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315
18 Reações de aldeídos e cetonas
O grupo carbonila faz parte de varias funções orgânicas que estão presentes na natureza e na indústria química desempenhando papel importante. Os aldeídos, RCHO, e cetonas, RCOR1, são responsáveis pelo aroma e sabor de muitos alimentos. No sistema biológico participam das funções de muitas enzimas. O centro reativo das estruturas carboniladas esta no grupo carbonila, - C = O, que devido ao efeito de ressonância permite uma variedade de reações de adição.
O
R
R1
R e R1 são radicais alquilas.
Formula geral de uma cetona
O
CH3
CH3
Acetona
PropanonaO
CH3CH2
CH3
Butanona
O
R
H R é um radical alquila.
Formula geral de um aldeído
O
CH3
Propanal
O
CH3CH2
HEtanal H
18.1 Aldeído por oxidação de álcool primário Os aldeídos podem ser preparados a partir de álcool primário por oxidação com clorocromato de piridínio, C5H5NH+CrO3Cl (PCC).
R
H2C
OH C5H5NH+CrO3Cl
CH2Cl2R
CH
O
Álcool primário Aldeído
HC5H5NH+CrO3Cl
CH2Cl2
O
Álcool primário Aldeído
H2C
O HC
316
CH2Cl2
O
Benzaldeído
H2C
OH
PCCC
H
Álcool benzílico
CH2Cl2
O
PCC
OH H
18.2 Aldeído por oxidação de alceno
Os alcenos com hidrogênios vinílicos através de clivagem oxidativa produzem aldeídos. A reação ocorre com o ozônio em presença de dimetilsulfeto, mecanismo estudado no capítulo 11.
C C
H H
HH
+ O3 CO
C
OOH
H
H
H
CH3 - S - CH3 C
H
H
O + CH3SCH3
O
2
Metanal O alceno cíclico, com hidrogênios vinílicos produz um dialdeído.
+ O3CH3 - S - CH3
O
OO
O
HH
OPentanodialCiclopenteno
18.3 Aldeído por redução de cloretos de acila
O cloreto de acila pode ser reduzido a aldeído por meio da reação de redução efetuada com tri-ter-butóxialuminio e lítio.
1-Li Al H[(O-t-bu)3]3, Et2O, -78oC
2- H2O
CCl
O
Cloreto de benzoíla
CH
O
Benzaldeído
Desenvolvimento do mecanismo. Na primeira etapa, o par de elétrons do oxigênio se desloca e faz conexão no metal
lítio. Este movimento eletrônico permite a separação entre o lítio e alumínio que se encontram presentes na estrutura do hidreto de t-butóxialuminio e lítio.
317
CCl
O
Benzaldeído
LiAlH[OC(CH3)3]3 CCl
OLi+
+ AlH[OC(CH3)3]3
O processo de redução inicia com o deslocamento do hidreto para o carbono da
carbonila.
CCl
OLi+
Al[OC(CH3)3]3
H
CCl
OLi
H Al[OC(CH3)3]3+
O átomo de alumínio presente no t-butóxialuminio se manifesta como um ácido de
Lewis e recebe o par de elétrons do oxigênio.
CCl
OLi
+
H
Al[OC(CH3)3]3 CCl
O
LiH
Al[OC(CH3)3]3+
C
O
LiClH
Al[OC(CH3)3]3
+
A adição de água provoca a hidrolise do complexo de alumínio levando a formação
do aldeído.
+
C
O
H
Al[OC(CH3)3]3
H2OC
O
H
18.4 Aldeído por redução de ésteres
Os ésteres e nitrilas podem ser reduzidos a aldeído com o uso do reagente redutor hidreto de dibutóxialuminio, DIBAL-H. É importante utilizar na reação, quantidades controladas dos reagentes, afim de evitar a super-redução e não esquecer de utilizar baixa temperatura.
CH3CH2C
OCH3
O
Al( i-Bu)
( i-Bu)H
CH3CH2C
OCH3
OAl
( i-Bu)
( i-Bu)H
+
Par de elétrons do oxigênio é deslocado para o orbital vazio do alumínio.
318
CH3CH2C
OCH3
OAl
( i-Bu)
( i-Bu)H O
( i-Bu)( i-Bu)
H+
Al
CH3CH2C
OCH3
CH3CH2C
H
O+Al
+ OCH3
( i-Bu)2
O deslocamento de hidreto para o centro eletrofílico da carbonila leva a redução
CH3CH2C
H
O+Al
+ OCH3
( i-Bu)2
H2O
várias etapas CH3CH2C
H
O
Aldeído propanal
18.5 Cetonas a partir de arenos
O
RC
Cl
Cloreto de acila
O
R
Anel aromático
+AlCl3
C
Cetona aromática
+ HCl
Este método de obtenção de cetona segue o processo de reação desenvolvido pelos
químicos Charles Friedel e James Crafts. Esta reação é conhecida com o nome de acilação de Friedel-Crafts, e tem o objetivo de gerar cetonas aromáticas pela introdução de um grupo acila no anel aromático. A outra reação descoberta por eles é a alquilação de Friedel-Crafts que tem a finalidade de introduzir radical alquila no anel aromático. Nesta reação o anel aromático é um substrato rico em elétrons e sendo assim, mostra afinidade por eletrófilos (E+). O eletrófilo desta reação é gerado de um cloreto de acila.
O
+RC
Cl
Cloreto de acila
O
RC
Radical acila
O
RC
Eletrófilo acila
+O
RC
Mais estável
O benzeno é um substrato pouco reativo e por esta razão esta reação ocorre na
presença de um catalisador. O catalisador utilizado é o cloreto de alumínio, que inicia o mecanismo preparando o eletrófilo. Qualquer eletrófilo ao interagir com o anel aromático quebra a aromaticidade do anel.
+
E+
Anel aromático
E
Anel não aromático
319
No final do mecanismo a aromaticidade do anel é recuperada por uma base. Desenvolvimento do mecanismo. Primeira etapa preparação do eletrófilo. O
+R
CCl
Cloreto de acila
Al
Cl
Cl
Cl
O
RC
Cl AlCl3 +
O
RC Cl AlCl3+
Eletrófilo
O par de elétrons do cloro é deslocado para o orbital vazio do alumínio. O complexo formado é rompido na ligação carbonila–cloro gerando o eletrófilo. Na segunda etapa o eletrófilo formado recebe o par de elétrons do anel aromático.
+
O
RO
RC
Anel aromático
C
+
etapa lenta
intermediário estabilizado por ressonância
O
RC+
++
O
RC
O
RC
Formas de ressonância do intermediário
+
O
RC
ou
A próxima etapa do mecanismo tem como finalidade recuperar a aromaticidade do
anel, este procedimento é realizado por uma base de Lewis.
O
+ RC
O
RCH
Cl - AlCl3
etapa rápida+ HCl + AlCl3
No final da reação é adicionada água a mistura reacional com o objetivo de liberar o catalisador, que fica conectado ao oxigênio da carbonila formando um complexo.
+
O
RC
AlCl3O
RC
AlHCl3
3 H2O
O
RC
+ Al (OH)3 + 3 HCl
18.6 Cetonas por oxidação de alcenos
320
Os alcenos sem hidrogênios vinílicos através de clivagem oxidativa produzem cetonas. A reação ocorre com o ozônio em presença de dimetilsulfeto.
C C
R R1
R1R
+ O3 CO
C
OOR
R
R1
R1
CH3 - S - CH3C
R
R
O + CH3SCH3
O
C
R1
R1
O+
+ O3CH3 - S - CH3
O
OO
OO
Ciclopenteno sem hidrogênios vinílicos - produto dicetona
R
RR
R
RR
Dicetona 18.7 Cetonas por oxidação de álcool secundário
As cetonas podem ser preparadas a partir de álcool secundário por oxidação com clorocromato de piridínio, C5H5NH+CrO3Cl (PCC).
RHC
OH C5H5NH+CrO3Cl
CH2Cl2R
C
OÁlcool secundário
R1
R1Cetona
18.8 Cetonas a partir de alcinos
A adição de água a alcinos em presença de ácido forte e ions mercúrio Hg+2, forma como produto álcool vinílico que se tautomeriza para uma cetona ou etanal se o alcino for o etino.
R
R
H O
R- C C - R + H - OHHgSO4
H2SO4
H
OHR
Rtautomerização
C CH
CetonaEnolAlcino
Tautomerização do enol para cetona.
H
OR
R
Enol
H2O - H+ H
OR
RH
++ H2O
H
OR
RH
++ H3O
Cetona protonadaCetona
H H
H O
CH3- C C - CH3 + H - OH HgSO4
H2SO4
H
OHCH3
CH3tautomerização C C
H2-Butino CH3
CH3
Butanona
321
18.9 Adição nucleofílica em aldeídos e cetonas
Este tipo de adição ocorre devido ao efeito de ressonância presente no grupo carbonila. A ressonância promove na estrutura um dipolo elétrico que permite a entrada de um nucleófilo no centro positivo, localizados no carbono da carbonila, e um eletrófilo no centro negativo, localizado no oxigênio.
Deslocalização dos elétrons pi
+
Aqui entra o nucleófilo
Aqui entra o eletrófilo
H3C
C
H3C
O
H3C
C
H3C
O+
O nucleófilo tem que possuir na sua estrutura par de elétrons disponível, desta forma pode aparecer como uma molécula neutra com par de elétrons não ligante ou como uma estrutura aniônica. Aparecem como nucleófilos neutros em reações orgânicas o metanol, CH3OH, a água, H2O, o tiol, RSH, amina RNH2 e outros.
Como exemplo de nucleófilo carregado negativamente temos os seguintes ânions: hidróxi, -OH, amideto, -NH2, alcóxi, RO- e outros. Algumas reações de adição nucleofílica se desenvolvem de forma reversível e utilizam ao longo do mecanismo nucleófilos neutros ou nucleófilos carregados negativamente.
Os aldeídos são mais reativos que as cetonas e isto se deve a efeito estérico e de polaridade. O efeito estérico é maior nas cetonas, pelo fato de apresentarem dois radicais alquilas ligados a carbonila. Estes radicais dificultam a aproximação do nucleófilo, enquanto que, na estrutura dos aldeídos o efeito estérico é menor por existir apenas um radical alquila conectado ao grupo carbonila.
Dois grupamentos metila dificultando a entrada do nucleófilo. Bloqueio estérico maior.
Um grupamento metilabloqueio estérico menor.Reação mais rápida.
Cetona Aldeído
O efeito da polaridade esta relacionada com a estabilidade do centro catiônico
formado em decorrência da ressonância. Na cetona o centro catiônico se localiza em um carbono secundário, enquanto que, no aldeído o centro catiônico reside em um carbono primário, conferindo a estrutura maior energia.
322
Cetona Aldeído
+
Cátion em carbono secundário.Menor energia. Cátion em carbono primário.
Maior energia.
+
18.10 Adição nucleofílica catalisada por ácido
Como o catalisador é um ácido vai procurar o centro básico do substrato carbonilado, que se encontra no oxigênio da carbonila.
Cetona Aldeído
Centro de maior densidade eletrônica- centro básico
C O
R
R1
R1 = H Aldeído
H - AÁcido de Lewis
Par de elétrons do centro básico da estrutura captura o hidrogênio ionizável do ácido, através de uma reação ácido-base.
Base de LewisC O
R
R1
+H C OH
R
R1
++ A
BaseconjugadaCátion oxônio
O carbono de um cátion oxônio é mais ativado para receber o ataque de um nucleófilo do que o carbono da carbonila.
C O
R
R1
+H C OH
R
R1
+
Cátion oxônio
Mais suscetível ao ataque do nucleófilo
C O
R
R1C O
R
R1
+
Mais ativado para receber o nucleófilo
Menos suscetível ao ataque do nucleófiloMenos ativado para receber o nucleófilo
Na segunda etapa, o nucleófilo ataca o centro catiônico (centro eletrofílico) ativado pelo catalisador.
323
C OH
R
R1
R1 = H Aldeído
H - Nu
RR1
+
Base conjugada do catalisador ácido
+
H - Nu
OH
A
RR1
OH
Nu
+ H - ACatalisadorrecuperado
18.11 Formação de hemiacetal
A reação de um aldeído ou uma cetona com um álcool forma um composto denominado de hemiacetal. Como a reação será desenvolvida por meio de catálise ácida, é necessário iniciar o processo com a forma ácida do reagente.
OHR
OHR
H
OHR
+
Base
Ácido
Ácido conjugado
+ R - OBase conjugada
Par ácido-base utilizado no mecanismo
H
OHR
+
Ácido conjugado
OHR
Base
Desenvolvimento do mecanismo.
Na primeira etapa o catalisador, um ácido de Lewis, recebe o par de elétrons do oxigênio da carbonila e forma o cátion oxônio.
C O
R
R1
R1 = H Aldeído
Base de Lewis
C O
R
R1
+H C OH
R
R1
++ R - OH
BaseconjugadaCátion oxônio
H
OHR
+
C O
R
R1
+H
Cátion oxônioO
HR
H
OHR
+
O
H
R
RR1
+
OH
RR1
OH
OR
Nucleófilo promovendo o ataque no centro eletrofílico
O
H
R
+
Hemiacetal
324
18.12 Adição nucleofílica catalisada por base
A base forte presente no meio reacional ataca o centro eletrofílico do substrato, formando um alcóxido como intermediário tetraédrico, que por ser básico captura um hidrogênio ionizável.
C O
R
R1Cátion oxônio
RR1
O
RR1
OH
Base forte promovendo o ataque no centro eletrofílico
+
B B H - B B
B
O hemiacetal pode também ser formado através de catalise básica.
C O
R
R1Cátion oxônio
RR1
O
RR1
OH
Base forte promovendo o ataque no centro eletrofílico
+
RO RO H - OR OR
OR
18.13 Formação de acetal
É um mecanismo que envolve duas moléculas e álcool para uma do composto carbonilado. Na primeira fase do mecanismo forma-se o hemiacetal e posteriormente o acetal.
C O
R
R1
R1 = H Aldeído
Base de Lewis
C O
R
R1
+H C OH
R
R1
++ R - OH
BaseconjugadaCátion oxônio
H
OHR
+
C O
R
R1
+H
Cátion oxônioO
HR
H
OHR
+
O
H
R
RR1
+
OH
RR1
OH
ORO
H
R
+
Hemiacetal
O hemiacetal formado na presença do ácido de Lewis tem o oxigênio da hidroxila
protonado. Após a protonação, ocorre um deslocamento de elétrons que leva a formação do cátion oxônio altamente reativo.
325
C O
R
R1
+
RH
OHR
+
+
RR1
OH
OR
+
RR1
OH2 H2O
Protonação da hidroxilaCátion oxônio reativoOR
Uma segunda molécula de álcool, na função de nucleófilo, ataca o carbono do íon
oxônio por ser um centro eletrofílico.
C O
R
R1
+R
OHR
H
OHR
+
O
H
R +O
H
R
RR1
ORCátion oxônio reativo
OR
RR1
ORAcetal
+
Os acetais são utilizados em síntese orgânica como grupos protetores de aldeídos e cetonas, pelo fato de serem estáveis em soluções básicas. 18.14 Formação de imina
Os aldeídos e cetonas reagem com aminas primárias (R – NH2) formando compostos denominados de imina (R – CH = N R). A reação é desenvolvida através de catalise ácida e o produto formado é uma mistura de isômeros (E) e (Z).
C O
R
R1
R1 = H Aldeído
+ H2N - R2
H3O+
C N
R
R1
R2
+ H2O
Imina,isômeros (E) e (Z)
Aminaprimária
No desenvolvimento do mecanismo, a etapa importante ocorre no momento em que o aminoálcool protonado perde uma molécula de água formando o íon imino.
C O
R
R1 R1 = H Aldeído H2N - R2 +
RR1
Aminaprimária
O
Cetona
Intermediário dipolar
HN
H
R2
Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio. Reaçãoácido-base intramolecular.
RR1
OH
NH
R2
Aminoálcool
O aminoálcool na presença do ácido de Lewis tem sua hidroxila protonada formando o aminoálcool protonado.
326
+
RR1
OH
NH
R2
Aminoálcool
O
H
HH
+ RR1
OH2
NH
R2
Aminoálcoolprotonado
+C N
R
R1
R2
H
Íon imínio
+ H2O
A água captura o hidrogênio ionizável do íon imínio levando a formação da imina.
++C N
R
R1
R2
H
Íon imínio H2O
C N
R
R1
R2
+ H3O
Iminaisômeros (E) e (Z)
Se o mecanismo de reação for desenvolvido com um amina secundária, R2 NH, o
produto formado é uma enamina. O mecanismo é idêntico ao da formação de imina, sendo que, no estágio de formação do íon imínio não existe próton sobre o nitrogênio que possa ser perdido, neste momento, é retirado o próton do carbono vizinho (carbono alfa).
C O
CH3
R - HN - R +
CH3
Aminasecundária
O
CetonaIntermediário dipolar
HN
R
R
Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio. Reaçãoácido-base intramolecular.
OH
NR
R
AminoálcoolCH3
H3CCH3
H3C
CH3H3C
+
R
OH
N
R
Aminoálcool
O
H
HH
+
OH2
N
Aminoálcoolprotonado
+C N
Íon imínio
R
R
H3C
R
RH3C
CH3
CH3
+ H2O
+C N
Íon imínio
R
RH3C
H2C
H OH2
C N
R
RH3C
H2C
Enamina
+ H3O+
327
Qual produto se obtém, quando a butanona reage com a metilamina sob catalise ácida. Formação do aminoálcool.
C O
CH3
H2N - CH3 +
O
HN
H
CH3
OH
NH
CH3
Aminoálcool
CH3CH3
CH2CH3
CH3CH2Butanona
Metilamina
CH3CH2
Formação do íon imínio.
CH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH3CH2
CH3CH2
+
OH
NH
Aminoálcool
O
H
HH
+
OH2
NH
Aminoálcoolprotonado
+C N
H
Íon imínio
CH2CH3
CH3
Formação da imina.
CH3CH3CH3
CH3CH2CH3CH2
CH3 ++C N
H
Íon imínio H2O
C N + H3O
Imina
A reação a seguir envolve o substrato butanona e o reagente nucleofílico
dimetilamina.
C O
CH3
+
O
HN
CH3
OH
N
CH3
Aminoálcool
CH3CH3
CH2CH3
CH3CH2Butanona CH3CH2
NCH3
CH3H Dimetilamina
O par de eletrons não ligante do nitrogenio ataca o centro eletrofílico formandoum intermediário dipolar.
Intermediário dipolar promove uma reaçãoácido-base intramolecular. Par de elétrons dooxigênio captura o hidrogênio ionizável ligadoao nitrogênio, formando o aminoálcool
H3CH3C
328
CH3
CH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH3CH2
CH3CH2
+
OH
NH3C
Aminoálcool
O
H
HH
+
OH2
NH3C
Aminoálcoolprotonado
+C N
Íon imínio
CH2CH3
CH3
Protonação da hidroxila do aminoálcool. O par de elétrons do oxigênio captura um hidrogênio ionizável da água protonada.
A deslocalização do par de elétrons do nitrogênio rumo ao oxigênio positivo,promove a formação da dupla ligação e liberação da água.
+ H2O
CH3
H2C+
C N
Íon imínio
CH2CH3
CH3
H
H2O
CH3
H2C
C N
Enamina
CH2CH3
CH3
+ H3O+
18.15 Redução de Wolff-Kishner
Esta reação tem o objetivo de desoxigenar aldeídos e cetonas, levando o grupo
carbonila, -C = O, a ser transformado em –CH2. O processo acontece em duas fases: na primeira fase o substrato que pode ser um
aldeído ou uma cetona reage com o nucleófilo hidrazina gerando uma hidrazona, que será utilizada na segunda fase como substrato da reação com base forte (NaOH).
A base forte promove a remoção de nitrogênio da estrutura através de um mecanismo denominado de redução de Wolff-Kishner.
Primeira fase: formação da hidrazona.
C O
R
R1R1 = H Aldeído
H2N - NH2 +
RR1
O
Cetona
Intermediário dipolar
HN
H
NH2
RR1
OH
NH
NH2Hidrazina
Par de elétrons do nitrogêniofaz conexão no carbono da carbonila(carbono eletrofílico).
Par de elétrons disponível do oxigêniocaptura o hidrogênio ionizável conectado no nitrogênio.
329
+
RR1
OH
NH
NH2
O
H
HH
+ RR1
OH2
NH
NH2
+C N
R
R1
NH2
H
+ H2O
Protonação do grupohidroxila Deslocamento do par de elétrons do
nitrogênio com eliminação de água.
NH2R
R1
NH2 ++C N
H
Desprotonação da hidrazona H2O
C N + H3O
Hidrazona
R
R1
Segunda fase: Eliminação de nitrogênio com base forte.
NH2
C N +
Hidrazona
R
R1
NaOHtrietilenoglicol 200oC
RCH2R1 + N21
Alcano
Mecanismo de eliminação de nitrogênio.
N
C N
Hidrazona
R
R1
H
HOH
N
C N
R
R1
H
C N
N HR
R1
A base forte captura um hidrogênioda hidrazona efetuando a desprotonação.
O deslocamento do par de elétrons transportaa carga negativa para o carbono sp2.
C N
NH
R
R1 HO
H
CH N
NH
R
R1
O carbânion formado é uma base de Lewis e captura um hidrogênio da água.
+ OH
CH N
NR
R1
CH N
NH
R
R1
+ OH
A base captura o último hidrgênioconectado ao nitrogênio.
+ H2O
330
O deslocamento do par de elétrons, libera N2 egera um carbânion
CH N
NR
R1
CHR
R1
+ N2
HO
HCH
R
R1
A reação encerra com carbânio, base de Lewis, capturando o hidrogênio da água.
CH2
R
R1
+ OH
18.16 Reação de Wittig
Georg Wittig em 1979 recebeu o prêmio Nobel de Química por seu trabalho em compostos orgânicos contendo fósforo. A reação de Wittig tem como objetivo transformar um aldeído ou uma cetona em um alceno. O reagente transformador do aldeído ou cetona em um alceno é um composto químico chamado de ilídeo de fósforo, fosforano ou ainda ileto de fósforo.
Os iletos de fósforo são preparados através de duas reações. A primeira é uma reação SN2 entre um halometano, haloalcano primário ou secundário (raramente) com o nucleófilo trifenilfosfina. A segunda reação envolve um processo ácido-base, onde uma base de Lewis captura um hidrogênio ionizável.
Primeira reação.
P
HH
H
BrSN2 P
+H
H
H
+ Br
Par de elétrons não ligante do fósforo ataca a retaguarda do brometo de metila.
Grupo despedidoou retirante
Segunda reação.
P+
HH
H
Li CH2CH2CH2CH3THF+
PH
H
P+
H
H
Metilenotrifenilfosforano Ileto de fósforo
+ C4H10 + Li+
Com o ileto de fósforo preparado é possível desenvolver o mecanismo de reação de Wittig. O mecanismo será efetuado com a propanona que será transformada em um alceno.
331
P+
H
H
H3CC
H3CO
CH2
P + O
CCH3
CH3
3
CH2
P O
CCH3
CH3
3
Betaína de fósforo Oxa-fosfa-ciclobutanoOxafosfetano
CH2
P O
CCH3
CH3
3
Oxa-fosfa-ciclobutanoOxafosfetano
CH2 CCH3
CH3 P O
3+
Alceno Óxido de trifenilfosfina
A reação a seguir mostra o mecanismo de transformação do butanal.
P+
H
H
CH3CH2CH2C
HO
CH2
P + O
CH
CH2CH2CH3
3
CH2
P O
CH
CH2CH2CH3
3
Betaína de fósforo Oxafosfetano
CH2
P O
CH
CH2CH2CH3
3
Oxa-fosfa-ciclobutanoOxafosfetano
CH2 CH
CH2CH2CH3P O
3+
Alceno1-penteno
Óxido de trifenilfosfina
Nesta reação o aldeído ou a cetona é transformado em alceno pela substituição do oxigênio do reagente carbonílico pelo =CH2, =CHR ou = CR2 do ileto.
C O
CH2CH3
CH3CH2
3-pentanona
(Ph)3P - CHCH3
+
THF
C CHCH3
CH2CH3
CH3CH2Veio do ileto
Veio da cetona
+ (Ph)3P = O
3-Etil-2-penteno
18.17 Adição de reagente de Grignard
O reagente de Grignard tem fórmula geral RMgX e é obtido através da reação entre um haleto orgânico e o magnésio metálico em presença de éter anidro. Segue a preparação de alguns reagentes de Grignard.
332
H3C
H2C
CH2
Cl + Mgéter anidro
H3C
H2C
CH2 MgCl
Haleto orgânico primárioCloreto de propila
Reagente de GrignardCloreto de propilmagnésio
H2C
H2C
CH
CH3
Br
Haleto orgânico secundário2-bromobutano
+ Mgéter anidro H2C
H2C
CH MgBr
CH3
Brometo de s-butilmagnésio
+ Mgéter anidro
H3C
C
CH3
H3C Cl
Haleto orgânico terciário2-cloro-2-metilpropano
H3C
CMgCl
H3C
H3C
Cloreto de t-butilmagnésio
O reagente de Grignard reage com aldeídos e cetonas produzindo álcool. O reagente
de Grignard é uma fonte geradora de nucleófilo carbânion, pelo fato do grupo alquila na estrutura do reagente de Grignard, se encontrar extremamente polarizado perto do magnésio que é um metal e, portanto eletropósitivo. O mecanismo começa com o Mg+2 efetuando uma complexação no oxigênio do grupo carbonila. Este processo deixa o centro eletrofilico do carbono da carbonila mais ativado e pronto para receber o ataque do carbânion.
Desenvolvimento do mecanismo.
H3C
C
H3CO
H3C
H2C
CH2 MgCl
O Mg+2 por ser um ácido de Lewis faza complexação no par de elétrons do oxigênio
H3C
C
H3C
O MgCl H3C
H2C
CH2+
Carbânion propila
H3C
C
H3C
O MgCl
H3C
H2C
CH2
Nucleófilo carbânion propilaatacando o centro eletrofílico.
H3C
C
H3C
CH3CH2CH2
OMgCl
Intermediário tetraédrico
333
H3C
C
H3C
CH3CH2CH2
OMgCl
HO
H
Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água, formando o álcool terciário.
H3C
C
H3C
CH3CH2CH2
OH
+ Mg (OH)Cl
Álcool terciário
Sal básico
A reação do reagente de Grignard com aldeído formado por dois ou mais carbonos, produz álcool secundário. A reação com o formaldeido leva a formação de álcool primário.
H3C
C
H
O
H3C
H2C
CH2 MgCl
Complexação do magnésio no para de elétrons do oxigênio do aldeído.
H3C
C
HO MgCl H3C
H2C
CH2+
Carbânion propila
H3C
C
H
O MgCl
H3C
H2C
CH2
Nucleófilo carbânion propilaatacando o centro eletrofílico.
H3C
C
H
CH3CH2CH2
OMgCl
Intermediário tetraédrico
H3C
C
H
CH3CH2CH2
OMgCl
HO
H
Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água, formando o álcool secundário.
H3C
C
H
CH3CH2CH2
OH
+ Mg (OH)Cl
Álcool secundário
Sal básico
Desenvolvimento do mecanismo para o substrato aldeído fórmico.
H
C
H
O
H3C
H2C
CH2 MgCl
Complexação do magnésio no para de elétrons do oxigênio do aldeído fórmico
H
C
H
O MgCl H3C
H2C
CH2+
Carbânion propila
334
H
C
H
O MgCl
H3C
H2C
CH2
Nucleófilo carbânion propilaatacando o centro eletrofílicodo aldeído fórmico.
H
C
H
CH3CH2CH2
OMgCl
Intermediário tetraédrico
H
C
H
CH3CH2CH2
OMgCl
Intermediário tetraédrico
HO
H
Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água,formando o álcool primário.
H
C
H
CH3CH2CH2
OH
+ Mg (OH)Cl
Álcool primário
Sal básico
18.18 Reações aldólicas
As reações aldólicas ocorrem entre dois compostos carbonílicos iguais ou diferentes. Um composto carbonilico participa da reação como substrato eletrofílico, equanto que, o outro exerce a função de reagente nucleofilico.
Vamos analisar um composto carbonílico e procurar na estrutura um centro eletrofílico e um centro capaz de se transformar em um nucleófilo.
Aqui existe ligação sigma e ligação pi.A ligação pi é responsavel pelo efeito de ressonânciaque torna o carbono da carbonila um centro eletrofílicoou catiônico.
αα
Os hidrogênios conectados nos carbonos alfa ( )αsão dotados de fraca acidez e podem ser capturadospor base forte e gerar um carbânion (nucleófilo).
Carbonila - C = O
Propanona
Usando a propanona como exemplo é possível encontrar o centro eletrofílico da propanona-substrato.
335
αα
Propanona-substrato
Deslocamento de elétrons pi para o oxigênio
+
Aqui no centro eletrofílico (+) ocorre a conexão do reagente nucleofílico(-)
Ao longo do mecanismo esta situação fica indicada pelas setas curvas, que indicam o movimento de um par de elétrons.
Esta análise mostra que a propanona-substrato será atacada pelo nucleófilo no carbono da carbonila, exatamente onde reside o centro eletrofílico. Agora vamos analisar a segunda molécula de propanona que será responsável pela formação do nucleófilo.A segunda estrutura da propanona, será transformada em um reagente nucleofílico com a ajuda de uma base forte.
Propanona
B
B é uma base forte
H2C
CH3C
OH2C
CH3C
O
H
CH3C
OH2C
Íon enolato é o nucleófilo.A conexão no centro eletrofílico (+) da propanona substrato será realizada pelo carbono aniônico (-), obedecendo a lei da atração.
Tranformação da propanona em nucleófilo
Observe como pode ser efetuada esta conexão.
H2C
CH3C
O
H3C
CH3C
O
Um ânion alcóxidoH3CC
H3C
O
CH2
CCH3
O
Par de elétrons do carbono efetuando a conexão no centro eletrofílico e formando o ânion alcóxido
H3C
CH3C
O
C
H3C
O
CH2
Um ânion alcóxidoH3CC
H3C
O
CH2
CCH3
O
Par de elétrons do oxigênio é deslocado para o carbono, para que os eletrons pi efetuem a conexão no centro eletrofílico, formando o alcóxido.
O sentimento do mecanismo já foi lançado, agora vamos realizar o mecanismo completo de condensação. Para começar vamos condensar duas moléculas de acetaldeído.
336
H3C
CH
O2 10% NaOH
H2O , 5oC
H3CC
H
OH
CH2
CH
O
3-hidróxibutanal
Veio do aldeído-substrato
Veio do aldeído que setransformou em nucleófilo
Mecanismo. Primeira etapa: preparação do nucleófilo íon enolato.
H2C
CH
OH2C
CH
O
H
CH
OH2C
Íon enolato é o nucleófilo.
Tranformação do acetaldeído em nucleófilo OH
+ H2O
Na segunda etapa, o nucleófilo íon enolato ataca o centro eletrofílico do aldeído-substrato.
H2C
CH
O
H3C
CH
O
Um ânion alcóxidoH3CC
H
O
CH2
CH
O
Par de elétrons do carbono efetuando a conexão no centro eletrofílico e formando o ânion alcóxido.
Na terceira etapa, o íon alcóxido (base de Lewis) captura um hidrogênio ionizável da molécula de água (ácido de Lewis).
Um ânion alcóxido
H3CC
H
O
CH2
CH
O H3CC
H
OH
CH2
CH
O
3-hidróxibutanal
HO
H
+ OH
O produto de uma condensação aldólica entre duas moléculas de aldeído produz um hidróxi- aldeído que recebe a denominação de aldol. Aquecendo o 3-hidroxibutanal, que se encontra no meio básico, acontece à desidratação e a formação de um aldeído insaturado.
Desidratação do aldol.
337
O
CH C
C H
OHH3C
H
H
∆H3C
C C
H
CH
H
O
+ H2O + OH
2-butenal / crotonaldeído
OH Como ficaria o desenvolvimento do mecanismo para a síntese do 2-etil-3-
hidróxiexanal. Escrevendo a estrutura fica fácil de descobrir o aldeído que será condensado. No lugar da hidroxila antes existia uma carbonila. Separando a estrutura no carbono hidroxilado, se encontra o aldeído de partida.
O
CH C
C H
OHCH3CH2CH2
H
CH2CH3Butanal substrato
1
234
12
3 4Butanal que se transformou em enolato
CH3CH2CH2
CH
O2 NaOH, dil
O
CH C
CH
OHCH3CH2CH2
H
CH2CH3 Mecanismo de condensação de duas moléculas de butanal. Preparação do nucleófilo.
C
CH
O
HC
CH
O
H
CH
OC
Íon enolato é o nucleófilo.
OH
+ H2OCH3CH2 HCH3CH2 HCH3CH2
Conexão do nucleófilo íon enolato no butanal-substrato
C
CH
O
C
CH
OCH3CH2 H
CH3CH2 H2
CH2
H2C
CH
HC
C
O
H3C
CH2CH3
O
H
Formação do hidróxi-aldeído
338
CH2
H2C
CH
HC
C
O
H3C
CH2CH3
O
H
HO
H
CH2
H2C
CH
HC
C
OH
H3C
CH2CH3
O
H + OH
2-etil-3-hidróxiexanal 18.19 Reações aldólicas cruzadas
A reação aldólica cruzada ocorre entre dois aldeídos diferentes, e provoca a formação de vários produtos, não sendo indicada para o uso em síntese orgânica. A reação entre o etanal e o propanal fornece quatro produtos diferentes.
C
CH
O
H3C
CH
O
CH3 H2H
O
H+OH
H2OH3C
CHCH2
C
OH
3-Hidróxibutanal
H3C
H2C
CHCH
C
OH
CH3 O
+
3-Hidróxi-2-metilpentanal
H
O
H3CCH
CC
OH
H CH3
3-Hidróxi-2-metilbutanal
+ HH3C
H2C
CH
H2C
C
OH
O
3-Hidróxipentanal
Analisando a estrutura de cada produto é possível descobrir os aldeídos que foram
condensados.
H
O H
H3CCH
CH2
C
OH H3C
H2C
CHCH
C
OH
CH3 OEtanal
Etanal
Formada pela condensação de duas moléculas de etanal Propanal
Propanal
Formada pela condensação de duas moléculas de propanal
H
O
H3CCH
CC
OH
H CH3
HH3C
H2C
CH
H2C
C
OH
O Formados pela condensação de uma molécula de propanale uma de etanal
Etanal
Propanal
Propanal
Etanal
339
18.20 Reações de Claisen-Schmidt
A reação de Claisen-Schmidt usa como um dos componentes de reação, uma cetona, que se condensa rapidamente com o benzaldeído na presença do hidróxido de sódio. Nas reações de Claisen-Schmidt, que utilizam o benzaldeído como substrato, a desitradação ocorre espontaneamente.
C
O
H H3C
CH3C
O+OH
100oC
HC
CH
C
CH3
O
4-Fenil-3-buten-2-onaBenzalacetonaBenzaldeído Acetona
Mecanismo
Primeira etapa: Preparação do nucleófilo íon enolato.
H2C
CH3C
OH2C
CH3C
O
H
CH3C
OH2C
Íon enolato é o nucleófilo.
Tranformação da propanona em nucleófilo OH
+ H2O
Na etapa seguinte o nucleófilo formado, íon enolato, desloca o par de elétrons do carbono alfa para o centro eletrofílico do substrato-benzaldeído, formando assim, a junção entre as duas estruturas. O íon alcóxido formado é uma base de Lewis e captura um hidrogênio da água, formando uma hidróxi cetona.
C
O
H
H2C
CH3C
O
CCH2
C
CH3
OO
H
Íon enolato ataca o centro eletrofílico
CCH2
C
CH3
OO
H
HO
H
CCH2
C
CH3
OOH
H + OH
340
CC
C
CH3
OOH
HH
H
OH
HC
CH
C
CH3
O
+ H2O + OH
A reação a seguir mostra a formação da benzalacetofenona.
C
O
H
CH3C
O+OH
100oC
HC
CH
C
O
Benzaldeído Acetofenona 1,3-Difenil-2-propen-1-onaBenzalacetofenona
