciona bem porque o produto tiol pode sofrer uma segunda reação SN2 com o haleto de alquila, gerando sulfeto como subproduto.
Essa limitação pode ser superada usando uma tioureia como nucleófilo. A tioureia desloca o íon haleto no haleto de alquila para formar um intermediário de sal de alquila isotioureia.
O sal então sofre hidrólise com uma base aquosa e produz tiol como produto.
Os tióis sofrem oxidação prontamente para formar dissulfetos, ácidos sulfínicos e sulfônicos devido aos múltiplos estados de oxidação do átomo de enxofre.
A oxidação de tióis em ácido sulfônico via ácido sulfínico requer agentes oxidantes fortes, como peróxido de hidrogênio ou permanganato de potássio.
A oxidação de tióis em dissulfetos pode ocorrer com agentes oxidantes leves, como bromo molecular ou iodo na base.
Por exemplo, o bromo em hidróxido de sódio aquoso oxida dois equivalentes de etanotiol a dissulfeto de dietila.
A reação prossegue com a desprotonação do tiol pelo íon hidróxido, gerando um íon tiolato.
Posteriormente, o íon tiolato atua como um nucleófilo forte e ataca o bromo molecular em uma reaçãoSN 2, deslocando um íon brometo.
Finalmente, um segundo íon tiolato exerce um ataque nucleofílico ao enxofre eletrofílico na segunda rodada da reação SN2 para dar um produto dissulfeto.
A oxidação de tióis em dissulfetos é reversível, e o dissulfeto resultante pode ser facilmente reduzido de volta aos tióis usando agentes redutores como ácido clorídrico e zinco.
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Q1: How are thiols prepared from alkyl halides?
Thiols are prepared through nucleophilic substitution reactions with alkyl halides. The hydrosulfide anion acts as a strong nucleophile, attacking the carbon bearing the halide group and displacing it in an SN2 mechanism. For example, 1-bromobutane reacts with sodium hydrosulfide to produce 1-butanethiol. This method is straightforward but has limitations due to unwanted side reactions.
Q2: Why does the direct hydrosulfide method produce sulfide byproducts?
The thiol product can undergo a second SN2 reaction with excess alkyl halide, generating sulfide as a byproduct. This occurs because the thiol remains reactive in the presence of the halide reagent. Using thiourea as the nucleophile overcomes this limitation by forming an alkyl isothiourea salt intermediate that hydrolyzes cleanly to thiol without further reaction.
Q3: What is the thiourea synthesis method for preparing thiols?
Thiourea displaces the halide ion on the alkyl halide to form an alkyl isothiourea salt intermediate. This salt then undergoes hydrolysis with aqueous base to yield thiol as the final product. This two-step process avoids the sulfide byproduct problem because the intermediate is stable and does not react further with excess alkyl halide.
Q4: How do thiols oxidize to disulfides?
Thiols oxidize to disulfides through a reversible redox reaction. Mild oxidizing agents like molecular bromine or iodine in base facilitate this conversion. The thiol is first deprotonated to form a thiolate ion, which then attacks bromine in an SN2 reaction. A second thiolate ion attacks the electrophilic sulfur to form the disulfide product.
Q5: What oxidizing agents convert thiols to sulfonic acids?
Strong oxidizing agents such as hydrogen peroxide or potassium permanganate oxidize thiols to sulfonic acids via an intermediate sulfinic acid. This multi-step oxidation requires powerful oxidants because it involves multiple changes in the sulfur oxidation state. The sulfur atom's ability to access multiple oxidation states makes these transformations possible.
Q6: Why must thiols be stored in an inert atmosphere?
Thiols are highly susceptible to air oxidation, readily forming disulfides when exposed to atmospheric oxygen. The weak S–S bond in disulfides, approximately half the strength of other covalent bonds, makes this oxidation thermodynamically favorable. Storing thiols under inert gas prevents unwanted oxidation and maintains product purity.
Q7: Can disulfides be converted back to thiols?
Yes, disulfides can be easily reduced back to thiols using reducing agents such as hydrochloric acid in the presence of zinc. This reduction reverses the oxidation process, demonstrating the reversible nature of thiol-disulfide interconversion. This redox equilibrium is important in biochemistry and synthetic applications.