Reações em Cetonas - Química Orgânica III

Química Orgânica III Reações em Cetonas Química Orgânica III 1 Produção Gerência de Desenho Educacional NEAD Desenvolvimento do material Felipe Camun 1ª Edição Copyright 2020 Unigranrio Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida transmitida e gravada por qualquer meio eletrônico mecânico por fotocópia e outros sem a prévia autorização por escrito da Unigranrio Núcleo de Educação a Distância wwwunigranriocombr Rua Prof José de Souza Herdy 1160 25 de Agosto Duque de Caxias RJ Reitor Arody Cordeiro Herdy PróReitoria de Programas de PósGraduação Nara Pires PróReitoria de Programas de Graduação Lívia Maria Figueiredo Lacerda PróReitoria Administrativa e Comunitária Carlos de Oliveira Varella Núcleo de Educação a Distância NEAD Márcia Loch Química Orgânica III 2 Sumário Reações em Cetonas Para Início de Conversa 4 Objetivo 4 1 Introdução 5 2 Síntese de Cetonas 6 21 Oxidação de Cetonas 8 22 Cetonas a partir de Nitrilas 8 3 Reatividade entre Aldeídos e Cetonas 8 4 Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 9 41 Adição de ÁguaÁlcoois a Carbonila 11 42 Reações com Reagentes de Grignard 13 43 Reação de Wittig 14 44 Reação com Derivados da Amônia 14 45 Reação com Cianeto de Hidrogênio 17 Referências 19 Química Orgânica III 3 Para Início de Conversa Muito da química orgânica contém a química de compostos da carbonila em particular os aldeídos e cetonas que são intermediários na síntese de muitos agentes farmacêuticos estão presentes em quase todas as rotas biológicas e em diversos processos industriais por isso é essencial entender suas propriedades e reaçoes Alguns exemplos de cetonas como carvona e cânfora são responsáveis por odores adocicados característicos de folhas de hortelã semente de cominho e folhas da árvore de cânfora Neste capítulo vamos olhar para algumas das suas reaçoes mais importantes como as reaçoes de oxirredução e de adição a carbonila veremos também o porquê as cetonas são menos reativas que os aldeídos e a ocorrência de reaçoes de adição em vez de substituição bem como a sua forma de obtenção a partir de outros compostos Objetivo Identificar as reações de oxirredução e adiçãoeliminação nucleofílica acílica que envolvem cetonas Química Orgânica III 4 1 Introdução Você pode não saber mas já tem experiência com aldeídos e cetonas baseados em coisas que você provavelmente cheirou e provou A vanilina é responsável pelo aroma da baunilha enquanto o aroma da amêndoa resulta do benzaldeído a canela vem do cinamaldeído e a hortelã vem da Rcarvona Outros odores e sensaçoes que são muito menos agradáveis também podem ser causados por aldeídos e cetonas por exemplo o odor penetrante do formaldeído ou acetona ou a ressaca causada pelo acetaldeído que resulta do ato de ingerir bebidas alcoólicas em demasia Figura 1 Tipos de aldeídos e cetonas Fonte McMurry 2016 Os aldeídos têm um grupo carbonila ligado de um lado a um carbono e do outro lado a um hidrogênio O formaldeído é uma exceção porque Me Vanilina Benzaldeído Cinamaldeído RCarvona Formaldeído Acetona Acetaldeído ele possui hidrogênios em ambos os lados Já as cetonas têm um grupo carbonila ligado a átomos de carbono em ambos os lados Neste capítulo vamos centrar a nossa atenção na preparação de cetonas nas suas propriedades físicas e especialmente nas reaçoes de adição nucleofílica que ocorrem nos seus grupos carbonila Figura 2 Ilustração e fórmulas de acetonas Fonte Solomons et al 2018 O grupo carbonila é um grupo polar consequentemente os aldeídos e cetonas têm pontos de ebulição mais altos do que os hidrocarbonetos de mesma massa molecular Entretanto uma vez que os aldeídos e cetonas não podem ter ligaçoes de hidrogênio fortes entre as suas H RCHO R R RCOR R Fórmula geral de um aldeído Fórmula geral de uma cetona Acetona Química Orgânica III 5 moléculas eles têm pontos de ebulição mais baixos do que os álcoois correspondentes Os seguintes compostos que têm massas moleculares similares exemplificam essa tendência Um mapa do potencial eletrostático da acetona mostra a polaridade da ligação C O da carbonila Figura 3 Mapa do potencial eletrostático da acetona Fonte Solomons et al 2018 O átomo de oxigênio da carbonila permite que as moléculas de aldeídos e cetonas formem ligaçoes de hidrogênio fortes com moléculas de água Butano peb 05ºC MW 58 Propanal peb 49ºC MW 58 Acetona peb 561ºC MW 58 1 Propanol peb 972ºC MW 60 H OH Como resultado os aldeídos e cetonas com baixas massas moleculares apresentam consideráveis solubilidades em água A acetona e o acetaldeído são solúveis em água em todas as proporçoes Figura 4 Ligaçoes de hidrogênio mostradas em vermelho entre as moléculas de água e acetona Fonte Solomons et al 2018 2 Síntese de Cetonas Para a maioria dos casos os métodos de síntese de cetonas são similares aos dos aldeídos Alcoois secundários são oxidados por diversos O C O H H CH3 H3C H H O Ligações de hidrogênio mostradas em vermelho entre as moléculas de água e acetona Química Orgânica III 6 reagentes para se obter cetonas A escolha do oxidante depende de fatores tais como a escala da reação o custo e a sensibilidade ácida ou básica do álcool MCMURRY 2016 Figura 5 Síntese de cetonas pela oxidação de álcoois secundários Fonte McMurry 2016 Cetonas a partir de álcoois secundários pela oxidação de Swern Figura 6 Oxidação de Swern Fonte McMurry 2016 OH C H3C CH3 H3C O C H3C CH3 H3C 4tertbutilciclohexanol 4tertbutilciclohexanona 90 CrO3 CH2Cl2 Outra forma de se obter cetonas é a partir da acilação FriedelCrafts Por exemplo Figura 7 Acilação FriedelCrafts Fonte McMurry 2016 As cetonas também podem ser preparadas a partir de certos derivados de ácidos carboxílicos conforme ocorre com os aldeídos Entre as reaçoes mais úteis deste tipo está aquela entre um cloreto de ácido e um reagente diorganocobre de lítio MCMURRY 2016 CH3CH2CH2CH2CH2 O C Cl CH3CH2CH2CH2CH2 O C CH3 CH32Cu Li Cloreto de hexanoíla 2heptanona 81 Éter Figura 8 Reação entre um cloreto de ácido e um reagente diorganocobre de lítio Fonte McMurry 2016 OH R Cl OH R ALCI3 HCl Uma alquil aril cetona Química Orgânica III 7 21 Oxidação de Cetonas As cetonas são normalmente inertes a oxidação A diferença é uma consequência da estrutura os aldeídos têm um hidrogênio no CHO que pode ser abstraído durante a oxidação mas as cetonas não elas são inertes para a maioria dos agentes oxidantes mas sofrem reação de clivagem lenta da ligação CC ao lado do grupo carbonila quando tratadas com KMnO4 alcalino quente MCMURRY 2016 Figura 9 Reação de clivagem lenta da ligação CC ao lado do grupo carbonila Fonte McMurry 2016 22 Cetonas a partir de Nitrilas Quando tratamos uma nitrila com o reagente de Grignard ou um reagente organolítio produzimos uma cetona conforme figura Mais à frente veremos esses mecanismos SOLOMONS 2018 Figura 10 Tratamento de uma nitrila com o reagente de Grignard ou um reagente organolítio Fonte McMurry 2016 3 Reatividade entre Aldeídos e Cetonas Quando comparamos a reatividade da carbonila de aldeídos com a das cetonas podemos observar que os aldeídos são mais reativos isso ocorre por diversos fatores alguns deles são Fatores estéricos Nos aldeídos um grupo é um átomo de hidrogênio o carbono central do produto tetraédrico formado a partir do aldeído é menos impedido e o produto é mais estável A formação do produto consequentemente é favorecida no equilíbrio Com as cetonas os dois substituintes alquilas no carbono da carbonila provocam maior impedimento estérico no produto tetraédrico e o tornam menos estável Portanto uma concentração menor do produto está presente no equilíbrio SOLOMONS 2018 NMgX R R O R R R R MgX N H3O NLi R R O R R R R Li NH4 Li N H3O NH4 Mg2 X Química Orgânica III 8 Fatores eletrônicos Uma vez que os grupos alquilas são doadores de elétrons os aldeídos são mais reativos em termos eletrônicos também Os aldeídos têm apenas um grupo doador de elétrons para neutralizar parcialmente e com isso estabilizar a carga positiva no seu átomo de carbono da carbonila As cetonas têm dois grupos doadores de elétrons e são mais estabilizadas já que a doação ocorre dos dois lados da carbonila A maior estabilização da cetona o reagente em relação ao seu produto significa que a constante de equilíbrio para a formação do produto tetraédrico a partir de uma cetona é menor e a reação é menos favorável SOLOMONS 2018 Figura 11 Reatividade relativa Aldeídos contra cetonas Fonte McMurry 2016 Estericamente a presença de apenas um substituinte grande ligado ao carbono da CO em um aldeído versus dois substituintes grandes em uma cetona significa que um nucleofilo esta apto a se aproximar de um aldeído mais facilmente Assim o estado de transição levando a um intermediário tetraédrico é menos impedido e de menor energia para um aldeído que para uma cetona MCMURRY 2016 O R H δ δ O R H δ δ Aldeído Cetona O carbono de carbonila de uma cetona é menos positivo porque possui dois grupos alquila doadores de elétrons 4 Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila A reação mais característica das cetonas é a adição nucleofílica a ligação dupla carbonooxigênio as cetonas são especialmente suscetíveis a adição nucleofílica por causa de suas características estruturais No geral as cetonas reagem por meio de um nucleofilo Nu que se aproxima do grupo carbonila em um ângulo de cerca de 105 oposto ao oxigênio da carbonila e forma uma ligação com o átomo de carbono eletrofílico do CO Ao mesmo tempo ocorre a reibridização do carbono da carbonila de sp2 para sp3 e um par de elétrons da ligação CO se move na direção do átomo de oxigênio eletronegativo e um íon alcóxido intermediário tetraédrico é produzido A protonação do alcóxido por adição de ácido em seguida dá um álcool SOLOMONS 2018 Quando temos um nucleofilo forte a reação segue esse mecanismo Figura 12 Mecanismo de reação a um nucleofilo forte Fonte Adaptada de McMurry 2016 Nu Nu Nu Nu R R C O δ δ R R H H C O a b Nu R R C O nucleófilo forma uma ligação com o carbono através da doação de um par de elétrons pela face superior ou inferior do grupo carbonila caminho a ou b Um par de elétrons se desloca para o oxigênio Intermediário tetraédrico mais o enantiômero Plano trinagular Produto tetraédrico mais o enantiômero O oxigênio do alcóxido em função de sua elevada basicidade remove um próton do H Nu ou de algum outro ácido presente O Química Orgânica III 9 A capacidade de o átomo de oxigênio da carbonila acomodar o par de elétrons da ligação dupla carbonooxigênio é essencial nessa etapa Quando temos um nucleofilo fraco precisamos de uma catalise acida para que a reação ocorra ou seja a catálise ácida torna a carbonila mais reativa com isso ela fica mais suscetível ao ataque do nucleofilo fraco de acordo com as etapas abaixo Figura 13 Mecanismo de reação a um nucleofilo fraco Fonte Adaptada de McMurry 2016 Em condições ácidas um par de elétrons do oxigênio da carbonila recebe um próton do ácido ou se associa a um ácido de Lewis O carbono da carbonila protonada é agora mais suscetível ao ataque nucleofílico ou um ácido de Lewis Etapa 1 Etapa 2 A carbonila protonada é atacada pelo nucleófilo e uma base remove um próton do átomo carregado positivamente regenerando catalisador ácido δ R R A A C O δ R R C H H R R C H A R R C R R C O H H H Nu Nu H R R C A Nu H H O Qualquer composto contendo um átomo de oxigênio positivamente carregado que forma três ligaçoes covalentes é um cátion oxônio Esse mecanismo opera quando os compostos carbonílicos são tratados com acidos fortes na presença de nucleofilos fracos Na primeira etapa o ácido doa um próton H a um par de elétrons do átomo de oxigênio da carbonila O composto carbonílico protonado resultante um cátion oxônio é muito reativo frente ao ataque nucleofílico ao átomo de carbono da carbonila pois o átomo de carbono da carbonila tem mais carga positiva do que ele possui no composto não protonado Equilíbrio das reaçoes de adiçoes nucleofílicas a ligação dupla Carbono Oxigênio Muitas adiçoes nucleofílicas as ligaçoes duplas carbono oxigênio são reversíveis os resultados globais dessas reaçoes dependem portanto da posição de um equilíbrio Isso contrasta enormemente com a maioria das adiçoes eletrofílicas as ligaçoes duplas carbonocarbono e com as substituiçoes nucleofílicas em átomos de carbono saturados As últimas reaçoes são basicamente irreversíveis e os resultados globais são uma função das velocidades relativas das reaçoes SOLOMONS 2018 Química Orgânica III 10 Figura 14 Mecanismos condiçoes básicas e ácidas Fonte Adaptada de McMurry 2016 41 Adição de ÁguaÁlcoois a Carbonila A formação de hidratos ocorre quando adicionamos água a um aldeído ou cetona Um hidrato é uma molécula com dois grupos OH ligados no mesmo carbono Os hidratos são também chamados de dióis geminais gem deriva do termo latino geminus que significa gêmeos Esses hidratos são muito instáveis para serem isolados pois o carbono tetraédrico hibridização sp3 está ligado a dois átomos de oxigênio Para que a reação ocorra precisamos de uma catálise ácida ou básica pois em condiçoes normais a reação é muito lenta A seguir podemos ver por qual mecanismo se passa essa reação BRUICE 2014 Um catalisador não tem efeito sobre a posição do equilíbrio Um catalisador afeta a velocidade na qual o equilíbrio é alcançado Em outras palavras o catalisador afeta a velocidade na qual um aldeído ou uma cetona é convertida em um hidrato não tem efeito na quantidade de aldeído ou cetona convertido em hidrato BRUICE 2014 a Condições básicas MECANISMO b Condições ácidas O nucleófilo carregado negativamente OH ligase ao carbono eletrofílico e empurra elétrons da ligação CO sobre o oxigênio dando um íon alcóxido O íon alcóxido é protonado pela água para dar o hidrato neutro como o produto da adição e regenerando OH O oxigênio da carbonila é protonado pelo ácido H3O fazendo o carbono mais fortemente eletrofílico O nucleófilo neutro ÖH2 ligase ao carbono eletrofílico empurrando os elétrons o de C O para o oxigênio O oxigênio se torna neutro e o nucleófilo ganha a carga ſon alcóxido intermediário A água desprotona o intermediário dando o produto de adição hidrato neutro regenerando o catalisador ácido H30 Hidrato gem diol Hidrato gem diol O C δ δ OH O C OH OH O C OH O H H 1 1 2 3 2 O C δ δ O H H H O C O H H H O H H H2O H2O OH C OH OH C OH2 1 2 3 Química Orgânica III 11 Sob condiçoes básicas o nucleofilo esta carregado negativamente HO e utiliza um par de seus elétrons para formar uma ligação com o átomo de carbono eletrofílico do grupo CO Ao mesmo tempo o átomo de carbono CO rehibridiza de sp2 para sp3 e dois elétrons da ligação CO são empurrados para o átomo de oxigênio levando a um íon alcóxido A protonação do íon alcóxido pela água em seguida leva a um produto de adição neutro mais HO regenerado MCMURRY 2016 Sob condiçoes ácidas o átomo de oxigênio da carbonila é protonado primeiro por H3O para tornar o grupo carbonila mais fortemente eletrofílico Um nucleofilo neutro H2O utiliza um par de eletrons para ligação com o átomo de carbono do grupo CO e dois elétrons da ligação de CO passam para o átomo de oxigênio A carga positiva no oxigênio e assim neutralizada enquanto o nucleofilo ganha uma carga positiva Finalmente a desprotonação pela água gera o produto de adição neutro e regenera o catalisador H3O MCMURRY 2016 Observe a principal diferença entre as reaçoes catalisadas por base e por ácido A reação catalisada por base ocorre rapidamente porque a água e convertida em íon hidroxido um nucleofilo muito melhor A reação catalisada por ácido acontece rapidamente uma vez que o composto carbonila e convertido pela protonação em um eletrofilo muito melhor Seguindo esse mesmo conceito dos hidratos formados por cetonas temos os cetais formado por álcoois ou seja quando um equivalente de um álcool é adicionado a uma cetona é chamado hemicetal e o produto formado quando um segundo equivalente de álcool é adicionado é denominado cetal Assim como a agua o alcool e um nucleofilo fraco portanto é necessário um catalisador ácido para a reação ocorrer a uma velocidade razoável Apesar de o carbono tetraédrico de um cetal estar ligado a dois átomos de oxigênio levandonos a supor que um cetal não é estável o cetal podem ser isolados se a água eliminada do hemicetal for removida da mistura reacional Isso ocorre porque se a água não estiver disponível as únicas substâncias que os cetais podem formar são as carboniladas Ometiladas que são menos estáveis do que o cetal BRUICE 2014 Como existe um equilíbrio nessas reaçoes os cetais ou acetais para aldeídos podem ser convertidos novamente em cetonas ou aldeídos em solução aquosa ácida Figura 15 Cetonas ou aldeídos em solução aquosa ácida Fonte Adaptada de McMurry 2016 R R R R O 2ROH H2O Por meio do inverso do mecanismo visto anteriormente RO OR Acetal Aldeído ou cetona Química Orgânica III 12 Os acetais ou cetais são muito utilizados para grupos de proteção em síntese orgânica pois podemos proteger a função cetona ou aldeído utilizando um álcool e posteriormente forçar a hidrólise para que possa voltar a ter função cetona Como podemos ver na reação abaixo na qual queremos reduzir o grupo éster sem que a função cetona seja alterada Com isso protegemos a função com um álcool o álcool usado na proteção foi o 12diol antes da reação com o éster 42 Reações com Reagentes de Grignard A adição de um reagente de Grignard a uma substância carbonilada é uma reação versátil que leva a formação de uma variedade de estruturas pois tanto a estrutura da substância carbonilada quanto a estrutura do reagente de Grignard podem variar BRUICE 2014 Uma das reaçoes mais importantes em síntese orgânica é a adição da ligação CC com isso os reagentes de Grignard têm uma grande importância isso se deve a ele por ter um carbono nucleofílico em sua estrutura ou seja O O OEt O O OEt HOCH2CH2OH HA 2 H2O 1 LiAH4 ET2O O OEt O O 2 H2O 1 H3O OH O O O OH O B A ele possui um carbono ligado a um átomo menos eletronegativo do que o carbono funcionando quase como um carbânion que ao reagir com uma cetona formamos como um álcool terciário Uma reação de Grignard se inicia com uma complexação ácido base de Mg2 com o átomo de oxigênio da carbonila da cetona tornando assim o grupo carbonila um eletrofilo melhor A adição nucleofílica de R produz então um alcóxido de magnésio tetraédrico como intermediário e a protonação por adição de água ou ácido aquoso diluído em uma etapa separada produz o álcool neutro Assim como a redução as adiçoes de Grignard são efetivamente irreversíveis pois um carbânion é um grupo abandonador muito fraco para ser expulso em uma etapa de reversão MCMURRY 2016 Figura 16 Reaçoes com reagentes de Grignard Fonte McMurry 2016 MECANISMO O ácido de Lewis Mg2 primeiro forma um complexo ácidobase com o átomo de oxigênio básico do aldeído ou da cetona tornando o grupo carbonila melhor receptor A adição nucleofílica de um grupo alquila R ao aldeído ou a cetona produz um alcóxido de magnésio intermediário tetraédrico o qual sofre hidrólise quando a água é adicionada em uma etapa separada O produto final é um álcool neutro 1 2 3 O C MgX O C MgX MgX HOMgX O C OH C 1 2 3 Um intermediário tetraédrico Um álcool R R R H2O R Química Orgânica III 13 Com o reagente de Grignard conseguimos sintetizar um álcool terciário porém com o uso de Hidretos metálicos como NaBH4 e LiAlH4 conseguimos reduzir uma cetona a um álcool secundário obedecendo ao seguinte mecanismo 43 Reação de Wittig A reação de Wittig é aplicável a uma grande variedade de compostos e oferece uma significativa vantagem sobre a maior parte das outras sínteses de alquenos no sentido de não existir ambiguidade quanto a localização da ligação dupla no produto Os ilídeos de fósforo são facilmente preparados a partir de trifenilfosfina e haletos de alquila primários ou secundários SOLOMONS 2018 As reaçoes de cetonas ou aldeídos com os ilídeos de fósforo ocorrem obedecendo ao seguinte mecanismo O H O H OH H H30 Figura 17 Reaçoes de cetonas ou aldeídos com os ilídeos de fósforo Fonte Adaptada de McMurry 2016 44 Reação com Derivados da Amônia Veja neste tópico as reaçoes com derivados da amônia Iminas As aminas primárias reagem com cetonas para a formação de iminas Essa reação requer uma quantidade pequena de catalisador ácido veremos que o pH do meio reacional deve ser cuidadosamente controlado Na primeira etapa para a formação da imina temos o ataque da amina ao carbono carbonílico e então ocorre a formação de um intermediário tetraédrico pela introdução de um próton pelo íon alcóxido e pela perda de um próton do íon amônio O R R C C O PC6H53 R R C PC6H53 R R R R C C C R R R R O PC6H53 O CH2 CH2 CH2 PC6H53 O PC6H53 O PC6H53 Aldeído ou cetona Ilídeo Oxafosfetano Alqueno Óxido de trifenilfosfina Exemplo específico Metilciclohexano 86 Química Orgânica III 14 O intermediário tetraédrico neutro denominado aminoálcool está presente no equilíbrio em duas formas protonadas A protonação pode ocorrer tanto no nitrogênio quanto no oxigênio A eliminação de água do intermediário oxigenado protonado forma uma imina protonada que perde um próton para formar a imina Geralmente a adição do nitrogênio nucleofílico a uma cetona é uma reação nucleofílica de adiçãoeliminação adição nucleofílica de uma amina para formar um intermediário tetraédrico instável seguida pela eliminação de água Os intermediários tetraédricos são instáveis porque os novos carbonos sp3 estão ligados a um átomo de nitrogênio ou oxigênio outro átomo eletronegativo A água é eliminada e a perda de um próton da imina protonada resultante forma a imina estável BRUICE 2014 O C C H2N R H2N R O C H2N R O Aldeído ou cetona Amina primária Intermediário tetraédrico Aminoálcool A amina é adicionada ao grupo carbonila para formar um intermediário tetraédrico A transferência de um próton intermolecular produz um aminoálcool C C H2N R O H2 H R Íon imínio Aminoálcool protonado A protonação do grupo hidroxila produz um bom grupo de saída A perda de uma molécula de água forma um ion imínio Imina isômeros E e Z H2O A N C R N HA A remoção de um próton produz a imina e regenera o catalisador ácido O pH do meio reacional deve ser controlado ou seja precisa haver acido suficiente para protonar o intermediario tetraedrico para que saia a água em vez do grupo de saída mais básico HO Caso haja muito ácido presente no meio reacional ele vai protonar todos os reagentes nitrogenados As aminas protonadas não são nucleofílicas assim não podem reagir com o grupo carbonila BRUICE 2014 Enaminas As aminas secundárias reagem com cetonas para formação de enaminas observe a diferença entre o mecanismo descrito anteriormente para a formação de imina e esse mecanismo para a formação de enamina Na formação de enamina que envolve uma amina secundária não existe próton no nitrogênio para remoção no cátion imínio intermediário Logo uma imina neutra não pode ser formada Em vez disso um próton é removido de um carbono adjacente ao antigo grupo carbonila resultando em uma enamina As aminas terciárias não formam produtos de adição estáveis com cetonas porque com a formação do intermediário tetraédrico a carga formal positiva resultante não pode ser neutralizada pela perda de um próton SOLOMONS 2018 Química Orgânica III 15 Etapa 1 C C C N R C H H H R O O N H R Aldeído ou cetona Amina secundária Intermediário aminoálcool R C C N R H R O H A amina se adiciona à carbonila da cetona ou do aldeído formando um aduto tetraédrico A transferência do próton intermolecular leva ao intermediário aminoálcool Etapa 2 C C C C N R H H H R O N R C C H H H OH H A N R R O intermediário aminoálcool é protonado pelo catalisador ácido A contribuição de um par de elétrons não compartilhados do átomo de nitrogênio e a saída de uma molécula de água levam a um intermediário cátion imínio Intermediário aminoálcool Intermediário ion imínio H3O A Etapa 3 Oximas Hidrazonas e Semicarbazonas Algumas substâncias são derivados das iminas como a hidroxilamina NH2OH a hidrazina NH2NH2 e a semicarbazida NH2NHCONH2 e reagem de maneira similar as aminas primárias uma vez que elas também apresentam o grupo NH2 Frequentemente denominados derivados de imina porque o substituinte ligado ao nitrogênio da imina não é um grupamento R alquila A imina obtida da reação com hidroxilamina é denominada oxima a imina resultante da reação com hidrazina é chamada hidrazona e a imina obtida a partir de uma reação com a semicarbazida é chamada semicarbazona BRUICE 2014 C C H A H A N R R C C N R R Enamina Um próton é removido do carbono adjacente ao grupo imínio A remoção do próton acontece no carbono porque não há próton para ser removido do nitrogênio do cátion imínio haveria se uma amina primária tivesse sido utilizada Nesta etapa a enamina é formada a carga formal é neutralizada e o catalisador ácido é regenerado Se houvesse um próton para ser removido do nitrogênio do cátion imínio o produto final seria uma imina Química Orgânica III 16 Oximas O H3C CH3 N H3C CH3 H2O H2NOH Oxima Isômeros E e Z Hidroxilamina Ácido catalitico H OH Hidrazonas Semicarbazona O H3C CH3 N H3C CH3 H2O H2N NH2 Hidrazoma Isômeros E e Z Hidrazina Ácido catalitico H NH2 O H3C CH3 N H3C CH3 H2O H2N C Semizarbazona Semicarbazida Ácido catalitico H NH NH2 O NH C NH2 O A Redução de WolffKishner é um importante uso das hidrazonas por meio da qual uma cetona pode ser convertida em um grupo metileno O mecanismo envolve a formação inicial de uma hidrazona seguida de uma tautomerização promovida por base e uma eliminação de nitrogênio 45 Reação com Cianeto de Hidrogênio Quando reagirmos o Cianeto de Hidrogênio com cetonas teremos a formação das cianoidrinas Essa reação aumenta um átomo de carbono ao reagente carbonílico Como o cianeto de hidrogênio é um gás tóxico a melhor maneira de realizar essa reação é gerar o cianeto de hidrogênio O R R aquecimento N H N R R HO H N H OH OH R N2 HO R R R H OH H H H H H R R H H2NNH285 KOH O hidrato de hidrazina reage com o composto carbonílico formando uma hidrazona por meio do mesmo mecanismo usado para a formação da imina visto anteriormente A tautomerização promovida pela base transfere um próton para o carbono A eliminação do N2 leva a um carbânion que então é protonado Química Orgânica III 17 durante a reação pela adição de HCl a mistura de cetona e excesso de cianeto de sódio O excesso de cianeto de sódio é usado para garantir que algum íon cianeto formado reaja como um nucleofilo SOLOMONS 2018 Quando comparamos o íon cianeto com outros carbonos nucleofílicos vemos que se trata de uma base relativamente fraca com isso o grupo ciano é mais facilmente eliminado do que o carbono nucleofílico da reação de adição No entanto as cianoidrinas são estáveis porque o grupo OH não eliminará o grupo ciano ou seja no caso de uma reação de eliminação o átomo de oxigênio portaria uma carga parcial positiva o que tornaria a reação instável porém se o grupo OH perde seu próton o grupo ciano poderia ser eliminado ja que o atomo de oxigênio ficaria com uma carga parcial negativa então em meio básico a cianidrina é facilmente convertida na substância carbonilada voltando a ser uma cetona ou aldeído BRUICE 2014 O C O C C N C N Tem que se tomar muito cuidado quando se trabalha com cianeto de hidrogênio devido à sua elevada toxicidade e volatilidade Reações envolvendo HCN têm que ser realizadas em uma lenta C H C N N H C N O H C C N Em nosso cotidiano não percebemos mas estamos cercados de compostos carbonilados como as Cetonas que vimos nesta unidade na qual estudamos sobre as sínteses e suas reaçoes Neste capítulo abordamos a reatividade das cetonas contra aos aldeídos e como a carbonila se comporta diante de um nucleofilo forte e fracos com a necessidade do uso de catalisadores ácido e básicos alguns métodos de obtenção de cetonas a partir de alcenos oxidação de Swern acilaçoes e por meio das nitrilas Outro ponto importante foram as reaçoes de adição nucleofílica ao carbono da carbonila com reaçoes dos derivados das cetonas e seus mecanismos como as cianoidrinas grupos de proteção por meio de hidratos formando cetais e a obtenção de álcoois primários e terciários utilizando hidretos metálicos ou reagente de Grignard Química Orgânica III 18 Referências BRUICE P Y Fundamentos de química orgânica 2 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2014 MCMURRY J Química orgânica 9 ed São Paulo Pioneira Thomson Learning 2016 SOLOMONS T W GRAHAM FRYHLE CRAIG B SNYDER A SCOTT Química orgânica 12 ed Rio de Janeiro LTC 2018 Química Orgânica III 19