Reacoes de Adicao Nucleofilica - Aspectos Gerais e Mecanismos

5 Reações de Adição Nucleofílica Leitura Recomendada 1 Substâncias Carboniladas e Derivados P Costa R Pilli S Pinheiro M Vasconcellos Bookman São Paulo 2003 cap 1 2 Organic Chemistry J Clayden N Greeves S Warren P Wothers Oxford Oxford 2001 cap 6 9 14 e 27 51 Aspectos Gerais das Reações de Adição Nucleofílica 52 Adição de Água 53 Adição de Álcoois 54 Reação de Aldeídos e de Cetonas com Aminas 55 Adição de HCN 56 Adição de Organometálicos 57 Reduções com NaBH4 e com LiAlH4 1 51 1 Aspectos Gerais das Reações de Adição Aspectos Gerais das Reações de Adição Nucleofílica Nucleofílica 2 Os Orbitais da Os Orbitais da Ligação Ligação p CO CO 3 Diagrama de Orbitais das Ligações Diagrama de Orbitais das Ligações p CO e CC CO e CC 4 5 Diagrama de Orbitais da Ligação Diagrama de Orbitais da Ligação p CO e do Nu CO e do Nu Mecanismo Geral da Adição Mecanismo Geral da Adição Nucleofílica Nucleofílica à à Carbonila Carbonila em em Meio Básico Meio Básico Observações i O nucleófilo pode ser também uma espécie neutra em alguns casos ii A protonação pode ser feita pelo solvente H2O ou ROH por exemplo ou por um ácido que é adicionado em uma segunda etapa Como é o estado de transição da primeira etapa 6 Como é o estado de transição da segunda etapa Notar que o nucleófilo é uma espécie neutra Qual deve ser a etapa lenta da reação acima Mecanismo Geral da Adição Nucleofílica em Meio Ácido 7 52 2 Adição de Água Adição de Água A adição de água a aldeídos e cetonas leva à formação de dióis geminais ou hidratos A reação pode ocorrer com catálise ácida ou básica Normalmente não é possível isolar a maioria dos gemdióis da solução aquosa Mecanismo em meio básico e em ácido 8 Mecanismo em C Mecanismo em Condições Ácidas ondições Ácidas Mecanismo em Mecanismo em Condições Condições Básicas ásicas 9 10 A reação de adição de água é um equilíbrio que pode estar deslocado para direita ou esquerda dependendo da estrutura do composto carbonílico Constantes de Equilíbrio de Hidratação Constantes de Equilíbrio de Hidratação A constante de equilíbrio da reação depende da estabilidade relativa dos reagentes e dos produtos Constantes de Equilíbrio de Hidratação Constantes de Equilíbrio de Hidratação 11 Efeito I do grupo alquílico Um aldeído tem carga parcial positiva maior na carbonila do que uma cetona Reatividade de Compostos Reatividade de Compostos Carbonílicos Carbonílicos 12 Reatividade de Compostos Carbonílicos 13 Tensão estérica Tensão estérica maior no hidrato sp3 109o do que no composto carbonílico sp2 120o Reatividade de Compostos Reatividade de Compostos Carbonílicos Carbonílicos 14 Reatividade de Compostos Reatividade de Compostos Carbonílicos Carbonílicos Qual deve ser a ordem de reatividade nas cetonas abaixo 15 DGR DGP DG1 DG2 Reatividade e Equilíbrio na Reação de Aldeídos e Cetonas Reatividade e Equilíbrio na Reação de Aldeídos e Cetonas R1 e R2 grandes R1 e R2 pequenos Efeitos eletrônicos Maior separação de carga na carbonila substituintes doadores diminuem a carga estabilizando a carbonila mais do que o hidrato Efeitos estéricos tensão estérica maior no hidrato sp3 109o do que no composto carbonílico sp2 120o substituintes grandes desfavorecem a formação do hidrato 16 i i Formação de Formação de hemiacetais hemiacetais Pode ocorrer com catálise ácida ou básica Como com a hidratação o equilíbrio normalmente favorece o composto carbonílico A maioria dos hemiacetais não é estável o suficiente para ser isolado Exceções ocorrem na química de açúcares onde temos um hemiacetal cíclico Exemplo a partir de aldeídos 53 3 Adição de Adição de Alcóois lcóois 17 Intermolecular Intermolecular Intramolecular Intramolecular 18 ii ii Formação de Formação de acetais acetais Mecanismo A formação do acetal poderia ser realizada com catálise básica A reação de formação de acetais é reversível Como o equilíbrio pode ser deslocado para o composto carbonílico E para a formação do acetal 19 20 Mecanismo da Formação Mecanismo da Formação de de Acetais Acetais Catálise Ácida Catálise Ácida Como seria a reação com catálise básica Dean DeanStark Stark separador de água para deslocar equilíbrio separador de água para deslocar equilíbrio 21 CO 2 ROH Aldehyde Alcohol or ketone H OR H2O Acetal Waterjacket condenser H2O Condensing vapor Cold H2O DeanStark trap Vapor rising toward condenser contains 91 benzene and 9 water Upper layer contains 9994 benzene and 006 water Lower layer contains 007 benzene and 9993 water Chemical reaction taking place in reaction vessel Stopcock to withdraw lower layer Heat source ACME MANTLE CO Um acetal é estável em meio básico ou neutro mas pode ser hidrolisado em meio ácido Acetais cíclicos são mais estáveis do que os acíclicos Acetais cíclicos são muito utilizados como grupos protetores Grupos Protetores Grupos Protetores TsOH 23 Formação de um Acetal Acíclico Formação de um Acetal Cíclico 24 54 4 Reação de Aldeídos e de Cetonas com Aminas Reação de Aldeídos e de Cetonas com Aminas A reação de aminas com aldeídos ou cetonas permite a preparação de iminas bases de Schiff oximas hidrazonas semicarbazonas e enaminas Uma reação de condensação é aquela em que duas moléculas são unidas com a formação de molécula de água 25 Um catalisador ácido é normalmente necessário para a formação de iminas sendo o pH ideal para a reação entre 46 Pq Como é o mecanismo da reação Como a ligação CO é mais forte do que a CN o equilíbrio favorece a composto carbonílico A preparação de iminas deve ser realizada utilizando um método de remoção da água 26 A curva acima é típica de situações onde ocorre uma mudança na etapa lenta da reação 27 Dependência Dependência da da velocidade velocidade de de reação reação com com o pH pH Mecanismo Mecanismo da da Formação Formação de de Iminas Iminas Não é necessário ácido na etapa de adição nucleofílica da amina como no caso da adição do álcool Pq 28 O íon imínio pode perder um próton para formação da imina enquanto que o íon oxônio sofre ataque nucleofílico de outra molécula de álcool 29 Diferença Diferença entre entre a Formação Formação de de Iminas Iminas e Acetais Acetais Iminas são prontamente hidrolisadas de volta para o composto carbonílico e amina por solução aquosa ácida 30 Mecanismo Mecanismo da da Hidrólise Hidrólise de de Iminas Iminas Oximas Oximas e hidrazonas hidrazonas de de carbonilas carbonilas Aplicação Aplicação 31 Oximas e hidrazonas são normalmente mais estáveis do que iminas simples Pq Redução de Redução de Wolff WolffKishner Kishner O aldeído ou a cetona é tratado com hidrazina na presença de uma base KOH é a mais utilizada em um solvente de alto ponto de ebulição etileno glicol e trietileno glicol são os mais utilizados Normalmente a reação é executada a altas temperaturas Exemplo 32 Método para redução de carbonila para um grupo CH2 Mecanismo Mecanismo da da Reação Reação de Wolff de WolffKishner Kishner uma hidrazona uma hidrazona 33 Redução de Redução de Clemmensen Clemmensen Reação de um aldeído ou de uma cetona com zinco dissolvido em mercúrio na presença de HCl Exemplos 34 Reação Reação de de aminas minas secundárias secundárias com com compostos compostos carbonílicos carbonílicos Por que a reação de aldeídos e cetonas com aminas primárias leva exclusivamente à formação de iminas Pq não ocorre a formação de enaminas com aminas primárias Aminas terciárias não reagem com aldeídos e cetonas de maneira a formar um produto estável Pq 35 Mecanismo para a Formação de Mecanismo para a Formação de Enaminas Enaminas O íon imínio não possui um hidrogênio ligado ao nitrogênio para perder Assim ocorre a saída de um H da ligação CH Enaminas são instáveis em meio aquoso ácido 36 Aminas podem ser preparadas pela redução de iminas ou íons imínios por um processo chamado de aminação redutiva Exemplo Como ocorre a reação acima Aminação Aminação Redutiva Redutiva 37 Síntese de Síntese de Strecker Strecker de de Amino Amino Ácidos Ácidos Um aminoácido que não é encontrado na natureza Primeiro método para a síntese de aaminoácidos em laboratório Um método eficiente para a síntese de aminoácidos Como ocorre a formação da aminonitrila 38 55 5 Adição de HCN Adição de HCN Aldeídos e cetonas reagem com o ácido cianídrico HCN para formar cianohidrinas através de uma reação de adição nucleofílica pKa HCN 91 Mecanismo 39 A posição do equilíbrio depende da estrutura do composto carbonílico Exemplo Equilíbrio da Adição Equilíbrio da Adição de HCN de HCN Como os dados acima podem ser explicados 40 Cianohidrinas podem ser utilizadas para a preparação de outras moléculas orgânicas como ahidroxiácidos e aminoálcoois aumento da cadeia em um átomo de carbono 41 Utilização Utilização de de Ciano Cianohidrinas hidrinas Reagentes de Grignard reagem como nucleófilos com aldeídos e com cetonas bem como com outros grupos funcionais Preparação de Reagentes de Grignard reage como 56 6 Adição de Adição de Reagentes Organometálicos Reagentes Organometálicos 42 43 Adição Adição de de Reagentes Organometálicos Reagentes Organometálicos Método geral para a síntese de álcoois Primário formaldeído RMgX Secundário aldeído RMgX Terciário cetona RMgX Qual o produto da reação de um reagente de Grignard com CO2 Qual o produto da reação de um reagente de Grignard a um éster Mecanismo Adição de Organometálicos Adição de Organometálicos 44 Reagentes de organolítio na preparação de alcoóis Adição de Adição de outros outros nucleófilos nucleófilos de de carbons carbons Acetileto 57 7 Redução Redução com NaBH com NaBH4 e com LiAlH e com LiAlH4 Exemplo A reação é essencialmente irreversível e normalmente não há a ocorrência de reações laterais O que ocorre quando uma cetona é tratada com NaH A redução do benzaldeído com NaBH4 é 400 vezes mais rápida do que a da acetofenona em iPrOH Como isso pode ser explicado Electronegatividades H 220 B 204 Al 161 45 NaBH4 menos reativo LiAlH4 mais reativo Polarização da ligação Redução Redução de de Aldeídos Aldeídos e e Cetonas Cetonas Reação análoga com o redutor LiAlH4 46 Mecanismo da Redução com NaBH Mecanismo da Redução com NaBH4 Estado de transição O oxigênio carbonílico ocupa o lugar de coordenação do H no hidreto complexo todos os outros hidretos ainda são disponíveis 47 O boro apesar de conter uma carga negativa não pode agir como nucleófilo ou base Reduções com Reduções com NaBH NaBH4 Mecanismo diferente que também aparece com frequência na literatura 48 NaBH4 LiAlH4 aldeídos cetonas ésteres ácidos C H R O C R R O C OR R O C OH R O C H R OH H C R R OH H C H R OH H C R R OH H C OH R H H C OH R H H HOR C NH2 R O C NH2 R H H Os hidrogênios em azul são da água utilizada para terminar a reação amidas 49 Comparação da reatividade entre Boroidreto Boroidreto de sódio de sódio como reagente como reagente quimiosseletivo quimiosseletivo Um reagente quimiosseletivo reage com um grupo funcional mas não com outro grupo similar 50 Estereoquímica de Reações de Adição Nucleofílica Estereoquímica de Reações de Adição Nucleofílica 51 52 Definição de Faces Re e Si de Carbonilas Definição de Faces Re e Si de Carbonilas 53 Redução Redução de de 2Butanona Butanona 54 Reação Reação de de Propanal Propanal com com Brometo Brometo de de Metilmagnêsio Metilmagnêsio Aspectos Aspectos Estereoquímicos Estereoquímicos da Reação de Adição da Reação de Adição Nucleofílica Nucleofílica R O R 1 Nu 2 H R não possui um estereocentro 1R O R2 1 Nu 2 H R1 e R2 não possuem estereocentros 1R O R2 1 Nu 2 H R1 eou R2 possuem estereocentros 55 56 Reação de Compostos Reação de Compostos Carbonílicos Carbonílicos Aquirais Aquirais 57 Reação de Compostos Reação de Compostos Carbonílicos Carbonílicos Quirais Quirais Utilização de Utilização de Acetais Acetais como Grupos de Proteção como Grupos de Proteção Exemplo com redução Exemplo com Grignard 58