Alcenos e Alcinos - Reações de Hidrogenação e Adição Eletrofílica

1 Programa QUÍMICA ORGÂNICA II 2 ALCENOS E ALCINOS REAÇÕES DE HIDROGENAÇÃO E ADIÇÃO ELETROFÍLICA À LIGAÇÃO 3 ALCENOS ALCINOS E CICLOALCENOS IDH C H2 Hal2 N2 1 ALCENOS limonene from lemon and orange oils betaphellandrene oil of eucalyptus multifidene sex attractant of brown algae muscalure sex attractant of the housefly alphafarnesene found in the waxy coating on apple skins 5 LIGAÇÃO sp2 Ligações não possuem rotação 6 Orbitais p não hibridizados LIGAÇÃO ORBITAIS MOLECULARES DO ETENO Two isolated carbon p orbitals node Antibonding pi molecular orbital Bonding pi molecular orbital Energy 8 sp Ligações não possuem rotação LIGAÇÃO ISOMERIA E Z Z2Bromo1chloro1fluroethene E2Bromo1chloro1fluroethene Z2Butene cis2butene E2Butene trans2butene E1Bromo12dichloroethene Z1Bromo12dichloroethene Cl F Br H CH3 H Cl H Br Cl Br Cl Higher priority Higher priority Higher priority Higher priority 10 ESTABILIDADES RELATIVAS DOS ALCENOS 11 ESTABILIDADES RELATIVAS DOS ALCENOS 12 ESTABILIDADES RELATIVAS DOS ALCENOS HIPERCONJUGAÇÃO no CH bonds parallel with π increasing substitution allows more CH and CC σ orbitals to interact with π 14 REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO E ADIÇÃO Reações de eliminação Reações de adição E1 Reaction CX bond breaks first to give a carbocation intermediate followed by base removal of a proton to yield the alkene E2 Reaction CH and CX bonds break simultaneously giving the alkene in a single step without intermediates MECANISMO E1 Reaction CH33CCl H2O CH2CCH32 H3O Cl Mechanism Step 1 slow Step 2 MECANISMO E2 Reaction C2H5O CH3CHBrCH3 CH2CHCH3 C2H5OH Br Mechanism antiperiplanar CH3CH2 Ö H C CH3 H H H β α Br Transition state CH3CH2 Öδ H C CH3 H H β α δ Br H C CH3 H H CH3CH2 ÖH Br 18 SÍNTESE DE ALCENOS VIA REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO 19 REAÇÕES DE ADIÇÃO EM ALCENOS Adições sin Adições anti REAÇÕES DE ADIÇÃO AOS ALCENOS Halohydrin Alcohol Alkane 12Diol 12Dihalide Alkene Carbonyl compound Halide Epoxide Cyclopropane 21 HIDROGENAÇÃO CATALÍTICA DE ALCENOS DIAGRAMA DE ENERGIA LIVRE No catalyst hypothetical Catalyst present usually multistep ΔG1 ΔG2 ΔH 120 kJ mol¹ ΔG1 ΔG2 Free energy Reaction coordinate 23 HIDROGENAÇÃO CATALÍTICA DE ALCENOS 24 HIDROGENAÇÃO CATALÍTICA DE ALCENOS MARGARINA OUTROS EXEMPLOS 2Cyclohexenone H2 PdC in ethanol Cyclohexanone ketone not reduced Methyl 3phenylpropenoate H2 PdC in ethanol Methyl 3phenylpropanoate aromatic ring not reduced Cyclohexylideneacetonitrile H2 PdC in ethanol Cyclohexylacetonitrile nitrile not reduced 26 LIGAÇÃO LIGAÇÃO NUCLEÓFILOS 27 ADIÇÃO ELETROFÍLCA À LIGAÇÃO CH3 CH3 CH3 CH3 CARBOCÁTIONS 1 The structure of carbocations is trigonal planar relative stabilities of carbocations most stable a tertiary carbocation benzyl cation allyl cation a secondary carbocation a primary carbocation methyl cation vinyl cation least stable CARBOCÁTIONS ESTABILIDADE RELATIVA 3⁰ most stable 2⁰ 1⁰ Methyl least stable Orbitals overlap here Vacant p orbital MECANISMO DA REAÇÃO ADIÇÃO DE HBr AOS ALCENOS H H H H H H H H H H H H H H H H R R R R R R R R R R R R R R R R DIAGRAMA DE ENERGIA LIVRE H H H H H H H H R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R CH3CHCHCH3 HBr CH3CHCHCH3 H Br CH3CHCH2CH3 Br δ δ transition state CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH3 Br δ δ transition state a transition state Free energy ΔG carbocation ΔG reactants Progress of the reaction b transition state Free energy ΔG carbocation ΔG product Progress of the reaction CH3CHCHCH3 HBr CH3CHCHCH3 H Br CH3CHCH2CH3 Br δ δ transition state CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH3 Br δ δ transition state intermediate CH3CHCH2CH3 Br Free energy CH3CHCHCH3 HBr ΔG CH3CHCH2CH3 Br Progress of the reaction ADIÇÃO DE HBr AOS ALCENOS H2CCHCH3 HBr CH3CHCH3 Br little BrCH2CH2CH3 2Bromopropane 1Bromopropane H3C CCH2 HBr H3C C CH3 Br little H3CCHCH2 Br 2Methylpropene tertButyl bromide Isobutyl bromide isobutylene 35 REGIOQUÍMICA DA REAÇÃO A REGRA DE MARKOVNIKOV Na adição de um haleto de hidrogênio a um alceno o átomo de hidrogênio é adicionado ao átomo de carbono da dupla ligação que possui o maior número de átomos de hidrogênio EXPLICAÇÃO DA REGRA DE MARKOVNIKOV H CH3CHCH2 CH3CH CH2 1 Carbocation less stable CH3CHCH2 H CH3CHCH2H 2 Carbocation more stable EXPLICAÇÃO DA REGRA DE MARKOVNIKOV CH3CHCH2 HBr slow X CH3CH2CH2 Br CH3CH2CH2Br 1 1Bromopropane little formed CH3CHCH3 Br CH3CHCH3 Br 2 2Bromopropane main product Step 1 Step 2 DIAGRAMA DE ENERGIA LIVRE Este estado de transição assemelhase a um carbocátion 1º Este estado de transição assemelhase a um carbocátion 2º Energia livre CH3CHCH2 HBr CH3CH2CH2 Br CH3CHCH3 Br Coordenada de reação ADIÇÃO DE HBr AO 2METILPROPENO This reaction takes place CH3 H3C C CH2 H Br H3C C CH2 H Br H3C CH3 Br 3º Carbocation more stable carbocation tertButyl bromide Actual product This reaction does not occur appreciably CH3 CH3 H3C C CH2 X H Br H3C C CH2 H Br H3C CH CH2 Br Isobutyl bromide 1º Carbocation less stable carbocation Not formed ADIÇÃO DE HBr A ALCENOS Ph HBr Ph Br styrene 1bromo1phenylethane isobutene HBr Br tbutyl bromide stabilized benzylic carbocation unstabilized primary carbocation not formed stabilized tertiary carbocation ESTEREOQUÍMICA DA REAÇÃO CH3CH2CHCH2 HX CH3CH2CHCH3 X C2H5CHCH2 H X C2H5C H CH2 H Achiral trigonal planar carbocation a b C2H5 H CH3 S2Halobutane 50 C2H5 CH3 R2Halobutane 50 ADIÇÃO ANTIMARKOVNIKOV CH3CHCH2 HBr ROOR CH3CH2CH2Br Chain Initiation Step 1 ROOR heat 2 RO ΔH 150 kJ mol¹ Heat brings about homolytic cleavage of the weak oxygenoxygen bond Step 2 RO H Br RO H Br ΔH 96 kJ mol¹ Eact is low The alkoxyl radical abstracts a Hatom from HBr producing a Bratom Step 3 Br H2CCHCH3 Br CH2CHCH3 2 radical A Bratom adds to the double bond to produce the more stable 2 radical Step 4 Br CH2CHCH3 H Br Br CH2CHCH3 Br H 1Bromopropane REARRANJOS DE CARBOCÁTIONS HCl 3Methyl1butene 2Chloro3methylbutane approx 50 2Chloro2methylbutane approx 50 H Cl Hydride shift 3Methyl1butene A 2 carbocation A 3 carbocation Cl Cl 2Chloro3methylbutane 2Chloro2methylbutane REARRANJOS DE CARBOCÁTIONS H Cl Methyl shift A 2 carbocation A 3 carbocation Cl Cl 2Chloro33dimethylbutane 2Chloro23dimethylbutane 45 ADIÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO AOS ALCENOS SÍNTESE DE ÁLCOOIS 46 SÍNTESE DE ÁLCOOIS ADIÇÃO DE ÁGUA CATALISADA POR ÁCIDO APLICAÇÃO INDUSTRIAL 47 MECANISMO DA ADIÇÃO DE H2O CATALISADA POR ÁCIDO 48 ADIÇÃO DE H2O CATALISADA POR ÁCIDO 49 MECANISMO DA ADIÇÃO DE ÁLCOOL CATALISADA POR ÁCIDO 50 REARRANJOS H O H H H H2O carbocátion secundário H carbocátion terciário H O H O H H H H O H O H H H O H H 51 OXIMERCURAÇÃODESMERCURAÇÃO SÍNTESE DE ÁLCOOIS NÃO OCORRE REARRANJO THF APLICAÇÃO ACADÊMICA 52 OXIMERCURAÇÃODESMERCURAÇÃO REGIOQUÍMICA MARKOVNIKOV 53 OXIMERCURAÇÃODESMERCURAÇÃO SÍNTESE DE ÁLCOOIS NÃO OCORRE REARRANJO HgOAc2 THFH2O 15s HgOAc NaBH4 OH 1 h 2pentanol 93 Hg 1penteno OH OH 1metilciclopenteno HgOAc2 THFH2O 20s OH H H HgOAc NaBH4 OH 6 min OH H H Hg 1metilciclopentanol 33dimetil1buteno 1 HgOAc2THFH2O 2 NaBH4 OH OH 33dimetil2butanol 94 54 HIDROBORAÇÃOOXIDAÇÃO SÍNTESE DE ÁLCOOIS Anti Markovnikov 55 HIDROBORAÇÃO SÍNTESE DE ÁLCOOIS B2H6 O THF diborano 2 B O H H H 2 BH3THF comercial Adição sin AntiMarkovnikov 56 REGIOQUÍMICA DA HIDROBORAÇÃO 1 BH3THF 2 H2O2 OH OH anti Markovnikov 1 BH3THF 2 H2O2 OH OH anti Markovnikov 90 REGIOQUÍMICA DA HIDROBORAÇÃO 1Methylcyclopentene BH3 H2B H2O2 OH trans2Methylcyclopentanol Steric crowding here Not formed ADIÇÃO DE Br2 e Cl2 A ALCENOS CH3CHCHCH3 Cl2 9ºC CH3CHCHCH3 100 Cl Cl CH3CH2CHCH2 Cl2 9ºC CH3CH2CHCH2 97 Cl Cl Br2 5ºC CCl4 enantiomer 95 trans12Dibromocyclohexane as a racemic form ADIÇÃO DE Br2 e Cl2 A ALCENOS CC Br2 room temperature in the dark CCl4 CC Br Br Rapid decolorization of Br2CCl4 is a test for alkenes and alkynes An alkene Bromine colorlessred brown RH Br2 room temperature in the dark CCl4 no appreciable reaction Alkane Bromine colorless red brown 60 ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS Adição anti ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS Br2 ethylene ethene 12dibromoethylene alkene nucleophile Br2 electrophile HOMO filled π orbital LUMO empty σ orbital ADIÇÃO DE Br2 ALCENOS electrophilic attack by Br2 on ethylene bonding interaction HOMO filled π orbital LUMO empty σ orbital bromonium ion orbitals involved in the opening of the bromonium ion LUMO empty σ orbital HOMO filled n orbital 63 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 64 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 65 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 66 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 2R3R 67 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 68 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS 69 Me Et H H Br MeH Br HEt Br Me H Br H Et Me H Et H Br MeH Br EtH Br Me H Br EtH Br2 Br2 ESTEREOQUÍMICA DA ADIÇÃO DE Br2 A ALCENOS SÍNTESE DE HALOIDRINAS CC X2 H2O CC CC HX X OH X X X Cl or Br Halohydrin vicDihalide major minor SÍNTESE DE HALOIDRINAS Step 1 This step is the same as for halogen addition to an alkene Step 2 and 3 Halonium ion Protonated halohydrin Halohydrin 71 SÍNTESE DE BROMOIDRINAS 72 73 SÍNTESE DE HALOIDRINAS REGIOQUÍMICA ADIÇÃO DE ÁLCOOL AO BROMÔNIO 75 ADIÇÃO DE ÁLCOOL AO BROMÔNIO REGIOQUÍMICA 76 ADIÇÃO DE ÁLCOOL AO BROMÔNIO REGIOQUÍMICA Br Br Br 77 BROMOLACTONIZAÇÃO E IODOLACTONIZAÇÃO 78 ADIÇÃO DE Br2 A DIENOS PRODUTO CINÉTICO PRODUTO TERMODINÂMICO Br2 20ºC Br Br Br Br 55 45 79 ADIÇÃO DE Br2 A DIENOS PRODUTO CINÉTICO PRODUTO TERMODINÂMICO McMURRY pag 461 81 EPOXIDAÇÃO H2O OH Cl H2O NaOH O H2O NaCl Cl2 EPOXIDAÇÃO Alkene Peroxyacid Epoxide Acid transition state for epoxidation EPOXIDAÇÃO HOMO filled π orbital bonding interaction LUMO empty σ orbital EPOXIDAÇÃO mChloroperoxybenzoic acid MCPBA 95 EPOXIDAÇÃO VIA HALOIDRINAS Cyclohexene trans2Chlorocyclohexanol 12Epoxycyclohexane 73 87 ESTEREOQUÍMICA DA EPOXIDAÇÃO ESTEREOQUÍMICA DA EPOXIDAÇÃO cis2Butene cis23Dimethyloxirane a meso compound trans2Butene Enantiomeric trans23dimethyloxiranes EPOXIDAÇÃO ASSIMÉTRICA DE SHARPLESS Tartarato de dietila OH OH R R O O O O 89 EPOXIDAÇÃO ASSIMÉTRICA DE SHARPLESS ABERTURA DO EPÓXIDO AcidCatalyzed Ring Opening of an Epoxide Epoxide Protonated epoxide The acid reacts with the epoxide to produce a protonated epoxide Protonated epoxide Weak nucleophile Protonated glycol Glycol ABERTURA DO EPÓXIDO BaseCatalyzed Ring Opening of an Epoxide Strong nucleophile Epoxide An alkoxide ion A strong nucleophile such as an alkoxide ion or a hydroxide ion is able to open the strained epoxide ring in a direct SN2 reaction 92 REGIOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO SN2 Tipo SN1 93 REGIOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO 94 REGIOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO 95 ESTEREOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO 96 ESTEREOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO 97 ESTEREOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO 98 ESTEREOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO H H AMCPB O H H MESO 99 ESTEREOQUÍMICA DA ABERTURA DO EPÓXIDO H H AMCPB O H H MESO 100 METABOLISMO DE FÁRMACOS FASE I BIOTRASNFORMAÇÃO R R OH Hidroxilação Alifática R R OH R R OH Oxidação de Alquenos e anéis aromáticos R R R R R R R R O R R O R OH Reações de Desalquilação Ndesalquilação R H N R H N R NH2 OH H H O Odesalquilação R O R O R OH OH H H O R S R S R SH OH H H O Sdesalquilação Reações de Desaminação R NH2 R OH NH3 Reações de NOxidação Aminas Primárias R NH2 R N H OH AminasSecundárias R N H R R N R OH Aminas terciárias R N R R R N R R O Sulfoxidação R S R R S R O Dessulforação R R S R R O R P R S R P R O Declorinação CCl4 CCl3 CHCl3 101 METABOLISMO DO BENZOαPIRENO Contaminante ambiental produzido a partir da queima do carvão combustão de materiais vegetais tabacosubproduto industrial Devlin T M Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas Edgard Blücher Ltda 1998 cap 23 O epóxido OH HO OH HO O Benzopireno Benzopireno7 8epóxido Benzopireno7 8diidodiol Benzopireno7 8diidodiol910epóxido CARCINOGÊNICO CYP450 O2 O2 CYP450 7 8 910 hidrolase NH N NH N O NH2 Guanina DNA ALQUILADO CÂNCER METABOLISMO DA AFLATOXINA B1 Aflatoxin B1 Glutathione enzymatic epoxidation activation epoxide ring opening by glutathione Aflatoxin B1glutathione adduct can be excreted 103 OXIDAÇÕES DE ALCENOS DIIDROXILAÇÃO12 SIN 104 OXIDAÇÕES DE ALCENOS DIIDROXILAÇÃO12 SIN 105 OXIDAÇÕES DE ALCENOS DIIDROXILAÇÃO12 SIN CLIVAGEM OXIDATIVA DE ALCENOS CH3CHCHCH3 KMnO4 OH H2O heat 2 CH3C O H 2 CH3C OH cis or trans Acetate ion Acetic acid CH3 CH3CH2C CH2 1 KMnO4 OH heat 2 H3O CH3CH2CO OCO H2O 107 CLIVAGEM OXIDATIVA DE ALCENOS OZONÓLISE 108 CLIVAGEM OXIDATIVA DE ALCENOS OZONÓLISE