Substâncias Carboniladas Aldeídos e Cetonas

Aldeídos e cetonas: Reatividade: Orbitais envolvidos LUMO = π* sp² HOMO Nu sp³ Nova ligação Cetonas: Reatividade relativa: > > H₃C CH₃ > H₃C CHCH₃ > CH₃CH CH₃CH₃ O δ- Cδ+ Cl₃C > Oδ- Cδ+ > Oδ- Cδ+ > Substâncias carboniladas: 2) Grupo II → derivados de ácidos carboxílicos, carbonatos, carbamatos e uréias Reação de substituição nucleofílica (adição-eliminação): Substâncias carboniladas: 3) Grupo III → derivados α,β-insaturados de substâncias carboniladas e análogos nitrogenados Comportamento ambidente → reação com Nu no carbono da C = O ou no C-β da insaturação Aldeídos e cetonas: Características: Aldeídos e cetonas: Propriedades físicas: PE hidrocarbonetos < PE aldeídos e cetonas < PE álcoois H O O OH Butano Propanal Acetona 1-Propanol M.M. (g/mol) 58 58 58 60 p.e. (°C) 0 49 56 97 PE -0,5 Aldeídos e cetonas: Propriedades físicas: Aldeídos e cetonas x ácidos carboxílicos: Aldeídos e cetonas: Teoria da Ligação de Valência: O  Híbrido de ressonância Aldeídos e cetonas: Propriedades físicas: Moléculas polares: μ ≈ 2,7 D Propanal μ = 2,5 D 1-Buteno μ = 0,3 D Aldeídos e cetonas: Reatividade: Ativação Enolização Ataque nucleofílico R2 O R1 H .. .. Aldeídos e cetonas: Reatividade: 1) Eletrofilicidade do carbono (C=O) HOMO = orbital molecular ocupado de maior energia (Highest Occupied Molecular Orbital) LUMO = orbital molecular desocupado de menor energia(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) Aldeídos, cetonas e análogos nitrogenados: Ordem de reatividade: aldeídos ou cetonas + reativo iminas nitrilas - reativo Aldeídos são mais reativos que cetonas do ponto de vista cinético e termodinâmico → efeitos eletrônicos e estéricos Aldeídos e cetonas: Efeitos estéricos: R R O Reatividade relativa: Formaldeído aldeído cetona Aldeídos e cetonas: Efeitos eletrônicos (Hiperconjugação): Aldeídos e cetonas: 2) Acidez do H (Enolização): Equilíbrio ceto-enólico pKa 25 + HB+ Aldeídos e cetonas: 3) Ativação por protonação O H + O H + T.O.M. T.L.V. Ordem de basicidade: Mecanismo de adição nucleofílica - Aldeídos e cetonas: Nucleófilo carregado: OBS: mecanismo com 2 etapas. Diagrama de energia com representação de apenas 1 etapa de reação. Mecanismo de adição nucleofílica - Aldeídos e cetonas: Catálise ácida: Nucleófilo neutro OBS: Ativação da carbonila e regeneração do catalisador. Diagrama de energia com representação de apenas 1 etapa de reação. H2O Aldeídos e cetonas: Adição nucleofílica Aspectos estereoquímicos Faces homotópicas Faces enantiotópicas Faces diastereotópicas Face Si Face Re Aspectos estereoquímicos da reação de adição nucleofílica: R R O aldeídos ou cetonas R R O aldeídos ou cetonas Se R = R’: → faces homotópicas; → não há formação de centro estereogênico. Se R ≠ R’: → são pró-quirais; → faces enantiotópicas; → formação de mistura racêmica; → ataque nucleofílico → face Re ou face Si Aspectos estereoquímicos da reação de adição nucleofílica: Faces homotópicas Não há formação de centro estereogênico Faces pró-quirais enantiotópicas há formação de mistura racêmica 2. H3O+ 1. Nu- Aspectos estereoquímicos da reação de adição nucleofílica: Carbonila em ambiente quiral → faces diastereotópicas → mistura de diastereoisômeros Produto secundário Produto principal 1. Nu- 2. H3O+ diastereoisômeros ET1 > ET2 R2= grupo menos volumoso R3= grupo médio R4= grupo volumoso ET1 ET2 δ- δ- Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 1) Adição nucleofílica de H2O (Hidratação): - Pode ser realizada em meio neutro, ácido ou básico; - Uso de catalisadores (ácido ou base) → ↑velocidade de reação (Diol) Condições alcalinas: Condições ácidas: Esquema de intermediários: Catálise básica X Catálise ácida Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 1) Adição nucleofílica de H2O (Hidratação): - Reatividade: (Diol) Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 2) Adição de CN-: Síntese: (Cianoidrina) Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 3) Adição nucleofílica de reagente de Grignard: 90% 92% Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 3) Adição de reagente de Grignard: Etapas para formação do reagente de Grignard: 1. Transferência de elétron; 2. Associação de radicais. Reagente de Grignard Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 3) Adição nucleofílica do reagente de Grignard: Esquema de intermediários: Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 3) Adição nucleofílica do reagente de Grignard: 3 : 1 Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 4) Adição nucleofílica de aminas: Adição de amina 1ária Adição de amina 2ária Esquema de intermediários - enamina Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 4) Adição nucleofílica de aminas: Formação de imina: - A reação é lenta se o meio não estiver levemente ácido (pH 4,5); Se o meio estiver muito ácido: H2NR + HA → H3N+R + A- não nucleofílico Esquema de intermediários - imina Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 4) Adição nucleofílica de aminas: Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 5) Adição nucleofílica de hidrazina (Reação de Wolff-Kishner): R2C=O → R2CH2 (Aldeído ou cetona → alcano) Clemmensen → redução em meio ácido → Zn/Hg em HCl Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 6) Adição nucleofílica de álcoois (formação de hemiacetais e acetais): Acetal Hemiacetal Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 6) Adição nucleofílica de álcoois (formação de hemiacetais e acetais): - Em meio neutro: Sentido 1→ adição nucleofílica Sentido 2 → retroadição nucleofílica Geralmente, hemiacetais são poucos estáveis (os cíclicos são estáveis (Ex. glicose)). Reações em condições neutras são lentas. Em condições ácidas, a reatividade do grupo carbonila é maior. Sítio eletrofílico (fraco) Sítio eletrofílico (forte) Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 6) Adição nucleofílica de álcoois: - Formação de hemiacetais: Catálise ácida: Formação de acetais: Reação reversível: - excesso de álcool; -Remoção de água ↓ favorece formação de acetais hemiacetal acetal Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: Hidrólise de acetais → podem ser usados como grupos de proteção para aldeidos e cetonas. Adição nucleofílica à aldeídos e cetonas: 7) Adição de hidreto → Hidreto como nucleófilo (transferência de hidreto, reação de redução): Aldeídos e cetonas: 7) Adição nucleofílica de hidreto (reação de redução): Esquema de intermediários: