Química Orgânica - Compostos Carbonilados - Aldeídos e Cetonas - Estrutura e Reatividade

Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 1 Os compostos carbonilados ou seja compostos que contém o grupamento carbonila podem ser divididos grosseiramente em duas principais classes quanto a reatividade Isto ocorre porque a natureza dos grupos ligados ao grupo acila influencia fortemente sua reatividade Classe I Geralmente não contém grupo que pode ser substituído ou seja não contém um grupo abandonador típico Exemplos Cetonas e Aldeídos e seus derivados Essa classe reage preferencialmente através do mecanismo de adição nucleofílica mas outros mecanismos podem ocorrer Classe II Contém um grupo que pode ser substituído por um nucleófilo ou seja contém um grupo abandonador típico Exemplos Ác Carboxílicos e derivados Essa classe reage preferencialmente através do mecanismo de substituição nucleofílica C O Grupo Carbonila R C O Grupos Acila Ar C O Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 2 Nesta primeira parte do conteúdo sobre substâncias carboniladas darseá destaque a Classe I ou seja Aldeídos e cetonas 1 Estrutura do grupo carbonila em aldeídos cetonas e derivados O grupo funcional carbonila em aldeídos e cetonas é trigonal planar ou seja os átomos de carbono seu substituinte direto e o oxigênio são coplanares ficam no mesmo plano e os ângulos RCO e HCO são aproximadamente 120 0 A ligação dupla CO em aldeídos e cetonas é significantemente menor do que uma simples ligação CO de álcoois e ésteres O grupo carbonila faz com que cetonas e aldeídos sejam um pouco polares com momento de dipolo substancialmente maior do que os correspondentes alquenos por exemplo Para melhor se entender a estrutura do grupo carbonila devese olhar para os orbitais moleculares formados para que esse grupo exista A ligação s é consequência da sobreposição frontal dos OAs orbitais atômicos sp2 de carbono e oxig6enio Os dois elétrons da ligação ficam no OMs ligante e o antiligante fica vazio O oxigênio mais eletronegativo contribui mais com OMs Na verdade o H C H O Formaldeido H3C C H O Acetaldeido H3C C CH3 O Acetona 12170 12170 11650 11860 12390 11750 12140 12140 11720 C O H H Carbono e oxigênio ambos sp2 Orbitais sp2 em azul Orbitais p puros em vermelho O C H H σ CO 2 σ CH π CO Pares de elétrons não compartilhados Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 3 OMs é maior próximo ao oxigênio desenho no diagrama abaixo O carbono contribui mais para o OMs e esse orbital é maior próximo ao carbono A ligação p formase através de sobreposição lateral dos OAs p puros de carbono e oxigênio Novamente os elétrons da ligação ficam no orbital molecular ligante e o antiligante fica vazio Devido a maior contribuição do oxigênio ao OMp esse é maior no oxigênio O OMp é maior no carbono que contribui mais com esse orbital ATENÇÃO Se houver dúvidas sobre como são formados os orbitais moleculares o material sobre orbitais moleculares deve ser revisado O C R R OMσ OMσ O C R R O Orbital Atômico sp2 do Oxigênio Orbital Atômico sp2 do Carbono C R R Energia OMπ OMπ O C R R O Orbital Atômico p do Oxigênio Orbital Atômico p do Carbono C R R Energia O C R R Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 4 Abaixo pode ser observado um esquema com os orbitais da carbonila em ordem de energia incluindo os orbitais contendo pares de elétrons não compartilhados do oxigênio O LUMO da carbonila é o OMpEsse orbital possui maior contribuição do carbono que é portanto o átomo eletrofílico O ataque de um nucleófilo à carbonila ocorre na parte maior do OMp no carbono e rompe a ligação p CO A protonação da carbonila aumenta sua eletrofilicidade pois baixa a energia do LUMO e aumenta a contribuição do carbono nesse orbital A protonação ocorre no oxigênio através de seus pares de elétrons não compartilhados que são o HOMO da carbonila Como visto reações de ataque de um nucleófilo Nu à carbonila ocorrem no carbono que é centro eletrofílico da carbonila maior participação no LUMO O Ataque de um Nu à carbonila ocorre em um ângulo de 1070 em relação a ligação O C R R O C R R OMσ O C R R OMπ C O R R HOMO O C R R LUMO OMπ Energia OMσ R2 R1 O H R2 R1 O H Ainda mais eletrofílico Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 5 dupla CO Essa rota é chamada de trajetória de BurgiDunitz em homenagem aos autores do método cristalográfico que permitiu essa observação Esse ângulo é o resultado do comprometimento entre a máxima sobreposição entre o HOMO do nucleófilo e o LUMO da CO e a mínima repulsão do HOMO do nucleófilo com a densidade eletrônica da ligação CO Compostos nitrogenados derivados de cetonas e aldeídos possuem também um carbono eletrofílico e um padrão similar para os orbitais moleculares da ligação CN Alguns derivados nitrogenados podem ser observados na figura abaixo Outra classe nitrogenada que possui carbono eletrofílico são as nitrilas que possuem uma ligação tripla entre carbono e nitrogênio O C R R Nu HOMO do Nu interagindo com o LUMO da carbonila O C R R Nu Nova Ligação σ CNu R1 R2 N R3 Iminas Quando R3 for um grupo alquila podem ser chamadas bases de Schiff R1 R2 N HO Oximas R1 R2 N R32N Hidrazonas R1 R2 N HN Semicarbazonas H2N O R R NR2 Enaminas De acordo com a relação dos grupos podem ser E ou Z Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 6 Os orbitais do grupo funcional CN de nitrilas podem ser observados abaixo 2 Visão geral da reatividade de cetonas aldeídos e derivados Cetonas e aldeídos são mais eletrofílicos do que seus derivados nitrogenados pois o oxigênio por ser mais eletronegativo deixa o LUMO com menor energia Quando se compara aldeídos e cetonas os primeiros são de maneira geral mais eletrofílicos devidos a razões eletrônicas e estéreas Aldeídos possuem somente um ou nenhum caso do formaldeído HCOH grupos alquila C N Me C N Me Acetonitrila Esqueleto CHN C N Me Par não compartilhado em orbital sp Duas ligações π perpendiculares sp3 sp sp σ spsp σsp3sp N C R R C N R C N LUMO OMπ OMσ R C N HOMO R C N R C N OMπ N C R OMσ Energia R O R R NR R Reatividade frente a Nucleófilos R C N Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 7 doadores de elétrons ligados a carbonila enquanto cetonas possuem dois grupos doadores o que diminui a eletroficilicidade associada Os grupos alquilas doam elétrons mais fortemente do que o hidrogênio Portanto quanto mais substituída a carbonila menor a deficiência eletrônica do átomo de carbono Em termos de estado de transição tal efeito desfavorece a reação entalpicamente pois carbonos menos eletrofílicos estabelecem ligações mais fracas com o nucleófilo Além disso por possuir mais grupos alquila o efeito estéreo também afeta o ataque de um nucleófilo à carbonila Tanto a velocidade quanto a posição do equilíbrio em reações de adição nucleofílica a aldeídos e cetonas são fortemente afetadas pelos substituintes ligados ao carbono da carbonila Por exemplo em condições de controle cinético a adição de nucleófilos ao formaldeído é mais rápida do que ao acetaldeído e esta é mais rápida do que a adição em acetona Em condições termodinâmicas a constante de equilíbrio da adição nucleofílica é mais favorável para o formaldeído diminuindo quando se caminha na direção do acetaldeído e da acetona Assim a H H O H3C H O H3C CH3 O Ordem de eletrofilicidade C O C R R R Hα O R Hα R R δ δ O H H Nu O H Nu Aldeídos H H H O Nu H H H H H H Cetonas Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 8 substituição dos átomos de hidrogênio do formaldeído por grupos metila desfavorece a adição nucleofílica tanto sob controle cinético quanto termodinâmico Além disto no produto formado o carbono é tetraédrico como será visto na sequência e quanto maior o volume dos substituintes maior o congestionamento ao redor do carbono e mais fraca a ligação CNu Esse fato afeta o deslocamento do equilíbrio Efeitos eletrônicos oriundos da presença de grupos insaturados como grupos arila exemplo fenila ligados diretamente ao grupo carbonila também são importantes A natureza deste efeito está ligada principalmente à participação de estruturas canônicas nas quais o anel aromático doa elétrons para o grupo carbonila e como resultado atenua a deficiência eletrônica do carbono da carbonila Adicionalmente o maior volume do grupo fenila em relacão a metila também desfavorece a adição nucleofílica Outra faceta importante da reatividade de grupos carbonilados ou grupos derivados é a basicidade do heteroátomo que faz a dupla ligação com o carbono Como já citado a protonação do oxigênio da carbonila deixa a carbonila mais eletrofílica A protonoção ocorre utilizando os elétrons não compartilhados do oxigênio que são o HOMO da carbonila Para iminas e nitrilas o nitrogênio é o átomo a ser protonado Como o átomo de nitrogênio é menos eletronegativo do que o oxigênio seu par de elétrons não compartilhado está mais disponível para protonação Sendo assim iminas e nitrilas são mais básicas do que aldeídos e cetonas Em uma comparação entre iminas e nitrilas iminas são mais básicas por possuirem um nitrogênio hibridizado sp2 que é menos eletronegativo do que o nitrogênio sp de nitrilas R C N Basicidade facilidade de protonação usando os pares de elétrons não compartilhados R NR R R O R Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 9 A acidez do hidrogênio a à carbonila também é importante em alguns casos O hidrogênio ligado ao carbono vizinho Ca de uma carbonila ou grupo derivado é ácido pois sua abstração leva a uma base conjugada com possibilidade de deslocalização da carga negativa Para aldeídos e cetona a espécie formada chamase enolato para iminas azaenolato Claro que a espécie utilizada para abstração do próton deve ser mais básica do que nucleofílica caso contrário um ataque nucleofílico à carbonila pode ocorrer Os enolatos ou azaenolatos são nucleófilos em potencial São nucleofílicos no carbono a Reações que utilizam essas espécies como nucleófilos serão vistas mais adiante em outro material Os valores de pKa médios para aldeídos cetonas e seus derivados podem ser observados abaixo R O R H Alquila H H H Base Espécie mais básica que nucleofílica R O R O Enolato Enolato age como Nucleófilo R O E Acidez do Hα R O R NR C N Hα R Hα R Hα R pKa aprox 20 pKa aprox 27 pKa aprox 25 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 10 Como a carbonila retira mais elétrons do que a CN e a base conjugada formada é mais estabilizada devido a maior eletronegatividade do oxigênio cetonas e aldeídos são mais ácidos do que os derivados nitrogenados A diferença entre nitrilas e iminas é a hibridização e o efeito indutivo retirador causada por ela A ligação C N contendo átomos sp tem maior efeito indutivo retirador do que a ligação CN Devese lembrar no entanto que possuir efeito indutivo não cancela o efeito retirador mesomérico desses grupos Aqui estão sendo pontuadas apenas as diferenças que justifiquem as diferenças de valores de pKa Em caso de dúvidas sobre os efeitos químicos e acidez e basicidade revise os materiais anteriores Uma correta compreensão dos conceitos depende dos conceitos prévios 3 Mecanismo de adição nucleofílica a carbonila Os mecanismos das reações de adição nucleofílica à carbonila podem ocorrer em meio neutro entretanto tanto o meio básico quanto o meio ácido aceleram significativamente a velocidade de etapa de adição nucleofílica Portanto o mais comum é essa reação ocorrer em meio básico ou ácido Em meio básico as espécies nucleofílicas empregadas são relativamente fortes geralmente ocorre desprotonação e o ataque de um nucleófilo negativo Quando o nucleófilo está carregado negativamente o seu HOMO tem maior energia do que um nucleófilo similar neutro Como a energia do LUMO do eletrófilo permanece a mesma a diferença de energia entre os orbitais de fronteira envolvidos diminui e a reação é mais rápida A adição de nucleófilos negativos à carbonila de aldeídos e cetonas ocorre com quebra da ligação p devido ao ataque ao OMp O par de elétrons da antiga R R O Nu NuM NuM R R Nu Oδ M δ Estado de Transição Complexo ativado R R Nu O M Intermediário Tetraédrico H R R Nu OH Produto de Adição Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 11 ligação fica com o oxigênio o átomo mais eletronegativo O complexo ativado do estado de transição tem uma ligação CO parcialmente rompida e a ligação NuC parcialmente formada O nucleófilo e o oxigênio da carbonila encontramse com carga parcial negativa no ET Após ocorre a formação do intermediário alcóxido contendo Csp3 Quando o nucleófilo é também um bom grupo abandonador pode ocorrer a retroadição nucleofílica e o intermediário alcóxido está em equilíbrio com os materiais de partida Entretanto se o nucleófilo não for um bom grupo abandonador a formação dos produtos pode ser controlada cinéticamente Na presença de um solvente aprótico como os éteres por exemplo o intermediário alcóxido somente é protonado no processo de isolamento através da adição de ácido A protonação é rápida e leva ao produto da adição Se um solvente prótico como álcoois for utilizado o alcóxido é protonado pelo solvente Para comparação dos mecanismos gerais em meio básico abaixo encontramse os mecanismos para iminas e nitrilas Em meio ácido as espécies são menos nucleofílicas nucleófilos neutros Esse fato é compensado pelo aumento da eletrofilicidade do eletrófilo na forma R R N R Nu R R N Nu R R R N Nu R δ δ H3O R R H N Nu R Mecanismo com Iminas Mecanismo com Nitrila R C N Nu N R Nu δ δ N R Nu H3O NH R Nu H3O O R Nu Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 12 protonada que é a espécie reativa em meio ácido A protonação dos derivados carbonilados aumenta a eletrofilicidade do carbono A protonação diminui a energia do LUMO do eletrófilo e também do HOMO da CO com o aumento do coeficiente desse orbital sobre o átomo de carbono Se o HOMO do nucleófilo não é afetado se ele não for protonado a diferença de energia entre HOMO do Nu e LUMO do eletrófilo diminui facilitando a adição nucleofílica Várias reações de adição nucleofílica são catalisadas por ácido Em contraste com o que ocorre em meio básico a espécie nucleofílica e o átomo de oxigênio da carbonila assumem no complexo ativado uma carga parcial positiva Esse processo leva a formação de um intermediário protonado que em geral está em equilíbrio com os reagentes Isto ocorre por que a retroadição é favorecida pois envolve uma molécula neutra como grupo abandonador Dessa forma tais adições são controladas termodinamicamente Durante o processo de isolamento do produto de adição nucleofílica ocorre a neutralização do meio reacional conduzindo ao produto na forma neutra Para comparação abaixo estão os mecanismos gerais de adição nucleofílica em meio ácido para iminas e nitrilas R R OH NuH R R HNu OH δ δ Estado de Transição Complexo ativado R R HNu OH Intermediário Tetraédrico H R R Nu OH Produto de Adição Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 13 Outro parâmetro interessante sobre a eletrofilicidade da carbonila no mecanismo de adição de nucleófilo diz respeito aos efeitos químicos dos grupos substituintes A presença de grupos retiradores de elétrons GREs por exemplo em um anel aromático substituinte da carbonila pode aumentar a eletroficilidade da carbonila Isso pode ser observado pelos parâmetros quantitativos de Hammet pois r tem um valor de 2329 para a adição de íon cianeto em derivados do benzaldeído Ou seja a constante de equilíbrio é favorecida por grupos retiradores presentes no aromático r zero e desfavorecida pelos doadores Podese ainda perceber que o equilíbrio em questão é consideravelmente afetado pela troca de substituintes no sistema aromático visto que r tem valor maior que 1 Em caso de dúvidas sobre o que são e como se aplicam os parâmetros quantitativos de Hammet o material sobre Ácidos e Bases deve ser consultado R R N R NuH R R H N NuH R R R H N NuH R δ δ R R H N Nu R Mecanismo com Iminas Mecanismo com Nitrila R C N NuH NH R NuH δ δ NH R NuH H2O O R Nu H H H H O X H X HCN CN HO Hammett ρ 2329 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 14 4 Exemplos de reações de adição nucleofílica à carbonila 41 Formação de cianohidrinas a partir do ataque do íon cianeto à carbonila A reação de um aldeído ou de uma cetona com cianeto de sódio leva a formação de cianohidrinas O íon cianeto contém C e N hibridizados sp e o HOMO é um orbital sp do átomo de carbono O átomo de carbono age como nucleófilo atacando a carbonila levando ao rompimento da ligação CO e a formação de um intermediário tetraédrico A reação é geralmente feita em meio ácido o que causa a protonação do aldeído Após o ataque do cianeto ocorre a formação do produto de adição chamado de cianohidrina A reação é reversível e somente dissolvendo a cianohidrina em água pode se levar ao composto carbonílico correspondente Se meio básico for utilizado toda a cianohidrina pode ser convertida novamente no composto de partida A N C N C carga negativa em orbital sp do carbono HOMO Par não compartilhado em orbital sp do Nitrogênio Ligação σ CN Orbitais do íon cianeto Doi pares de orbitais o ortogonais formação de duas ligações π R H OH Aldeído protonado em meio ácido NaCN H2O HCl CN R H OH NC Cianohidrina Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 15 reação é um equilíbrio O equilíbrio é mais favorável para formação de cianohidrinas a partir de aldeídos do que de cetonas e a partir de reagentes menos impedidos estéreamente Vale ainda ressaltar que a cianohidrina formada é versátil e pode originar outros compostos por redução ou hidrólise Exercícios propostos 1 Com base no mecanismo geral de adição nucleofílica em nitrilas em meio básico tente desenhar a hidrólise da nitrila de volta ao composto carbonílico original OH atacando a CN retornando à CO 2 Tente desenhar a adição do íon cianeto a iminas similar ao que foi explicado para aldeídos e cetonas 42 Adição de reagentes organometálicos a carbonila Como lítio e magnésio são metais bastante eletropositivos as ligações CLi e CMg são polarizadas na direção do carbono Compostos contendo estas ligações são nucleófilos potentes e podem atacar a CO levando a um álcool e a formação de uma nova ligação CC É o carbono do organometálico o átomo nucleofílico devido a polarização da ligação citada anteriormente R R O HCN R R CN HO Redução Hidrólise R R COOH HO R R HO NH2 β Hidroxiácidos β Hidroxiaminas ou βaminoalcoois C H H H Li C O LUMO OMπ HOMO da Ligação CLi polarizada no sentido do carbono Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 16 O curso da reação segue o mecanismo normal de adição à carbonila o organo lítio adicionase levando primeiro ao alcóxido Após todo o MeLi ser consumido água pode ser adicionada na reação para o tratamento levando ao álcool Água ou umidade não devem estar presentes no meio reacional pois destroem o organometálico A destruição do reagente ocorre por protonação e leva ao correspondente alcano Quando excesso do organometálico é utilizado a água é somente adicionada após consumo do composto carbonílico e então o excedente de organometálico é transformado em alcano que muitas vezes é volátil eou facilmente separável da mistura reacional LiCH3 H2O à CH4 LiOH Por serem muito reativos esses reagentes são utilizados e adicionados a baixas temperaturas Os organolítios mais reativos do que os organomagnésio são usualmente utilizados a 78 0C As reações são realizadas em solventes apróticos como THF e Et2O anidros para evitar a protonação dos reagentes organometálicos que são bases fortes Além disso organolítios reagem com o oxigênio e devem ser manipulados em atmosfera anidra e inerte argônio ou nitrogênio Reagentes organolítios comuns e comercialmente disponíveis são metil lítio butil lítio ou fenil lítio A reação dos organo lítio com aldeídos leva a álcoois secundários enquanto a reação com cetonas leva a álcoois terciários R H O 1 MeLi THF 2 H2O Li Me Me H O R H OH Me H OH R Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 17 Reagentes orgânicos de magnésio são conhecidos como reagentes de Grignard RMgX e reagem de maneira similar Reagentes simples como o cloreto de metil magnésio MeMgCl e o brometo de fenil magnésio PhMgBr podem ser encontrados comercialmente Caso os reagentes de desejo não sejam comerciais existem várias metodologias para preparálos como transmetalação a partir de outro organometálico com metal menos eletropositivo troca metalhalogênio abstração de próton ácido por base metálica ortometalação Reações de organometálicos com compostos carbonílicos estão entre as principais metodologias de construção de ligações CC Preparação de reagentes organometálicos As reações de preparo de organometálicos são geralmente realizadas in situ e utilizadas sem isolamento Alguns reagentes podem até ser estocados em solução sob condições anidras e apróticas claro No site patyqmc Links úteis A preparação de reagentes de Grignard em um laboratório pode ser observada No mesmo link é explicado como se faz para trabalhar sem umidade em atmosfera inerte quando necessário R H O 1 PhLi THF 2 H2O Ph H OH R R R O 1 nBuLi THF 2 H2O R OH R R H O 1 PhMgBr Et2O 2 H2O BrMg Ph Ph H O R H OH Ph H OH R Sempre solvente aprótico e previamente tratado para ser anidro Ex THF Et2O Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 18 1 Troca halogêniometal Síntese a partir de haletos orgânicos O equilíbrio se desloca no sentido do composto organometálico de Li ou Mg em que o metal está ligado ao carbono mais eletronegativo Exemplo 2 A partir do metal somente com Mg metálico é usual Classicamente utilizase I2 como catalisador A ordem de reatividade dos haletos de alquila para formação de organometálicos é RI RBr RCl RF 3 Troca metalmetal transmetalação O equilíbrio está deslocado no sentido do metal menos eletropositivo ligado ao carbono Ou seja organolítio pode ser convertido em organo cádmio por exemplo mas não o contrário 4 Metalação de hidrocarbonetos Organometálicos são bases poderosas e podem ser utilizadas como tal em reação ácidobase RBr R1Li RLi R1Br Br CH3CH23Li Li CH3CH23Br Csp2 mais eletronegativo que Csp3 RX Mg RMgX Et2O I2 cat CdCl2 2RLi 2LiCl R2Cd R H Ácido fraco pKa aprox 25 C2H5MgBr Base forte R MgBr C2H6 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 19 43 Ataque nucleofífico de hidreto à carbonila Redução da carbonila Antes de mais nada é preciso chamar a atenção para o termo redução Redução em química orgânica corresponde normalmente à diminuição do grau de ligação do carbono a um átomo eletronegativo H é utilizado para indicar uma reação de redução sem especificar os reagentes A redução nesse caso ocorre por adição de um de um hidreto à carbonila No entanto o ataque nucleofílico do íon H1 não é conhecido Esta espécie que está presente no hidreto de sódio NaH é muito pequena e tem uma carga tão concentrada que só age como base O orbital 1s preenchido tem o tamanho ideal para interagir com a contribuição do hidrogênio para o orbital s de HX mas é muito pequeno para interagir com o orbital 2p mais difuso da contribuição do carbono ao LUMO da CO A redução de compostos carbonílicos aos correspondentes álcoois ocorre portanto de outra maneira através de compostos contendo hidrogênio nucleofílico O composto mais importante é o borohidreto de sódio NaBH4 Este composto é um sal solúvel em água contendo o ânion tetraédrico BH4 A carga negativa não significa que exista um par não compartilhado no átomo de boro Os elétrons estão nos orbitais s das ligações BH e o nucleófilo neste caso é a ligação BH uma delas Transferindo os elétrons desta ligação o boro fica neutro novamente com seis elétrons em um composto trivalente com um orbital p vazio BH3 CH3CH2CHO CH3CH2CH2OH propanal 1propanol H Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 20 Quando o eletrófilo é o carbono da CO o hidrogênio é transferido com o par de elétrons da ligação formando um alcóxido Não há portanto nenhum íon hidreto isolado H e o que ocorre é uma transferência de hidreto O alcóxido formado na primeira etapa acaba por estabilizar o orbital vazio do boro em BH3 formando uma espécie de boro tetravalente novamente Esta espécie transfere outro hidreto para outro equivalente de composto carbonílico O processo continua até os quatro hidrogênios serem transferidos O solvente água ou álcool doa o próton para ocorrer a formação do álcool a partir do alcóxido no final Exemplo B H H H H E X B H H H E H X Não existem um par não copartilhado no boro 8 elétrons em ligações BH Estrutura impossível 10 elétrons em ligações BH B H H H H E H E B H H H Elétrons são transferidos de uma das ligações BH 8 elétrons em ligações BH 6 elétrons em ligações BH Um orbital p vazio B H H H H H R O B H H H H R O H H R O B H H H H R O H H R O H B H H H H R O H B H H H R O H O NaBH4 MeOH H HO Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 21 O borohidreto de sódio é um dos mais fracos doadores de hidretos e por isso pode ser utilizado até mesmo em água Reagentes mais fortes como o hidreto de alumínio e lítio LiAlH4 reagem violentamente com água O NaBH4 reage com aldeídos e cetonas embora reaja mais lentamente com cetonas mas não reage com grupos menos reativos como ésteres e amidas Portanto em uma molécula contendo um éster e um aldeído em reação com NaBH4 somente o aldeído será reduzido sendo uma redução quimiosseletiva Para ocorrer redução em carbonilas menos reativas devese utilizar LiAlH4 44 Redução de Clemmensen A redução de Clemensen transforma o grupo CO em um CH2 transformando um composto carbonílico em um alcano A metodologia original utilizava amálgama de zinco ácido prótico e aquecimento Ao longo do tempo essa metodologia foi melhorada e para alguns compostos condições mais brandas funcionam Por exemplo em reações a 0 C usando HBr ou HCl secos e solventes como THF Et2O Ac2O e benzeno Para compostos com baixa solubilidade um cossolvente pode ser utilizado ácido acético etanol e dioxano por exemplo É importante salientar que para dicetonas H O NaBH4 EtOH H H HO O O Et O O Et R1 R2 O Método original de Clemmensen ZnHg solvente orgânico hidrofóbico como Tolueno 40 HCl Aq ou HBr ou HCl secos Aquecimento refluxo muitas vezes R1 R2 Composto Carbonílico Alcano Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 22 ou compostos ab insaturados essa metodologia pode levar a uma complexa mistura de produtos O mecanismo dessa reação não é totalmente compreendido pois dependo das condições reacionais produtos distintos podem ser obtidos 45 Reação de Baeyer Villiger Oxidação A oxidação em química orgânica corresponde normalmente ao aumento do grau de ligação do carbono a um átomo eletronegativo O é utilizado para indicar uma reação de oxidação sem especificar os reagentes Quando compostos carbonílicos são tratados com perácidos levam a formação dos ésteres correspondentes se tratando portanto de uma oxidação Essa reação é conhecida como reação de BaeyerVilliger BV O par de elétrons do oxigênio do perácido realiza o ataque na carbonila formando o intermediário tetraédrico conforme já discutido no mecanismo geral de adição à CO Na sequência uma espécie de rearranjo ocorre com o grupo orgânico atacando a fraca ligação OO que possui um LUMO de baixa energia Isso causa a expulsão do carboxilato como grupo abandonador e a inserção do oxigênio entre a carbonila e o grupo orgânico CH3CH2CH2OH CH3CH2CHO 1propanol propanal O Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 23 Quando dois grupos orgânicos diferentes circundam a carbonila migrará aquele que melhor estabiliza a carga positiva formada no ET Um exemplo que ilustra a capacidade migratória dos grupos em uma BV é mostrado abaixo O O OH HO O R O H HO O O O R Carboxilato sai como GA Grupo alquila migra O O H Par de elétrons estabiliza o cátion O HO δ O O R δ Complexo ativado ET δ Exemplo Me x iPr Me O HO O O R Me O HO O O R δ δ δ Me O O Estado de transição Grupo alquila secundário migra metila não Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 24 R Migração Ph Migração R Me 90 0 Et 87 6 iPr 33 63 tBu 2 77 A ordem de preferência de migração pode ser grosseiramente atribuída como Grupos alquila terciários grupos secundários Ph Etila Metila Quando o benzeno ou outro aromático é o grupo migrante um mecanismo um pouco diferente opera Efeitos de grupos adicionais substituintes do aromático podem influenciar a velocidade de migração 46 Adição de água formação de hidratos Nucleófilos neutros também reagem com a carbonila A água por exemplo pode atacar a carbonila levando a compostos chamados de hidratos ou 11diois R O CF3CO3H O OH R OCOCF3 Migração da Fenila O R O O OH R OCOCF3 Migração de R O O R R HO O O R O O HO R Intermediário O R O O O R O HO R Carga deslocalizada no intermediário δ δ δ Quando o grupo migrante é a fenila Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 25 Esta reação é um equilíbrio e fatores como os comentados para reações com o íon cianeto também controlam o deslocamento Geralmente aldeídos são hidratados em alguma extensão enquanto cetonas simples não O formaldeído é um reagente muito reativo e geralmente a solução deste reagente contém somente o hidrato Fatores eletrônicos podem também afetar a reação Quando grupos eletronegativos como halogênios estão ligados à carbonila aumenta a proporção de hidratação Esses grupos aumentam a eletrofilicidade do carbono deixandoo mais reativo Se mais grupos retiradores estão presentes mais reativa é a carbonila H O H H2O H H O O H H H H OH HO Prototropismo No lugar do prototropismo pode ser representado com um equivalente de água retirando um próton formando H3O O grupo negativo pode então abstrair um próton do meio H O H H2O H H OH HO K O Acetona K 0001 Constante de equilíbrio O H Acetaldeído K 106 H O H Formaldeído K 2280 H O CCl3 Cloral K 2000 F3C O CF3 Hexafluoracetona K 1200000 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 26 47 Reação com álcoois formação de hemiacetais O produto de adição de álcoois a compostos carbonílicos é um hemiacetal pois é a metade do caminho para a formação de acetais Hemiacetais formados a partir de aldeídos são um pouco diferentes daqueles formados a partir de cetonas estes últimos podem também ser chamados hemiCetais O mecanismo é similar a formação de hidratos mas desta vez o nucleófilo é um álcool A formação de hemiacetais também é reversível sendo afetada pelos mesmos efeitos citados para hidratos No entanto hemiacetais podem ser mais estáveis sendo cíclicos e isto acontece quando o grupo OH e o grupo carbonila fazem parte da mesma estrutura A reação é então uma adição intramolecular Mesmo que o lactol hemiacetal ciclíco seja mais estável ele ainda estará em equilíbrio com a forma hidroxicarbonílica aberta A estabilidade e a facilidade com que é formado o lactol depende do tamanho do anel formado Anéis de 5 ou 6 membros que tem baixa tensão são facilmente formados R1 H OH R2O Hemiacetal formado a partir de Aldeído R1 R4 OH R2O Hemicetal formado a partir de Cetona R1 H OR3 R2O Acetal formado a partir de Aldeído R1 R4 OR3 R2O Acetal formado a partir de Cetona O OH H Hemiacetal Cíclico Lactol Reação intramolecular R H O EtOH R H EtO O H HOEt R H EtO O R H EtO OH H OEt Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 27 Esses tipos de reações podem também acontecer sob catálise ácida ou básica Bases e ácidos fortes HCl NaOH por exemplo aumentam a formação de hemiacetais e também de hidratos pois a transferência de próton ocorre antes da adição a carbonila Em meio ácido a primeira etapa é a protonação do grupo carbonila o que aumenta a eletrofilicidade e a velocidade da reação O próton adicionado na primeira etapa é perdido ou devolvido ao final sendo um catalisador Em meio ácido é possível que o hemiacetal reaja com outro equivalente de álcool levando ao acetal Para catálise básica a primeira etapa é a desprotonação do álcool o que faz a adição ser mais rápida pelo aumento da nucleofilicidade do álcool A base é regenerada no final e a reação sempre para no hemiacetal em meio básico O alcóxido desprotonado também é uma base Por isto muitas vezes a espécie básica é representada por B e não importa que base está agindo 48 Formação de Acetais Como já comentado em meio ácido pode ocorrer a formação de acetais conforme esquema abaixo Isso ocorre somente em meio ácido pois após o primeiro ataque de ROH ao composto carbonílico gerase um hemiacetal Esse tem um OH que precisa sair para formar o acetal O OH deve ser protonado para se tornar um bom grupo H O HO 1 2 3 4 5 O OH H O O H 1 2 3 4 5 H Prototropismo R H O MeOH R H MeO OH H Cat MeOH H Cat R H MeO OMe Hemiacetal Acetal Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 28 abandonador GA e isso só acontece em meio ácido conforme mecanismo abaixo Nesse caso o mecanismo total do composto carbonílico até o acetal é uma AdiçãoEliminação A eliminação é do oxigênio da carbonila na forma de água A remoção da água eliminada desloca o equilíbrio para a formação do acetal Isso por ser realizado através de destilação quando a água é mais volátil do que o álcool utilizado utilização de secantes ou peneira molecular Como a reação de formação do acetal é reversível a carbonila pode ser obtida a partir do acetal se for usado excesso de água em meio ácido hidrólise em meio ácido por exemplo O acetal é formado em meio ácido e pode ser revertido ao composto carbonílico em meio ácido também mas é estável em meio neutro ou básico Sendo assim acetais são utilizados como GRUPOS PROTETORES de carbonilas Grupos protetores mascaram a reatividade de determinados grupos funcionais quando não se deseja que esse reaja Depois podese realizar a desproteção nesse caso hidrólise em meio ácido R1 R2 O H R1 R2 OH R3OH R1 R2 OR3 HO H R1 R2 OR3 H2O H2O R1 R2 OR3 R3OH R1 R2 OR3 R3O H R1 R2 OR3 R3O Acetal Excesso de álcool eou remoção de água Formação de acetal com catálise ácida Excesso de água H Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 29 A utilização de grupos protetores GP adiciona duas etapas a síntese proteção e desproteção mas as vezes é a única alternativa Principalmente dióis são utilizados para esse propósito levando a acetais cíclicos lactóis No exemplo abaixo na mesma molécula observase uma cetona e um éster Seria possível realizar a redução da cetona ao álcool deixando o éster intacto aplicando borohidreto de sódio agente redutor brando NaBH4 No entanto não é possível realizar a redução do éster na presença da cetona Ao usar um agente redutor mais forte como hidreto de lítio e alumínio LiAlH4 as duas carbonilas são reduzidas No entanto aplicando LiAlH4 após a proteção da cetona na forma de acetal a redução somente do éster é possível A proteção também poderia ocorrer no éster mas se quantidade controlada de diol for utilizada somente a carbonila mais reativa nesse caso cetona é protegida O H3CO O NaBH4 OH H3CO O Redução de Éster na presença de Cetona ou Aldeído H O H3CO O LiAlH4 OH H OH H H O H3CO O OH HO TsOH cat Remoção de água H3CO O O O LiAlH4 H OH O O H Meio ácido Desproteção H OH H O Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 30 Adição de tióis ou ditianas também podem ser utilizadas e o mesmo raciocínio deve ser aplicado Essa transformação é muito utilizada quando deseja se realizar uma inversão de polaridade do carbono da carbonila de um aldeído inversão de polaridade só ocorre em aldeído ou seja transformar um carbono eletrofílico em um nucleófilo Isso é possível pois após na reação de um aldeído com uma ditiana o próton ligado diretamente ao antigo carbono da carbonila fica ácido e pode ser removido por bases fortes gerando um nucleófilo Sendo assim reações diversificadas podem ser realizadas utilizando esse carbono como um nucleófilo Após a carbonila pode ser regenerada similarmente ao mostrado para acetais A razão para a utilização de ditianas para realizar a inversão de polaridade pode ser explicada lembrando que tióis são mais ácidos pka em torno de 11 do que álcoois pKa em torno de 16 devido à maior polarizabilidade do orbital que H O SH SH CHCl3 HCl H S S nBuLi THF 40 0C S S O S S OH O S S HO S S Br Abertura de epóxido meio básico SN2 Adição a carbonila SN2 em haletos de alquila Ni Raney H2 H H Redução por hidrogenação catalítica Não é ácido Não pode ser removido Pode ser removido por bases fortes Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 31 contém os elétrons não compartilhados Os orbitais do enxofre são mais polarizáveis Essa polarizabilidade parece afetar também a estabilização do ânion 49 Reações com aminas primárias formação de iminas A primeira etapa do mecanismo com aminas primárias RNH2 é a adição da amina formando uma espécie tetraédrica a carbinolamina A carbinolamina é desidratada levando a uma imina A reação pode ser acelerada por catálise ácida O pH deve ser controlado para que ocorra protonação na carbonila mas não a protonação de toda a amina presente para não haver redução da nucleofilicidade da amina pH deve ser entre 46 Na verdade a etapa de adição não precisa catálise ácida pois a amina é nucleofílica o suficiente para reagir com a carbonila e o pH deve ser 4 ou maior É a etapa de eliminação que precisa de catálise ácida para melhorar a eliminação do GA já que a água é melhor GA do que HO As iminas formadas podem ser hidrolisadas de volta ao composto carbonílico em meio ácido Nesse caso o pH pode ser menor do que 4 para forçar o equilíbrio Ph H O H2N Ph Ph N O H Ph H H Ph N H HO H Ph Hemiaminal H Ph N H H2O H Ph H2O Ph N Ph H Ph N Ph Imina H Etapa determinante da velocidade quando o pH é menor do que 4 Etapa determinante da velocidade quando o pH é maior do que 6 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 32 Pode ocorrer similarmente a formação de hidrazonas por reação com hidrazina As hidrazonas possuem importância sintética pois podem ser reduzidas em condições fortemente básicas através da metodologia chamada de Reação de WolfKishner Abaixo pode ser observado o mecanismo geral da Reação de WolfKishner Ph NH H Ph NH2 OH2 Ph H2N OH H Ph H3N OH Ph OH Ph O O NH2NH2 H H2O N H2N KOH H2O calor H H N2 N N H H OH Um dos prótons do nitrogênio é abstraído formando um ânion estabilizado por deslocalização N N H N N H H OH Protonação do ânion H N N H OH H N N Outro próton é removido Saída de N2 gerando um carbânion H HO H H H Carbânion é protonado Duas novas ligações CH ao final Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 33 410 Reações com aminas secundárias Formação de enaminas Aminas secundárias R2NH também se adicionam à carbonila para formar carbinolamina A diferença é que na sequência a única ação que pode ocorrer é a desidratação formando uma dupla ligação CC uma vez que o nitrogênio da carbinolamina não tem próton para perder O produto é chamado de enamina O íon imínio não possui hidrogênio ligado ao nitrogênio para perder Assim ocorre a saída do Ha da ligação CH Aminas terciárias não formam produto estável com compostos carbonílicos porque o nitrogênio ficaria carregado positivamente e não haveria hidrogênio a perder Essa espécie pode ser formada mas é muito reativa e reage com água ou qualquer outro nucleófilo no meio sendo apenas formada transitóriamente 4 11 Reação de adição de ilídeos de fosforo e fosfonatos Essa metodologia é também conhecida como Reação ou Olefinação de Wittig e leva a formação de uma ligação CC H O H N H N O N OH N OH2 H N H N Enamina Amina secundária Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 34 Para essa reação são necessários sais de fosfônio que são obtidos por reação de substituição nucleofílica bimolecular SN2 entre uma fosfina e um haleto de alquila Após o sal de fosfônio é tratado com uma base gerando a fosforana cuja estrutura canônica dipolar é chamada ilídeo A força da base utilizada para desprotonar o sal de fosfônio e formar o ilídeo depende dos substituintes pois o pKa do hidrogênio varia com a estrutura Fosforanas estabilizadas tem grupos retiradores de elétrons GREs que abaixam o pKa Por isso bases mais fracas podem ser utilizadas NaOH ou até K2CO3 ou Na2CO3 O R R C6H53P A B R R A B C6H53HP O Aldeído ou cetona Ilídeo de trifenilfosfônio Alceno Óxido de Trifenilfosfina P Ph Ph Ph H3C I SN2 P Ph Ph Ph CH3 I Trifenilfosfina Sal de fosfônio P Ph Ph Ph CH3 I Sal de fosfônio NaH Reação ácidobase P Ph Ph Ph CH2 Ilídeo base conjugada O Olefinação CH2 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 35 A estabilidade da fosforana está em parte associada à capacidade de utilização de orbitais 3d pelo átomo de fósforo para dispersar o par de elétrons localizado no carbono a Quando esta for a única forma de estabilização chamase ilídeo nãoestabilizado por convenção Caso haja mais efeitos estabilizadores para dispersar a carga chamase de ilídeo estabilizado O mecanismo da Reação de Wittig iniciase com o ataque à carbonila pelo nucleófilo formado ilídeo que é um carbânion Essa adição forma uma espécie contendo o oxigênio negativo o alcóxido já citado anteriormente A carga negativa do oxigênio ataca a carga positiva da parte contendo fósforo formando Ph3P BuLi P Ph Ph Ph H THF pKa 225 BuH LiBr Br Ph3P H pKa 60 Br O Ph Na2CO3 P Ph Ph Ph H2O NaHCO3 NaBr Ph O Ph3P R Ph3P R Ilídeo não estabilizado Ph3P Ph3P Ilídeo estabilizado R O Ph3P R O R O R H CH3 alquila arila R CHO COR CO2R CN NO2 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 36 um ciclo de 4 membros a oxafosfetana Esse ciclo é instável e colapsa formando duas ligações duplas Essa reação é dirigida pela grande afinidade do fósforo pelo oxigênio A energia de ligação PO é 575 Kjmol sendo uma das ligações duplas mais fortes em química Essa formação dirige a reação que é irreversível A reação de Wittig é eficiente no controle estereoquímico formação de olefina E ou Z A reação ocorre através de dois processos formação da oxafosfetana e sua decomposição A decomposição é estereoespecífica e irreversível ou seja uma oxafosfetana cis leva a uma olefina Z e uma oxafosfetana trans a uma olefina E Portanto a estereosseletividade da reação será determinada na etapa de formação da oxafosfetana Em geral Ilidas não estabilizadas sem GRE levam a uma maior produção de olefina Z Enquanto ilidas estabilizadas levam a olefina E Mas na verdade depende da natureza dos substituintes da ilida e de seu volume e também dos substituintes da carbonila Quando o substituinte da fosfina é fenila a seletividade é alta para formação da olefina E pois Ph é grande e a interação 13 diaxial é importante Trocar Ph por Et diminui muito a seletividade Ph3P CH2 O O Ph3P O P Ph Ph Ph Oxafosfetana O P Ph Ph Ph H2C P O Ph Ph Ph Trifenilfosnóxido Decomposição da Oxafosfetana Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 37 Observação George Wittig recebeu o prêmio Nobel em 1979 por seu trabalho 5 Aspectos estereoquímicos Exceto pelo formaldeído as faces do grupo carbonila em aldeídos são proquirais Nas cetonas a proquiralidade acontece quando os dois substituintes ligados ao carbono da carbonila são diferentes Se estas condições forem satisfeitas e não houver quiralidade nos substituintes R1 e R2 o grupo carbonila é enantiotópico Ou seja em uma reação de adição de um nucleófilo aquiral uma mistura equimolar de enantiômeros se forma desde que a espécie adicionada seja diferente dos substituintes já ligados à carbonila Ph3P O Ph H RO O GRE Oxafosfetana E Grupos grandes mais afastados Ph RO O Olefina E Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 38 A menos que haja intervenção de uma espécie quiral na reação os caminhos reacionais que levam aos dois enantiômeros tem estados de transição ET de igual energia e os produtos também tem energia igual e portanto são formados na mesma proporção sob controle cinético ou temodinâmico Reações catalisadas por catalisadores orgânicos quirais ou enzimas podem levar a uma diferenciação em uma reação enantiosseletiva Mas em alguns casos para sistemas rígidos ciclos rígidos um dos produtos possíveis enantiômeros pode ser formado preferencialmente sem catalisadores quirais Isso pode ocorrer devido aos aspectos estéreos A primeira situação que pode ser citada é a adição em cetonas cíclicas com estrutura rígida biciclos que oferecem impedimento à aproximação dos nucleófilos por uma das faces da carbonila No exemplo mostrado abaixo o impedimento estéreo da face côncava ligações CH impedem a aproximação do Nu leva a ataque preferencial pela face convexa ataque exo H CH3 O Carbonilado contendo 3 grupos diferentes ligado ao carbono da carbonila 1 2 3 A face da frente é a face Ré grupos estão em sentido horário se olharmos pela frente A face de trás é a face Si grupos estão em sentido antihorário H CH3 CN HO Composto Quiral Para haver ee um ambiente quiral deve existir Se um quarto grupo diferente for adicionado como nucleófilo formase um produto quiral em apenas uma transformação Nesse caso o composto carbonílico é chamado próQuiral O H H RMgBr Face convexa Face côncava RMgBr 1 RMgBr 2 H2O OH R Produto principal ataque pela face convexa R OH Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 39 No outro exemplo a situação se inverte e há maior impedimento na face convexa portanto o produto de ataque endo pela face côncava é majoritário Nesse caso as metilas geram maior impedimento estéreo do que ligações CH Em cetonas cíclicas mais flexíveis conformacionalmente falando a preferência facial pode não ser tão elevada e dependerá não somente do impedimento estéreo mas também dos efeitos torsionais e eletrônicos No exemplo abaixo o ataque equatorial trans é preferido pois existe um substituinte impedindo o ataque pelo outro lado metila vizinha a carbonila Dessa forma o álcool cis ao substituinte é formado Se R for grande a preferência estará mais relacionada a estadia deste grupo na posição equatorial grupos mais volumosos ficam mais estáveis na posição equatorial À medida que o substituinte se afasta do grupo carbonílico sua influência sobre o curso reacional diminui e a seletividade observada passa a depender mais intensamente dos efeitos conformacionais e torsionais O ataque equatorial é favorecido Observando o exemplo abaixo alguns pontos podem ser destacados O grupo tercbutila foi deixado em equatorial pois esta é a conformação mais estável e a molécula passará mais tempo assim reagirá assim O 1 RMgBr 2 H2O R OH H3C CH3 H3C H3C CH3 H3C O 1 RM organometálico nucleófilo 2 H OH R R OH Majoritário Ataque trans equatorial OH fica cis ao substituinte e R fica trans ao substituinte Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 40 Ele está suficientemente distante da carbonila e não produz uma diferenciação entre as faces Tanto reagente quanto produtos são AQUIRAIS O nucleófilo ataca e um grupo orgânico é inserido Esse grupo inserido é maior do que o OH e fica mais estável em equatorial Não é por causa do impedimento de uma das faces pois o substituinte está distante No entanto quanto menor é o grupo orgânico do organometálico menor é a seletividade pois menor será a diferença de energia entre os ETs e entre os respectivos produtos RM nucleófilo Ataque Equatorial Ataque Axial EtMgBr 71 29 iprMgBr 82 18 tbuMgBr 100 0 Por outro lado o grupo carbonila pode estar inserido em um ambiente quiral devido a presença de centros assimétricos em outros sítios das moléculas Nesse caso as faces são diastérotópicas e não mais enantiotópicas ou seja a reação de um nucleófilo aquiral gera uma mistura de diasteroisômeros e tanto os ETs quanto os produtos são diasteroisoméricos A não ser por coincidência os diasteroisômeros são obtidos em quantidades diferentes tanto em condições cinéticas como em termodinâmicas O nucleófilo acaba atacando preferencialmente uma das faces da carbonila levando a uma diferenciação ou a uma reação diasterosseletiva O 1 RM 2 H OH R R OH Ataque equatorial Ataque axial H H Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 41 Existem alguns modelos estereoquímicos que visam prever e explicar resultados experimentiais nessas situações Atualmente três modelos principais são amplamente utilizados para explicar as seletividades observadas O modelo de FelkinAnh é utilizado para substratos que não possuem heteroátomos no centro estereogênico acarbonila O modelo Quelado de Cram é utilizado para substratos contendo heteroátomos capazes de quelação com metais Quando um substituinte polar e meio nãoquelante estão presentes as seletividades são explicadas mais eficientemente pelo modelo de CornforthEvans O modelo quelado de Cram é eficientemente utilizado quando houver no meio um metal que fornece possibilidade de quelação através de seus orbitais d Mg2 Zn2 Cu2 Ti4 por exemplo e quando houver heterogrupos quelantes OR NR2 SR Quando houver as duas características a cima ocorre quelação Isso restringe a rotação e o nucleófilo ataca do lado menos impedido A quelação na adição de organomagnésio em reagente contendo um heterogrupo quelante OH vizinho a carbonila pode ser observada abaixo Outro exemplo pode ser observado abaixo Para as reacoes da cetona reagente com nucleofilos organometalicos observase que o produto observado R O RG RP RM Rp Substituinte menos volumosos pequeno RM Substituinte de volume médio RG Substituinte mais volumoso grande NuM M Metal R RG RP RM R RG RP RM Nu OH HO Nu Disteroisômeros O H HO H Me Mg Br Et Ataque pelo lado do menor grupo menos impedido Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 42 experimentalmente como majoritário A é o previsto pelo modelo quelado de Cram Isso ocorre mesmo quando o metal é o lítio que não tem uma eficiência quelante muito alta Provavelmente só ocorre pois o grupo alquila ligado ao metal é pequeno assim como o R do grupo OR MeM R AB MeMgI H 9208 MeLi Me 9010 As seletividades obtidas por controle quelado sao normalmente bem pronunciadas quando metais eficientes em promover a quelacao sao utilizados Mg e Zn por exemplo por conter orbitais d Metais como o lítio não levam a bons resultados de seletividade quando um volume estéreo maior está presente Observação Donald Cram recebeu o prêmio nobel em 1987 por seu trabalho Já no modelo de FelkinAhn considerase que durante o ataque do nucleófilo a conformação energeticamente favorecida é aquela na qual o grupo mais volumoso fica perpendicular à carbonila e o ataque do nucleófilo ocorre pela face contrária a RG grupo grande Ph O Ph RO Me M Metal Ph Ph RO Me Ph Ph RO Me OH Me Me HO 1MeM 2 H3O A B Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 43 A repulsão estérea entre o nucleófilo e o substrato é minimizada mediante ataque do nucleófilo nas proximidades do grupo RP de acordo com a trajetória BürgiDunitz O modelo de ConforthEvans é aplicado quando não se tem meio quelante mas há um grupo eletronegativo no centro estereogênico vizinho a carbonila Deve ser observada uma minimização de dipolos no ET com o grupo polar mais distante da carbonila e o ataque pelo lado menos impedido Para mais detalhes sobre os modelos estereoquímicos apresentados e detalhes de outros modelos o seguinte artigo pode ser consultado B S Martins D S Ludtke A V M Química Nova 40 3 342352 2017 O R RM RG Rp Nu O H H R X Nu H O R X X OR NR2 Cl Nu O H H R Nu X M Nu R X OH 12 Anti Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 44 6 Resumo de reações de aldeídos e cetonas 1 Formação de hidrato 2 Formação de Acetal 3 Formação de acetal cíclico 4 Formação de tioacetal cíclico 5 Dessulfurilação 6 Formação de imina 7 Formação de enamina 8 Formação de Oxima 9 Formação de hidrazona 10 Redução de WolfKishner 11 Redução de cetona 12 Reação com organometálico 13 Formação de cianohidrina 14 Reação de Wittig 15 Oxidação de BaeyerVilliger 7 Bibliografia Material baseado ou retirado de O OH HO H2O H 1 OR RO 2 ROH H H2O 3 O O HO OH H H2O HS SH H H2O 4 S S Ni raney redução H H 5 RNH2 H H2O N R 6 N HO 8 R N R 7 R2NH H H2O NH2OH H H2O N H2N 9 NH2NH2 H H2O 10 NaOH H2O aquecimento OH 11 1 NaBH4 2 H2O OH R 12 1 RMgBr ou RLi 2H2O OH CN 13 HCN KCN 14 H2C PPh3 O O 15 RCO3H