Zadanie 21

Treść zadania

NaBH₄ (tetrahydridoboran sodu) selektywnie redukuje grupę karbonylową w aldehydach i ketonach do grupy hydroksylowej, nie redukując przy tym grup karboksylowych ani estrowych.

Schemat ogólny reakcji: R−CHO + NaBH₄ → R−CH₂OH (aldehyd → alkohol I-rzędowy).

Zadanie 21. (0–1)

Uzupełnij schemat reakcji otrzymywania 2,2-dimetylopropan-1-olu opisaną metodą. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.

[substrat] —NaBH₄→ [produkt: 2,2-dimetylopropan-1-ol]

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Produkt: 2,2-dimetylopropan-1-ol = HOCH₂-C(CH₃)₃ (neopentanol).

To alkohol I-rzędowy (CH₂OH na C1).

Aby otrzymać go z NaBH₄ → trzeba zredukować aldehyd (R-CHO) → R-CH₂OH.

Substrat: 2,2-dimetylopropanal = (CH₃)₃C-CHO = piwalaldehyd.

Schemat reakcji:

$(CH_{3})_{3} C - CHO NaBH_{4} (CH_{3})_{3} C - CH_{2} OH$

Lub równoważnie:

$CH_{3} - CH_{3} C CH_{3} - CHO NaBH_{4} CH_{3} - CH_{3} C CH_{3} - CH_{2} OH$

Mechanizm:

NaBH₄ uwolnia H⁻ (jon hydrydkowy) → atakuje C w C=O.
O⁻ powstałe wiąże H z protonowego rozpuszczalnika → C-OH.
Wynik: C=O → CH(OH).

Typowy błąd / pułapka

Pułapka — wybór ketonu zamiast aldehydu. NaBH₄ redukuje oba typy karbonylowych. Ale produkt I-rzędowy (CH₂OH) wymaga aldehydu (R-CHO → R-CH₂OH). Keton dałby II-rzędowy alkohol.

Pułapka — niewłaściwy aldehyd. 2,2-dimetylopropanal ma 3 CH₃ na C2 → po redukcji daje 2,2-dimetylopropan-1-ol z 3 CH₃ na C2 ✓.

Pułapka — pomylenie reduktora. NaBH₄ — łagodny, selektywny, NIE redukuje kwasów/estrów. LiAlH₄ — silniejszy, redukuje wszystko (kwasy, estry, amidy do alkoholi i amin).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 21 - synteza neopentanolu — Strona 26 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 21 (NaBH4 redukcja aldehydu). Na podstawie: CKE 2025 / L.G. Wade, Organic chemistry Oryginalny PDF CKE, str. 26

Klucz pojęciowy — NaBH₄ vs LiAlH₄

Reduktor	Siła	Redukuje	Nie redukuje	Rozpuszczalnik
NaBH₄	Łagodny	Aldehydy, ketony → alkohole	Kwasy, estry, amidy	MeOH, EtOH, H₂O
LiAlH₄	Silny	Wszystkie karbonylowe + alkohole	Alkeny, alkany	THF, eter (suchy!)

Klucz: NaBH₄ jest selektywny — możesz mieć aldehyd + ester w cząsteczce i zredukować TYLKO aldehyd. LiAlH₄ zredukowałby oba.

Klucz pojęciowy — neopentanol (2,2-dimetylopropan-1-ol)

Cecha	Wartość
Wzór sumaryczny	C₅H₁₂O
Wzór półstrukturalny	(CH₃)₃C-CH₂OH
Nazwa zwyczajowa	Neopentanol, tert-butylokarbinol
Klasa	Alkohol I-rzędowy
Stan	Białe ciało stałe, T_top = 53°C

Mechanizm: redukcja aldehydu przez NaBH₄

NaBH₄ dysocjuje w protonowym rozpuszczalniku (MeOH): NaBH₄ ⇌ Na⁺ + BH₄⁻.

BH₄⁻ przekazuje jon hydrydkowy H⁻ do C grupy karbonylowej (atak nukleofilowy):

R-CHO + H⁻ → R-CH(H)-O⁻.

Anion alkoksylowy R-CH₂-O⁻ jest protonowany przez rozpuszczalnik:

R-CH₂-O⁻ + CH₃OH → R-CH₂-OH + CH₃O⁻.

Produkt końcowy: alkohol R-CH₂-OH (I-rzędowy z aldehydu) lub R-CHOH-R₁ (II-rzędowy z ketonu).

Mechanizm: zastosowanie do (CH₃)₃C-CHO

(CH₃)₃C-CHO + NaBH₄/MeOH → (CH₃)₃C-CH₂OH (neopentanol).

Substrat: aldehyd C5 z trzema grupami CH₃ na C2.
Wynik: alkohol I-rzędowy z grupą OH na C1.
Pierścień nie ma chiralnego C (C1 ma 2H, więc nie jest stereocentrum).

Punktacja CKE

21. 1 pkt — substrat (2,2-dimetylopropanal) + produkt (2,2-dimetylopropan-1-ol) we wzorach półstrukturalnych.

Po co to umieć

NaBH₄ w syntezie organicznej:

Łagodny reduktor = preferowany w syntezie farmaceutycznej.
Redukuje selektywnie karbonylowe (aldehyd/keton) bez ruszania innych grup.
Bezpieczny (rozpuszczalny w MeOH, mniej reaktywny niż LiAlH₄).

Neopentanol w przemyśle:

Surowiec do politestrów neopentylowych (np. ftalany w PVC, lakiery).
Plastyfikator w niektórych formulacjach.
Antyseptyk w niektórych zastosowaniach.

Redukcja w biochemii:

NADH = naturalny reduktor (analog NaBH₄).
Enzymy dehydrogenazy wykorzystują NAD(P)H do redukowania ketonów → alkoholi.
Glikoliza, cykl Krebsa, synteza tłuszczów wszystko opiera się na NADH/NADPH.

Reduktor LiAlH₄:

Bardzo silny — eter MUSI być suchy (LiAlH₄ + H₂O → eksplozja).
Redukuje:
- Kwasy karboksylowe RCOOH → RCH₂OH.
- Estry RCOOR’ → RCH₂OH + R’OH.
- Amidy RCONR’R” → RCH₂-NR’R”.
- Nitryle R-CN → R-CH₂NH₂.
W laboratorium ostrożnie!