Heterociclos Aromáticos: Propriedades e Estruturas

08092022 1 Heterociclos Aromáticos Química Orgânica III Profa Silvana Maria de Oliveira Substâncias Heterocíclicas Parte IV 1 Heterociclos Insaturados 2Hpirano 4Hpirano Piridina pirrol furano tiofeno 2 08092022 2 Heterociclos Insaturados indol benzofurano benzotiofeno quinolina isoquinolina 3 Heterociclos com 2 heteroátomos pirimidina pirazina imidazol pirazol tiazol purina 4 08092022 3 Aminas Heterociclicas aromáticas como bases pKa 38 pKa 516 Em solução aquosa as aminas heterocíclicas aromáticas são bases muito mais fracas que as não aromáticas ou amônia Em fase gasosa entretanto a piridina e o pirrol são mais básicas que amônia Indicando que a solvatação tem um efeito muito importante nas basicidades relativas 5 Íon piridínio pKa 516 Íon piperidínio pKa 1112 O íon piridínio é um ácido mais forte do que um íon amônio típico devido a hibridização 6 08092022 4 7 O momento de dipolo da pirrolidina esquerda é atribuído à propriedade retiradora de elétron do átomo de nitrogênio 8 08092022 5 O pirrol é uma base extremamente fraca Os pares de elétrons do N fazem parte da nuvem de elétrons π Quando o pirrol é protonado sua aromaticidade é perdida 9 A quinolina e a isoquinolina são conhecidas como benzopiridinas 10 08092022 6 11 pirrol furano tiofeno Energias de Ressonância relativas Heterociclos Aromáticos de Anéis de Cinco Membros 12 08092022 7 Quanto maior a energia de ressonância estável é o anel Estabilidade maior número de contribuintes de ressonância com maior equivalência 13 Heterociclos Aromáticos de Anéis de Cinco Membros Eletronegatividade O N S 14 08092022 8 Contribuintes de Ressonância do Furano e do Pirrol O híbrido de ressonância do pirrol indica que existe uma carga parcial positiva no nitrogênio 15 Energias relativas de ressonância dos Heterociclos de 5 membros Quanto mais estável e mais equivalentes estiverem os contribuintes de ressonância maior é a energia de ressonância As energias de ressonância pirrol do furano e do tiofeno não são maiores que a energia de ressonância de benzeno e do ânion ciclopentadienila cujos contribuintes de ressonância são todos equivalentes Tiofeno com o heteroátomo menos eletronegativo é o que possui a maior energia de ressonância destes heterociclos e furano com o heteroátomo mais eletronegativo tem a menor energia de ressonância 16 08092022 9 17 Caráter acidobase Pirrol é pouco básico A protonação ocorre no carbono alfa Por que a protonação ocorre no carbono alfa 18 08092022 10 O pirrol é instável em soluções de ácidos fortes porque uma vez protonado pode rapidamente se polimerizar O hibrido de ressonância do pirrol indica que existe uma carga positiva no N Portanto ele é mais facilmente protonado na posição 2 Justificar as afirmações Por outro lado a acidez do pirrol pKa 165 pode ser explicada pela estabilização de sua base conjugada por ressonância 19 Pirrol furano e tiofeno sofrem substituição eletrofílica preferencialmente em C2 Reações com os heterociclos aromáticos de 5 membros Tiofeno Pirrol furano São aromáticos sofrem reações SEAr 20 08092022 11 Exemplos 21 Ataque do Eletrófilo nas posições C2 e C3 22 08092022 12 Reatividade relativa nas reações de Substituição Eletrofílica Aromática SEAr Pirrol furano e tiofeno possuem maior capacidade de estabilizar o carbocátion intermediário que o benzeno ion arenio O furano é menos reativo que o pirrol em SEl Ar devido o oxigênio ser mais eletronegativo que o nitrogênio sendo assim menos efetivo na estabilização do carbocátion No tiofeno os es π do S estão em orbitais 3p e a sobreposição é menos efetiva do que o orbital 2p do N ou O 23 As reatividades relativas dos heterociclos de cinco membros em reação de FriedelCrafts Reatividades relativas em reação de FriedelCrafts 24 08092022 13 25 Observações As reatividades relativas dos heterociclos de anel de cinco membros são refletidas no Ácido de Lewis necessário para catalisar uma reação de acilação de FriedelCrafts O benzeno requer AlCl3 um ácido de Lewis relativamente forte Tiofeno é mais reativo do que o benzeno por isso pode sofrer uma reação de FriedelCrafts usando SnCl4 um ácido de Lewis mais fraco Um ácido de Lewis ainda mais fraco pode ser usado quando o substrato é furano Pirrol é tão reativo que um anidrido é usado em vez de um cloreto de acila mais reativo e nenhum catalisador é necessário 26 08092022 14 A reação de FriedelCrafts com anidrido acético para os outros anéis Obs Com o pirrol a acetilação pode levar a produtos com de uma substituição Outros métodos reagente de Vilsmeier RCONCH32 POCl3 ou Acilação de HoubenHoesch RCN HCl 27 Ao final da reação é adicionado sç de Na2CO3 que hidrolisa a imina em cetona Mecanismo Acilação com reagente de Vilsmeier RCONCH32 POCl3 28 08092022 15 O Pirrol é muito reativo a reação de bromação sem ácido de Lewis confirma a aromaticidade do anel pois leva a substituição porém em todas as posições Em MeOH ocorre Reações de adição 29 As reações com ácidos fortes Para o pirrol as reações de SElAr que utilizam ácidos não são possíveis de serem realizadas pois levam a polimerização 30 08092022 16 Reação de nitração pode ser realizada para o furano e tiofeno 31 32 08092022 17 Pirrol pode reagir como ácido pKa 1751 com bases fortes como Na NaH em solventes inertes ou NaNH2 em NH3 liquida A acidez do hidrogênio NH também pode ser observado na reação com organometálicos As reações com bases fortes 33 Reação de Metalação Para o pirrol Para o furano 34 08092022 18 Furanos são importantes intermediários sintéticos Um exemplo é a síntese da Zjasmona a partir de metilfurano e Z1bromohex3eno Por reação de metalação e de alquilação é preparado o intermediário 30 que em seguida é clivado por ácido aquoso para a 14dicetona 31 A dicetona 31 é então convertida por uma condensação aldólica intramolecular catalisada por base em Zjasmona 32 uma substância natural presente em fragrâncias 35 36 08092022 19 37 Heterociclos de Anéis Aromáticos com Seis Membros Contribuintes de Ressonância da piridina 157D 38 08092022 20 A Piridina é uma Amina Terciária Sofre reações características de aminas 3ªrias 39 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática SEAr Mecanismo Reatividade Relativa em SEAr 40 08092022 21 41 Dê o produto da reação 42 08092022 22 A piridina sofre substituição aromática eletrofílica no C3 43 Reações de Substituição Eletrofílica Os substituintes ativadores permitem condições mais suaves ou rendimentos melhorados 44 08092022 23 Substituição Nucleofílica na Piridina 45 A piridina sofre substituição nucleofílica aromática no C2 e C4 46 08092022 24 Reações de SN em piridinas com haletos como grupos de saída 2 e 4halopiridinas são particularmente reativas 47 48 08092022 25 Reações de Substituição Nucleofílica Reação com organometálicos reagentes de Grignard ou organolítio Metalação 49 Bromação e Oxidação de Piridinas Substituídas Reações da cadeia lateral 50 08092022 26 Os hidrogênios a dos substituintes alquila podem ser removidos por bases para gerar nucleófilos 51 Reação de diazotação 52