Aula 6 - Reações de Interconversão Ácidos Carboxílicos e Derivados - Cloretos de Acila, Amidas e Nitrilas

24102025 1 1 Reações de interconversão entre ácidos carboxílicos e derivados AULA 6 24102025 2 Reações envolvendo cloretos de acila 1 2 24102025 2 3 Reações envolvendo cloretos de ácido Formação de ésteres base 4 Catálise nucleofílica Piridina solvente catalisador base DMAP catalisador base 3 4 24102025 3 Reagentes suportados Suportes com propriedades magnéticas 5 Angew Chem Int Ed 2007 46 4329 4332 Reagentes suportados Entrada ciclo t h Conversão 6 5 6 24102025 4 7 Adição de carbânions Reações envolvendo cloretos de acila 8 Reações envolvendo cloreto de ácido Acilação de FriedelCrafts 7 8 24102025 5 9 Reações envolvendo cloreto de ácido Formação de amidas 10 NNdietilmetatoluamida DEET Repelente Paracetamol Diazepam ValiumR Exemplos de amidas Aspartame 9 10 24102025 6 11 Reatividade de amidas 12 Reações de amidas Hidrólise ácida ou básica Formação de ácidos carboxílicos 11 12 24102025 7 13 Reações de amidas Reduções com hidretos Preparação de aminas 14 13 14 24102025 8 15 NITRILAS N R C N CIANETO C N Preparação de nitrilas 16 NITRILAS Exemplos Periciazina Antipsicótico Tratamento contra dependência de ópio Anastrozol Tratamento contra câncer de mama AIBN ZomelisR Tratamento contra diabetes Acetonitrila Acrilonitrila 15 16 24102025 9 17 Poliacrilonitrila Copolímero butadienoacrilonitrila NITRILAS Exemplos 18 NITRILAS Exemplos Cianoacrilato 17 18 24102025 10 19 NITRILAS Reatividade Valores de pKa de Hα nitrilas 20 Nitrilas 19 20 24102025 11 21 NITRILAS Reatividade Reações de hidrólise Nas condições de hidrólise o intermediário formado é a amida Assim em tempos reacionais menores pode se obter a amida Em maiores tempos reacionais ou condições mais drásticas ocorre a hidrólise completa gerando o ácido carboxílico 22 Hidrólise parcial de nitrilas Vitamina B3 6 mil tonano Acrilamida 400 mil tonano Poliacrilamida 21 22 24102025 12 23 NITRILAS Reatividade Reações hidretos NaBH4 não reduz 24 NITRILAS Reatividade Reações de hidrogenação Reatividade Reações com organometálicos 23 24 24102025 13 25 Exercícios 1 A amida abaixo sofre hidrólise facilmente ao contrário de outras amidas Justifique esse fato experimental 2 Represente os materiais de partida eou produtos em cada transformação 25 26092025 1 1 Reatividade frente a nucleófilos Curso da reação Adição Nucleofílica x Substituição Nucleofílica R1 Alquil aril hidrogênio Adição nucleofílica X OR Cl SR OAc NRR Substituição nucleofílica Se X é um bom grupo de saída Se R1 não é um bom grupo de saída AULA 04 26092025 2 Reações de interconversão entre ácidos carboxílicos e derivados 1 2 26092025 2 3 Ácidos carboxílicos 4 Reações envolvendo ácidos carboxílicos R1 OH O LiAlH4 R1 OH R1 OR2 O R2OH R1 Cl O SOCl2 R1 O O O R1 3 4 26092025 3 5 Formação de Ésteres Produtos Intermediários Facilita manipulação purificação Grupo de proteção ácidos álcoois fenóis Ácido Perde H ácido Álcool Perde H ácido pKa 16 impede a ocorrência de oxidação Fenol Perde H ácido pKa 8 impede oxidação e acoplamento 6 Reações envolvendo ácidos carboxílicos 5 6 26092025 4 7 Darstellung der Ester Emil Fischer and Arthur Speier Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft Volume 28 Issue 3 pages 32523258 OktoberDezember 1895 Reações envolvendo ácidos carboxílicos Preparação de ésteres Esterificação de Fischer 8 Reações envolvendo ácidos carboxílicos Preparação de ésteres Esterificação de Fischer Deslocamento do equilíbrio Excesso reagente menor Remoção água agente dessecante destilação azeotrópica Aparelhagem de DeanStark H2O 100ºC Tolueno 110ºC Azeótropo 20H2O 85 ºC 7 8 26092025 5 9 Reações envolvendo ácidos carboxílicos Preparação de ésteres metílicos Reações envolvendo ácidos carboxílicos Preparação de cloretos de ácido Cloreto de tionila Redução com hidretos metálicos 10 Preparação de anidridos 9 10 26092025 6 11 R1 OH O R1 OR2 O R2OH R1 R3 OH R3 R3M R4 H N R4 R1 N O R4 R4 R1 OR2 O R3OH R1 H OH H H Reações envolvendo ésteres 12 Hidrólise básica Saponificação Reações de ésteres Hidrólise ácida Mecanismo reverso da formação Sabões Gorduras 11 12 26092025 7 13 Reações de ésteres Formação de ácidos Catálise Nucleofílica Formação de ácidos Via carbocátions Evidência mecanística 14 Reações de ésteres Formação de amidas Reduções Formação de álcoois pela adição de hidretos Reduções Formação de álcoois pela adição de organometálicos 13 14 26092025 8 15 Reações de ésteres Transesterificação 16 Biodiesel ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos obtidos a partir da reação de transesterificação de triglicerídeos Gliceroquímica novos produtos e processos a partir da Glicerina de produção de biodiesel Quim Nova Vol 32 No 3 639648 2009 15 16 26092025 9 17 State of the Art of Catalysts for Biodiesel Production Front Energy Res 19 June 2020 httpsdoiorg103389fenrg202000101 18 Mg6Al2CO3OH16 4H2O H4SiO4 12MoO3 H3PW3O104 xH2O 17 18 02102025 1 1 Sintese malônica Preparação de Ácidos carboxílicos O O O O O O O O Malonato de dimetila Malonato de dietila httpswwwmasterorganicchemistrycom20120814themalonicestersynthesis AULA 5 03102025 2 Condensação de Claisen Preparação de βceto ésteres httpswwwmasterorganicchemistrycom20200914claisencondensationanddieckmanncondensation 1 2 02102025 2 3 Condensação de Claisen cruzada 4 Versão intramolecular da Condensação de Claisen Condensação de Dieckmann 3 4 02102025 3 5 É definida pela IUPAC como A invenção desenvolvimento e aplicação de produtos e processos químicos para reduzir ou eliminar o uso e a geração de substâncias perigosas Química Verde é o uso da química para prevenir a poluição Mais especificamente é o planejamento de produtos e processos químicos que sejam saudáveis ao ambiente I INTRODUÇÃO Definição de Química Verde Química Verde 6 5 6 02102025 4 7 8 Eficiência atômica é um parâmetro para medir a eficiência sintética de uma reação a reação ideal seria aquela onde toda a massa dos reagentes está contida no produto EA massa do produtosoma das massas dos reagentes X 100 Reações com alta eficiência atômica 7 8 02102025 5 9 CH3CH2CH2CH2OH NaBr H2SO4 CH3CH2CH2CH2Br NaHSO4 H2O 1 2 3 4 5 6 Considerando a seguinte reação Eficiência atômica 12088g de reagentes 1728g de nbutanol 30g de KBr 736 g de H2SO4 EAexp rendimento da reação massa total de todos os reagentes X 100 2586 g 12088 g X 100 214 2586 g do produto desejado nbromobutano Considerando rendimento obtido KBr KHSO4 10 Eficiência atômica Reação com alta eficiência atômica 9 10 02102025 6 11 Eficiência atômica Processos eficientes Hidrogenação EA 100 100 87 Ar Ph Carbonilação Oxidação 12 Reagentes suportados Substrato reagente ou catalisador imobilizado em um suporte insolúvel que após reação pode ser removido do meio reacional por filtração Reagentes e catalisadores suportados Síntese em fase sólida Purificação 11 12 02102025 7 13 Reagentes suportados Suportes com propriedades magnéticas 14 Reciclagem do oxidante Rendimentos 85 Reagentes suportados 13 14 02102025 8 15 Ácidos suportados Zeólitas 16 utilização de solventes orgânicos voláteis ou não manufatura transporte estoque manuseio e descarte aspectos que demandam cuidado e capital ÁGUA como Solvente Reações sem solvente SOLVENTES 15 16 02102025 9 17 Solvente Água como solvente 18 Solvente Reações sem solvente Mecanoquímica 17 18 02102025 10 19 ClaisenSchmidt Reaction 20 Solvente Reações sem solvente Mecanoquímica 19 20 02102025 11 21 Reações Multicomponente Reações Onepot 22 Fontes alternativas de energia Mecanoquímica Ultrassom Microondas 21 22 02102025 12 23 24 Condensação Knoevenagel Modificação Doebner Ultrassom 1 mmol 3h 99 Convencional 20 mmol DMF 80ºC 6h 78 23 24 02102025 13 25 Benzimidazol 26 Fontes alternativas de energia Fotoquímica 25 26 27 28 29 Column heads with incorporated filters Ø15 x 100 mm column Ø10 x 100 mm column Column packed with A26 resin SUS column for hydrogenation Column head with 2 joints Ø10 x 100 mm column Separated filter Column head with 1 joint 33 Starting material reservoir Column heater containing A26 resin Temperature controller Product collector Dual pump K22 34 Column heater 2 containing Pd catalyst TShape mixer Left solution Right gas Column heater 1 containing A26 resin Starting material reservoir Dual pump K22 Temperature controller 1 Product collector Temperature controller 2 H2O tank for hydrogen generation H2 massflow controller H2 generator 35 28082025 1 1 Reações de adição nucleofílica em aldeídos e cetonas AULA 3 29082025 2 Nucleófilos nitrogenados Adição de hidroxilamina Formação de oximas Influência do pH Sais de amônio 1 2 28082025 2 3 Rearranjo de Beckmann εCaprolactama 5 milhões tonano Nylon 6 4 Hidrazonas Caracterização de compostos carbonilados Reagente Brady 3 4 28082025 3 5 6 Formação de enaminas 5 6 28082025 4 7 Reações de aldeídos e cetonas com fosforanas Reação de Wittig Preparação de alcenos 8 Organic Chemistry J Clayden et al P O Ph Ph PhPh Ligação PO forte Subproduto óxido de fosfina Alceno 65 Sal fosfônio Próton ácido Ilídeo Fosforana 7 8 28082025 5 9 Reações de aldeídos e cetonas com cianeto Obtenção de cianohidrinas HCN 10 O OH HO HO OH O CN Glucosídeo encontrado na mandiocabrava HO CN O HCN 50 mg100g O OH HO HO OH OH Substâncias cianogênicas 9 10 28082025 6 Cianohidrinas como intermediários na preparação de hidroxiácidos aminoálcoois 11 12 Reações de aldeídos e cetonas com peroxiácidos Oxidação de BaeyerVilliger Éster Aldeídocetona Poliéster 11 12 28082025 7 13 Organic Chemistry J Clayden et al 14 13 14 28082025 8 Oxidação de BaeyerVilliger Biocatalisada 15 BaeyerVilliger monooxigenase ou BVMO cofactors NADPH 16 O E Nu R H B Derivados carbonilados Centros reativos 15 16 28082025 9 17 pKa de Hααααcarbonila Organic Chemistry Clayden 18 Enolatos como nucleófilos Condensação aldólica Halogenação posição alfa O H B O OH R R1 O R1 R H OH O R1 O R R1 O R 17 18 28082025 10 19 Formação de enolatos Organic Chemistry Solomons et al 20 Condensação aldólica 19 20 28082025 11 21 Condensação aldólica cruzada Produtos de autocondensação Produtos de condensação cruzada Como ter seletividade 22 Reação do halofórmio 21 22 28082025 12 23 Reação do halofórmio 24 Teste do iodofórmio Identificação de metilcetonas CHI3 é insolúvel em água 23 24 28082025 13 25 αhalogenação catalisada por ácido 25 25082025 1 1 Reações de aldeídos e cetonas com elétrons hidretos e hidrogênio Redução com metais Obtenção de álcoois Ânionradical Indicador de solvente anidro Setting up a THF still with Potassium httpswwwyoutubecomwatchvW2sIxfmNSqU AULA 2 22082025 2 Hidrogenação de aldeídos e cetonas Preparação de álcoois catalisador 1 2 25082025 2 3 Reações de aldeídos e cetonas com elétrons e hidretos Redução com hidretos Obtenção de álcoois Vantagens NaBH4 x LiAlH4 Quiralidade 4 Reduções enzimáticas Nicotinamida adenina dinucleotídeo 3 4 25082025 3 5 N H2 O CF3 Cl O OH O O O O S cerevisiea 90 ee Benzoil acetato de etila 3S3Fenil3hidroxi propanoato de etila SCloridrato de Fluoxetina ProzacR PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM BIOREATOR PARA SÍNTESE ORGÂNICA ASSIMÉTRICA CATALISADA POR SACCHAROMYCES CEREVISIAE FERMENTO BIOLÓGICO DE PADARIA httpwwwscielobrpdfqnv20n54898pdf Reduções enzimáticas em síntese orgânica 6 Reações de aldeídos e cetonas com espécies organometálicas Obtenção de álcoois Solventes anidros Valores de pKa 5 6 25082025 4 7 Solventes para reações com organometálicos Soluções disponíveis comercialmente em hexano cicloexano 8 7 8 15082025 1 Química Orgânica III 20252 Prof Jorge Luiz DQOIQUERJ jlodomingosgmailcom Lab 404 Sala 406 EMENTA Mecanismos e aplicações sintéticas Reações de adição nucleofílica em compostos carbonilados Reações de substituição nucleofílica em compostos carbonilados Reações de substituição na posição alfacarbonila Química Verde Introdução à síntese orgânica 2 1 2 15082025 2 3 Avaliações Teste 1 120925 Teste 2 171025 Prova 2 281125 P de reposição 051225 P Final 121225 4 Grupo Carbonila O 3 4 15082025 3 Aldeídos e cetonas 5 Ácidos carboxílicos e derivados 6 5 6 15082025 4 Poliamidas Nylon 66 7 8 Síntese Orgânica LProlina Captopril Antihipertensivo 7 8 15082025 5 9 Síntese Orgânica Cetoconazol Antifúngico 10 9 10 15082025 6 Centros Reativos E Nu 11 O E Nu R H B H B 12 O E Nu R H B Derivados carbonilados Centros reativos 11 12 15082025 7 Reatividade frente a nucleófilos Efeitos estéricos Menos reativo Mais reativo Reatividade 13 Reatividade frente a nucleófilos Ordem de reatividade em função do grupo R Efeitos eletrônicos OCδδδδ é função dos grupos R e 14 13 14 15082025 8 Reatividade frente a nucleófilos Efeitos eletrônicos OCδδδδ é função dos grupos R e Eletronegatividade Átomo 344 O 316 Cl 304 N 258 S 255 C 221 H Ordem de reatividade em função do grupo 15 Evidências do fenômeno Medidas dos comprimentos de ligação Espectros 16 15 16 15082025 9 17 Evidências da ocorrência ou não da ressonância Comprimentos de ligação COCl 1789 A CCl 1784 A CON 1376 A CN 1472 A 18 17 18 15082025 10 19 H O Espectro de Ressonância Magnética Nuclear C13 20 H N O Espectro de Ressonância Magnética Nuclear C13 19 20 15082025 11 21 Espectro medido a temperatura de 150ºC Espectro medido a temperatura ambiente Espectro de Ressonância Magnética Nuclear C13 Reatividade de tioésteres 22 21 22 15082025 12 23 Derivados carbonilados Centros reativos R O E Derivados carbonilados Centros reativos 24 23 24 15082025 13 25 Reatividade frente a nucleófilos Curso da reação Adição Nucleofílica x Substituição Nucleofílica R1 Alquil aril hidrogênio Adição nucleofílica X OR Cl SR OAc NRR Substituição nucleofílica Se X é um bom grupo de saída Se R1 não é um bom grupo de saída Reações de adição nucleofílica em compostos carbonilados 26 R R1 O R R1 HO OH R R1 HO OR2 R R1 R2O OR2 R R1 OH H R R1 OH R2 25 26 15082025 14 Adição de água Formação de hidratos dióis geminais 27 Adição de álcoois Formação de hemicetais e cetais hemiacetal hemicetal acetal cetal 28 27 28 15082025 15 Deslocamento do equilíbrio Excesso reagente menor Remoção água agente dessecante destilação azeotrópica Aparelhagem de DeanStark 29 30 httpsyoutubeoxRybMWYcG4 29 30 15082025 16 Hidratos de carbono CnH2Om Monossacarídeos Açúcares simples Não sofrem hidrólise ex Glicose Frutose Ribose CARBOIDRATOS 31 CHO H OH HO H H OH OH H H OH H 1 2 3 4 6 5 Glicose Ribose CHO H OH HO H H OH OH H H OH H 1 2 3 4 6 5 Ribose Glicose Formas cíclicas Ataque intramolecular 32 31 32 15082025 17 Dissacarídeos Sofrem hidrólise gerando dois monossacarídeos ex Sacarose Lactose Polissacarídeos São os polímeros de monossacarídeos Glicose Amido Glicogênio Celulose C12H22O11 H2O C6H12O6 C6H12O6 Glicose Frutose Sacarose C6H10O5n nH2O nC6H12O6 33 Reações de condensação sacarídeos Dissacarideos R O H R H R1 OH HO OR1 R2 OH R H R2O OR1 H2O hemiacetal hemicetal acetal cetal Sacarose 34 33 34 15082025 18 Polissacarídeos Celulose função estrutural 35 Glicogênio Função reserva energética Glicogênio 36 35 36 15082025 19 Amido Função reserva energética Amilopectina Amilose 37 Clivagem Reação inversa formação cetal Hidrólise R H HO OR1 R2 OH R H R2O OR1 H2O Ex Lisozima 38 Catalysis by Lysozyme httplysozymecouklysozymeenzymephp 37 38 15082025 20 Quimiosseletividade Reagentes redutores 39 H OH O Grupo cetal para proteção de aldeídos 39