Reações Orgânicas: Reações de Oxidação

As reações de oxidação são aquelas que envolvem o elemento oxigênio (O). Para facilitar os estudos, dividiremos as reações de oxidação em oxidação de alcenos e oxidação de álcoois.

Os compostos orgânicos que apresentam insaturação em sua cadeia principal, denominados alcenos ou alquenos, podem sofrer reações de oxidação de três tipos: oxidação branda, ozonólise e oxidação enérgica.

A ocorrência de uma dessas oxidações irá depender do meio reacional, que consiste nos reagentes usados, no pH e na temperatura da reação.

Na oxidação branda, o oxigênio é proveniente do permanganato de potássio (\(KMnO_4\)) em meio neutro ou ligeiramente básico, diluído e a frio. O agente oxidante, representado por [O], é o \(KMnO_4\), que é chamado reativo de Baeyer, cuja solução aquosa possui uma coloração violeta. Exemplos:

A principal aplicação da oxidação branda consiste na diferenciação de alquenos e cicloalcanos, que podem ser isômeros de cadeia, pois ambos apresentam fórmula geral \(C_nH_{2n}\).

Apenas os alquenos irão sofrer a oxidação branda, uma vez que somente eles possuem ligação do tipo π em sua cadeia. A reação é verificada quando a cor violeta do \(KMnO_4\) desaparece. Observe o exemplo abaixo:

\(C_3H_6\):

\(H_2C\) = CH – \(CH_3\) + [O] → descoloração (reage)

O agente oxidante [O] na ozonólise é o ozônio (\(O_3\)) e a reação ocorre na presença de água (\(H_2O\)) e zinco metálico (Zn). Nesse tipo de oxidação, os átomos de oxigênio do ozônio ligam-se aos carbonos da dupla ligação do alqueno, produzindo um composto intermediário instável chamado ozoneto ou ozonida. Este composto se hidrolisa, dando origem a aldeídos e/ou cetonas.

Após a reação, o zinco irá reagir com a água oxigenada (\(H_2O_2\)), evitando que o oxigênio produzido pela decomposição da água oxigenada oxide o aldeído a ácido carboxílico. A principal função da água é evitar as possíveis explosões que poderiam ocorrer durante a ozonólise.

Observe o seguinte exemplo de ozonólise:

O agente oxidante na oxidação enérgica pode ser o permanganato de potássio (\(KMnO_4\)) ou o dicromato de potássio (\(K_2Cr_2O_7\)) concentrados, em meio ácido e a quente.

Na oxidação enérgica, a dupla ligação do alceno é quebrada e formam-se ácidos carboxílicos e/ou cetonas. Os hidrogênios ligados ao carbono da dupla ligação são transformados em hidroxila (OH). Exemplo:

Se existirem dois átomos de hidrogênio no carbono da dupla ligação ( = \(CH_2\)), ambos serão transformados em hidroxilas ( = C \((OH)_2\)), dando origem ao ácido carbônico (\(H_2CO_3\)), que sofrerá decomposição, transformando-se em gás carbônico, \(CO_2\) (g), e água, \(H_2O\) (l). Exemplo:

A posição da dupla ligação determinará o produto obtido na oxidação enérgica:

• Carbono primário (localizado na extremidade da cadeia) gera \(CO_2\) e \(H_2O\).
• Carbono secundário (ligado a outros dois carbonos) gera ácido carboxílico.
• Carbono terciário (ligado a outros três carbonos) gera cetona.

A oxidação mais completa é a combustão. Veja a seguir a oxidação completa do metanol:

\(CH_3OH\) + 3/2 \(O_2\) → \(CO_2\) + 2 \(H_2O\)

O metanol e o etanol são os dois álcoois mais usados como combustível. O metanol, por apresentar uma queima mais completa do que a gasolina, é considerado um ótimo substituto da gasolina. Além disso, o uso de metanol no lugar da gasolina reduz a poluição atmosférica e também evita a liberação de óxidos de enxofre, causadores da chuva ácida.

No Brasil, é usado o etanol hidratado como combustível, cuja combustão completa está mostrada na equação química abaixo:

\(H_3C\) – \(CH_2\) – OH + 3 \(O_2\) → 2 \(CO_2\) + 3 \(H_2O\)

 -3             -1                                              +4

Perceba que os números de oxidação (Nox) dos dois átomos de carbono que formam o etanol aumentaram de -3 e -1 para +4, caracterizando, assim, as reações de oxidação.

Os agentes oxidantes mais comuns usados em álcoois são o \(KMnO_4\) e o \(K_2Cr_2O_7\) (concentrados, em meio ácido e quente). O produto obtido depende de o álcool ser primário, secundário ou terciário:

• Álcool primário

O álcool primário é aquele que contém a hidroxila (OH) ligada a um carbono primário. Ele pode sofrer duas oxidações consecutivas, produzindo aldeído e/ou ácido carboxílico. Exemplo:

• Álcool secundário

O álcool secundário é aquele que contém a hidroxila (OH) ligada a um carbono secundário. Ao sofrer oxidação, forma a cetona. Exemplo:

• Álcool terciário

O álcool terciário é aquele que contém a hidroxila (OH) ligada a um carbono terciário. Ele não sofre oxidação. Sob condições drásticas, a cadeia do álcool terciário se quebrará. Exemplo: