Enóis e Enolatos - Adição Nucleofílica e Reatividade da Carbonila

ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 1 Adição nucleofílica ao grupo carbonila Felipe Lange Coelho ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Estrutura Hibridização Geometria Ângulo de ligação Polarização ligação C 255 Eletronegatividade O 344 Eletronegatividade Planaridade 2 Ressonância 3 Orbitais Moleculares Ligante π e Antiligante π em Aldeídos e Cetona Reatividade do grupo carbonila ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Reações químicas polares HOMO Nu LUMO E CCO Eletrofílico ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Reatividade do grupo carbonila 4 Reação Genérica Orbitais Envolvidos nova ligação s carbono sp2 carbono sp3 Resultado Preenchimento do p causa a quebra da ligação p ordem de ligação Elétrons da ligação p são direcionados ao oxigênio como carga negativa HOMO LUMO ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Exemplo de adição nucleofílica a carbonila Formação de hidratos 5 Reação de adição consiste genericamente em duas etapas 1 Ataque do nucleófilo ao carbono carbonílico 2 Reação ácidobase Eletrófilo Cetona Nucleófilo Água H2O Orbitais envolvidos HOMO LUMO p ÂNGULO DE ATAQUE 6 Tragetória de BurgiDunitz Balanço entre sobreposição orbitalar e repulsão eletrônica Nucleófilo ataca CO em ângulo de 107 Sobreposição máxima aproximação ao p perpendicular Repulsão com elétrons p Afastamento do Nucleófilo Efeitos combinados ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Reações de Adição 7 Nucleófilos ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 8 Reação Reversível Equilíbrio Transferência protônica mediada pela água O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 9 Reação Reversível Equilíbrio O que acontece na estrutura Aproximação dos substituintes Transferência protônica mediada pela água O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 10 EFEITOS ESTÉRICOS Keq 0001 106 02 2280 hidrato 01 58 17 100 Reação Reversível Equilíbrio Aproximação dos substituintes ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 11 Ângulo ideal 120 Ângulo real 60 Ângulo ideal 109 Ângulo real 60 EFEITOS ESTÉRICOS Reação Reversível Equilíbrio Aproximação dos substituintes ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 12 Keq 51 x 104 12 x 106 hidrato 100 100 EFEITOS ELETRÔNICOS Reação Reversível Equilíbrio ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HIDRATOS 13 Ordem de reatividade Aldeído Cetona Volume interações estéricas desestabilização no estado de transição de um ataque nucleofílico Doadores eletrofilicidade CO Retiradores eletrofilicidade CO EFEITOS ESTÉRICOS EFEITOS ELETRÔNICOS ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 14 CATÁLISE ÁCIDABÁSICA água atuando como base água atuando como ácido Hidratos mecanismo envolve trocas protônicas Permite que as trocas protônicas sejam realizadas antes da etapa de adição ao grupo carbonila CATÁLISE ÁCIDA H BÁSICA OH Aumento das taxas de reação ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 15 Formação de hidratos em meio ácido CATÁLISE ÁCIDA catálise ácida atua deixando o grupo carbonila mais eletrofílico regeneração da espécie ácida no fim da reação O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 16 Formação de hidratos em meio ácido CATÁLISE ÁCIDA protonação aumenta a eletrofilicidade da carbonila regeneração do catalisador catálise ácida atua deixando o grupo carbonila mais eletrofílico regeneração da espécie ácida no fim da reação O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 17 CATÁLISE BÁSICA catálise básica atua deixando nucleófilo mais nucleofílico regeneração da espécie básica no fim da reação Formação de hidratos em meio básico O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 18 Nucleófilo carregado mais reativo regeneração do catalisador Base conjugada da água CATÁLISE BÁSICA catálise básica atua deixando nucleófilo mais nucleofílico regeneração da espécie básica no fim da reação Formação de hidratos em meio básico O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 19 FORMAÇÃO DE CIANOHIDRINAS Orbitais envolvidos LUMO p HOMO orbital sp Constante de equilíbrio para formação de cianohidrina EFEITOS ESTÉRICOS Nucleófilo CN cianeto C Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 20 FORMAÇÃO DE CIANOHIDRINAS Aldeídos e Cetonas nãosimétricas Produtos racêmicos Ataque do nucleófilo pode ocorrer por ambas as faces da carbonila Hidratos aquirais Cianohidrinas quirais C Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 21 FORMAÇÃO DE CIANOHIDRINAS Utilidade sintética ahidroxiácido bhidroxiamina C Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ÁLCOOIS Nucleófilo composto organometálico Mecanismo Metal menos eletronegativo do que o carbono C 25 Mg 12 Li 10 Construção de ligações carbonocarbono Reação irreversível CH3F CH3Li 22 C Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 23 FORMAÇÃO DE ÁLCOOIS Nucleófilo composto organometálico Oxigênio O2 Rápida Exotérmica C Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ÁLCOOIS via reagentes organometálicos eletronegatividade Carbono Metal Reatividade Álcoois primários formaldeído Álcoois secundários aldeídos Álcoois terciários cetonas 24 C Nucleófilo 098 131 ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ALCENOS Reação de Wittig C Nucleófilo Nucleófilo Ilida de fósforo Uma ilida é uma molécula neutra que contém um átomo carregado negativamente C neste caso diretamente ligado a um heteroátomo carregado positivamente P neste caso A ilida de fósforo reagente de Wittig é um carbânion estabilizado por ressonância ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ALCENOS Reação de Wittig C Nucleófilo Formação da Ilida de fósforo Reação de Wittig ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ALCENOS Reação de Wittig C Nucleófilo Estereosseletividade Ilida estabilizada Alceno Z vs Alceno E ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 28 Nucleófilo doador de hidreto H Reação irreversível REDUÇÃO Aldeído Cetona Álcool 1 Álcool 2 H Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 29 Mecanismo REDUÇÃO Deficiente elétrons orbital p vazio Teoricamente 4 hidrogênios NaBH4 podem ser transferidos Solvente H2OEtOH fornecem o H H Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 30 A reação não envolve ataque do hidreto H não há interação orbital 1s com orbital p Aspectos Gerais Borohidreto de sódio NaBH4 CETONAALDEÍDO ÁLCOOL REDUÇÃO doador de hidreto H Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 31 Calculando o número de oxidação do carbono 1 As ligações carbonocarbono não alteram o estado de oxidação 2 As ligações CH diminuem o estado de oxidação em 1 3 As ligações entre C e elementos mais eletronegativos O N Cl etc aumentam o estado de oxidação em 1 ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 32 Exemplos Seletividade CETONAALDEÍDO ÁLCOOL REDUÇÃO Hidreto de Lítio Alumínio LiAlH4 H Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HEMICETAISACETAIS 33 Nucleófilo Álcool Catálise ácida Hemicetal Acetal O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE HEMICETAISACETAIS 34 Mecanismo geral catálise ácida O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 35 FORMAÇÃO DE HEMICETAIS Nucleófilo ROH álcoois Mecanismo semelhante ao da formação de hidrato Álcool participação nas reações ácidobase catálise Reação reversível Efeitos estéricos e eletrônicos Hemicetal O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 36 Instabilidade de hemicetaishidratos a partir de aldeídos e cetonas Impossibilidade de isolamento Remoção do solvente reverte o equilíbrio Então como sabemos que hemicetais são formados CO 1700 cm1 OH 3400 cm1 FORMAÇÃO DE HEMICETAIS O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 37 Hemicetais cíclicos são mais estáveis Glicose Hemicetal cíclico de 6membros 99 como hemicetal Ribose Hemicetal cíclico de 5membros CARBOHIDRATOS FORMAÇÃO DE HEMICETAIS Intramolecular Hemicetal cíclico O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ACETAIS 38 1 Protonação do grupo hidroxila do hemicetal 2 Eliminação de água e formação do íon oxônio instável e reativo SN1 3 Ataque do etanol ao íon oxônio 4 Desprotonação para formação do acetal Mecanismo a partir de uma hemicetal 1 2 3 4 Hemicetal Acetal Íon oxônio O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 39 Exemplos Remoção de água desloca o equilíbrio Produtos FORMAÇÃO DE ACETAIS DeanStark Acetais cíclicos são mais estáveis 39 O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 40 Aplicação Grupos protetores exemplo 1 FORMAÇÃO DE ACETAIS Cetona protegida como acetal Reagente de Grignard estável Reagente instável ataque intramolecular O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 41 FORMAÇÃO DE ACETAIS Desproteção Aplicação Grupos protetores exemplo 2 O Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 42 FORMAÇÃO DE IMINAS Nucleófilo Amina primária Catálise ácida controle pH N Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 43 FORMAÇÃO DE IMINAS pH 45 Carbinolamina não é protonada Amina é protonada N Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO 44 FORMAÇÃO DE ENAMINAS Nucleófilo Amina secundária Enamina N Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO FORMAÇÃO DE ENAMINAS N Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO ENAMINAS Enamina Imina IMINAS N Nucleófilo ENÓIS E ENOLATOS RELEMBRANDO Concluindo 47