Reações Pericíclicas e Cicloadições: Conceitos e Mecanismos

Reações Pericíclicas reação de cicloadição Prof Dra Vanessa M Chapla Disciplina Química Orgânica Avançada Reações Pericíclicas Reação concertada sem a presença de intermediário Reações pericíclicas estado de transição cíclico movimento de elétrons Conservação da simetria de orbitais sobreposição de orbitais de mesma fase alinhamento permitido possui menor energia Cicloadição eletrocíclicas e rearranjos sigmatrópicos 2 Reações de Cicloadição Reação de duas moléculas para formar um ciclo 3 Cicloadição pericíclica concertada envolve a reorganização de sistemas de elétrons pi do reagente para formar duas novas ligações sigma Classificadas de acordo com o numero de elétrons envolvidos 22 22 24 A reatividade é explicada aplicandose o principio de conservação da simetria dos orbitais Reações de Cicloadição 5 OS princípios descritos por Woodward e Hoffman sobre simetria de orbitais para reações de cicloadição TS energeticamente acessível requer sobreposição de orbitais de fronteira HOMO e LUMO os reagentes se aproximam face a face esperado para reações que envolvam e Reações de Cicloadição 6 Sobreposição de orbitais de fronteira HOMO e LUMO Sistemas 4n 2 são favoráveis Reações de Cicloadição 7 Sobreposição de orbitais de fronteira HOMO e LUMO Suprafacial Antarafacial Reações de Cicloadição 8 Sobreposição de orbitais de fronteira HOMO e LUMO Considerando rearranjos de Mobius e Huckel Para sistema Mobius é aromático quando combinação 4n são favoráveis e 4n2 e são desfavoráveis Sistema Huckel é estabilizado com 4n2 e Reações de Cicloadição de DielsAlder 9 Úteis para a síntese de ciclohexenos substituídos Reação ocorre entre um dieno e um alceno para formar um ciclohexeno O alceno geralmente possui substituição e é chamado de dienófilo O dieno precisa ter configuração scis Reação de DielsAlder Cicloadição14 10 Mecanismo geral Adição 14 de um eletrófilo e um nucleófilo a um dieno conjugado Reações de Cicloadição de DielsAlder 11 Estereoquímica adição 4 2 Reação estereoespecífica syn suprafacial Reação de DielsAlder 12 Estereoquímica da reação DielsAlder Reação é estereoespecífica adição sin e a configuração do dienófilo é mantida no produto Reações de Cicloadição de DielsAlder 13 Estereoquímica adição 4 2 Conformação do estado de transição endo ou exo Endo é favorecido na presença de grupos retiradores de elétrons Reações de Cicloadição de DielsAlder 14 Estereoquímica adição 4 2 Conformação do estado de transição endo ou exo Reações de Cicloadição de DielsAlder 15 Efeito do substituinte na reatividade regiosseletividade e estereoquímica Reação e favorecida na presença de grupos retirantes de elétrons no dienófilo e de grupos que liberam elétrons no dieno ou viceversa 23dimetil13 butadieno propenal 100 Reações de Cicloadição de DielsAlder 16 Reações de Cicloadição de DielsAlder 17 Regiosseletividade presença de dienos e alcenos assimétricos Reações de Cicloadição de DielsAlder 18 Regiosseletividade determinada pela natureza dos substituintes Reação ocorre no alinhamento de interação mais forte Reações de Cicloadição de DielsAlder 19 Regiosseletividade determinada pela natureza dos substituintes Reações de Cicloadição de DielsAlder 20 Aplicações sintéticas exemplos de reações Reações de Cicloadição de DielsAlder 21 Reação intramolecular Útil na síntese de compostos policíclicos dois anéis são formados e a estereoquímica depende da geometria no TS E Eundeca179trienos Reações de Cicloadição 13dipolar 23 Adição 4 2 semelhante a DielsAlder abc 13dipolar possui estrutura de ressonância com cargas opostas de dipolarófilo alcenos ou alcinos substituídos Síntese de anéis heterocíclicos de cinco membros Reações de Cicloadição dipolar 13 25 Reatividade relativa e regiosseletividade Efeitos eletrônicos e estruturais afetam a reatividade do dipolarofilo A reações envolve 4 elétrons do 13dipolo e 2 elétrons do dipolarófilo Reações de Cicloadição dipolar 13 26 Reatividade relativa e regiosseletividade Reatividade baseada na teoria dos orbitais de fronteira HOMOLUMO 13dipoles são ambifílicos presença de grupos doadores ou retirados de elétrons aumentam a reatividade No dipolarófilo efeitos eletrônicos afetam a reatividade cadeias e substituintes conjugados aumentam a reatividade Reações de Cicloadição dipolar 13 27 Reatividade relativa e regiosseletividade A maioria das reações são estereoespecíficas com respeito ao dipolarófilo Reações de Cicloadição 2 2 28 Somente a adição antarafacial é permitida Reações de Cicloadição 2 2 29 Somente a adição antarafacial é permitida adição syn Reações de Cicloadição 2 2 30 Reação com iminas aplicação em síntese de lactomas Síntese estereosseletiva da cadeia lateral de agentes antitumorais peclitaxel Exercícios 31 Forneça o produto da seguinte reação de DielsAlder Referências 32 CAREY FA SUMBERG RJ Advanced Organic Chemistry part A e B 4rd ed New York Plenum Press 2007 MARCH J Advanced Organic Chemistry Reactions Mechanisms and Structure 5th Edition Wiley Interscience New York 2001 BRUICE P Y Química Orgânica São Paulo Pearson Prentice Hall Vol 1 e 2 2006 Reações Pericíclicas reações eletrocíclicas e rearranjos sigmatrópicos Prof Dra Vanessa M Chapla Disciplina Química Orgânica Avançada Reações eletrocíclicas 34 Reação intramolecular com nova ligação sigma sendo formada o processo é reversível Reações eletrocíclicas 35 Reação Esteroespecífica Formam preferencialmente um estereoisômeros Reações eletrocíclicas 36 Reação Esteroespecífica Reações eletrocíclicas 37 A estereoquímica é controlada pela simetria dos orbitais HOMO Regra de Woodward Hoffmann Sobreposição de orbitais de mesma fase Reações eletrocíclicas 38 Em um dieno conjugado HOMO é 2 Reações eletrocíclicas 39 Em um trieno conjugado HOMO é 3 Reações eletrocíclicas 40 Generalizado para os outro compostos polienos Sistema Tipo de fechamento 4n Conrotatório 4n 2 Disrotatório Reações eletrocíclicas 41 Estereosseletividade da rotação conrotatória Depende da interação entre os substituintes C3 e C4 Fatores estéricos causam preferencia para o grupo volumoso movese para fora afastandose Mas depende principalmente da natureza do substituinte Subst Doadores de elétrons rotação para fora Subst Receptores de elétrons rotação para dentro Reações eletrocíclicas 42 Benzeno de Dewar obtido pela primeira vez em 1962 A estabilidade do benzeno de Dewar é devido a simetria dos orbitais requerida para a transformação eletrocíclica Rearranjos sigmatrópicos 43 Uma ligação é quebrada e uma nova ligação é formada e os elétrons se rearranjam Governado pela simetria dos orbitais Envolve reorganização de elétrons quando ocorre migração de um grupo Rearranjos sigmatrópicos 44 O rearranjo pode ser antarafacial ou suprafacial Rearranjos sigmatrópicos 45 O grupo que migra pode reter ou sofrer inversão da configuração Rearranjos sigmatrópicos 46 Quatro principais tipos de migração Rearranjos sigmatrópicos 47 Quatro principais tipos de migração Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 48 Migração 13 Governado pela simetria dos orbitais Proibida ocorre em condições fotoquímicas Difícil ocorrer pelo TS de quatro membros Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 49 Migração 15 Governado pela simetria dos orbitais Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 50 Migração 17 Governado pela simetria dos orbitais Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 51 Migração 17 formação da vitamina D3 Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 52 Migração de grupo alquil Com retenção ou inversão Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 53 Migração de grupo alquil Com retenção ou inversão 54 Rearranjos sigmatrópicos 13 15 e 17 Exemplos de rearranjos sigmatrópicos Rearranjos sigmatrópicos 33 55 Rearranjo de Cope Formação de ligação CC Rearranjo de Claisen Presença de heteroátomos Rearranjos sigmatrópicos 33 56 Rearranjo 33 Estado de transição cíclico processo suprafacial Rearranjos sigmatrópicos 33 57 Rearranjo de Cope Controle termodinâmico Estado de transição cíclico Rearranjos sigmatrópicos 33 58 Dienos EE e ZZ formam produtos diasteroisomericos 34anti Dienos EZ e ZE formam produtos diasteroisomericos 34syn Rearranjo de Cope Estereoespecífico e estereosseletivo Estereoespecífico devido ao TS cadeira Rearranjos sigmatrópicos 33 59 Rearranjo de Cope Estereoespecífico e estereosseletivo Estereoesseletivo devido ao TS cadeira Rearranjos sigmatrópicos 33 60 Rearranjo de Cope Estereoespecífico e estereosseletivo devido ao TS cadeira TS 25a favorecido 26 produto majoritário Rearranjos sigmatrópicos 33 61 Rearranjo de Cope Grupos doadores de elétrons em C2 e C3 estabilizam TS Sistemas conjugados em C2 C3 C4 ou C5 aumentam velocidade da reação Rearranjos sigmatrópicos 33 62 Rearranjo de Claisen Presença de oxigênio na posição 3 Solventes polares aumentam a velocidade da reação H2O Rearranjos sigmatrópicos 33 63 Rearranjo de Claisen Éteres alilicos de fenóis Rearranjos sigmatrópicos 33 64 Rearranjo de Claisen Estado de transição similar ao rearranjo de Cope Rearranjos sigmatrópicos 33 65 Rearranjo de Claisen Grupos substituintes também afetam a estabilidade dos produtos e TS Grupos substituintes em C2 aumentam vel da reação Rearranjos sigmatrópicos 33 66 Rearranjo 33 Reação contendo nitrogênio Rearranjos sigmatrópicos 23 67 Migração 23 Dois principais tipos X deve ser capaz de atuar como um grupo de saída geralmente um átomo eletronegativo Rearranjos sigmatrópicos 23 68 Migração 23 Estado de transição cíclico Referências 70 CAREY FA SUMBERG RJ Advanced Organic Chemistry part A e B 4rd ed New York Plenum Press 2007 MARCH J Advanced Organic Chemistry Reactions Mechanisms and Structure 5th Edition Wiley Interscience New York 2001 BRUICE P Y Química Orgânica São Paulo Pearson Prentice Hall Vol 1 e 2 2006 Exercícios 71 Forneça o produto da seguinte reação Exercícios 72 Dê um descrição do orbital molecular para cada uma das seguintes substâncias a 13pentadieno b 14pentadieno c 135heptatrieno d 1358nonatetraeno