aula 22 a 24 - aldeidos e cetonas

87
Introdução à Química Orgânica Aula 22 Aldeídos/Cetonas

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Page 1: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Introdução à Química Orgânica

Aula 22

Aldeídos/Cetonas

Page 2: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

2

Compostos Carbonílicos

C

O

R'R

C

O

HHformaldeído

(metanaldeído)

Quais são as classes de compostos que possuem o grupo funcional carbonila?

O

R O

O

R

O

R R

O

R OH

O

R OR

O

R X

O

R NR2

cetonas ácidoscarboxílicos

anidridos de ácido

ésteres haletos deacila

amidas

Page 3: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

- Estrutura da carbonila

O

H

HC O120° 120°

H

H

ligação C-O feita por 2 orbitais sp2

ligações do formaldeído

2 orbitais sp2

do átomo de C realizando

ligação comdois átomos de H.

2 orbitais sp2

do átomo de Ocontendo dois

pares de elétronslivres

geometria trigonal planar

Energia

OM ligante

OA p doátomo de O

OA p doátomo de C

OM *antiligante

C O

H

H

ligação do formaldeído

2 orbitais p não hibridizados realizam uma ligação C-O

orbital (antiligante) do formaldeído

C O

H

H

Page 4: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

4

Formaldeído Acetaldeído Acetona

Características: Compostos carbonílicos

- Molécula planar;

- Geometria trigonal plana;

- Ligação C = O: curta (1.20 Å). Ligações C = C (1.33 Å) e C – C (1.50 Å).

Etileno

Page 5: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

etileno formaldeído

etileno formaldeído

Page 6: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Reatividade da Carbonila

Mapa de potencial eletrostático do formaldeído

C

O

R R

centro eletrofílico

centro nucleofílico

A reatividade da carbonila está associada ao caráter eletrofílico do carbono.

C O C O

Page 7: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Ataque nucleofílico ao carbono carbonílico

O

R

R

Nu

O

Nu

nova ligação C-Nu com concomitante quebra

da ligação C-O

O

R

R

Page 8: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

- Tipos de reações em compostos carbonílicos:

Reações de Adição e de Substituição nucleofílica acílica

Adição:

O

R Z

Nu

R Z

NuO H+

R Z

NuHO

intermediáriotetraédrico

Substituição:

O

R Z

Nu

R Z

NuO -Z

R Nu

O

intermediáriotetraédrico

1ª. Etapa: ataque do Nu- ao carbono carbonílico; com formação do intermediário tetraédrico.

2ª. Etapa: Protonação do alcóxido formado.

1ª. Etapa: ataque do Nu- ao carbono carbonílico; com formação do intermediário tetraédrico.

2ª. Etapa: Regeneração da carbonila com saída do grupo Z.

O que define que tipo de reação irá ocorrer?

Page 9: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

9

ADIÇÃO X SUBSTITUIÇÃO

O tipo de reação que irá ocorrer está relacionado ao substituinte Z:

- SUBSTITUIÇÃO: Se Z FOR um bom grupo de saída;

- ADIÇÃO: Se Z NÃO FOR um bom grupo de saída.

O

R Z

Nu

R Z

NuO

H+

R Z

NuHO

intermediáriotetraédrico R Z

NuO -Z

R Nu

O

Adição

Substituição

Como saber quais substituintes são bons grupos de saída?

Se Z for uma base mais fraca que o Nu, ocorre substituição.

Z : pode abandonar a molécula como um grupo neutro ou carregado negativamente

Page 10: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

10

O

BrR

O

ClR

O

OR

O

ORR

O

OHR

O

NH2R

O

HR

O

RR

Composto Carbonílico Grupo de saídaÁcido conjugado do grupo de saída pKa

R

O

Br

Cl

RO

HO

H2N

H

R

O

R O

HBr

HCl

O

R OH

ROH

H2O

NH3

H2

RH

9

7

~ 3-5

~15-16

15,7

36

~40

~50

1

2

3

4

5

6

7

8

Page 11: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

- Dividindo os compostos carbonílicos quanto ao tipo de reação:

1° Grupo: classes de compostos carbonílicos que sofrem reação de substituição

O

XR

O

OR R

O O

ORR

O

OHR

O

NH2R

haletosde acila

anidridosde ácido

ésteres ácidoscarboxílicos

amidas

2° Grupo: classes de compostos carbonílicos que sofrem reação de adição

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

Quem é mais reativo?

Page 12: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

12

FATORES QUE INFLUENCIAM A REATIVIDADE DE ALDEÍDOS E CETONAS

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

Conclusão: quanto maior o impedimento estérico, menor a reatividade.

Dois fatores

1) Fator estérico

O

CHCHCH3

CH3

H3C

CH3

O

CHH3CCH3

CH3

O

HH

O

CH3H3C

O

CH3H

AUMENTA A REATIVIDADE, POIS DIMINUI O IMPEDIMENTO ESTÉRICO

Page 13: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

2) Fator eletrônico (efeito indutivo)

Grupos alquila doam elétrons por efeito indutivo.

O

CHCHCH3

CH3

H3C

CH3

O

CHH3CCH3

CH3

O

HH

O

CH3H3C

O

CH3H

Conclusão: quanto maior o efeito indutivo doador de elétrons dos substituintes, menor a reatividade.

Page 14: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ALDEÍDOS são mais reativos que as CETONAS em adições nucleofílicas

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

>

Fatores Estéricos

Fatores Eletrônicos (Efeito indutivo)

Page 15: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

São dadas as constantes de velocidade (K) para a reação de adição nucleofílica aos aldeídos abaixo. Explique as diferenças observadas:

Page 16: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

16

Existem dois mecanismos principais para as reações de adição:

• Adição Nucleofílica seguida de Protonação (Meio alcalino)

Condições básicas aumentam a nucleofilicidade do Nu-

Condições ácidas aumentam a eletrofilicidade da carbonila, sendo possível a utilização de nucleófilos neutros

• Protonação seguida de adição nucleofílica (Meio ácido)

O

R R'

HNu

R R'

NuHO H+

O

R R'

H

+ H+

R'= alquila ou H

O

R R'

Nu

R R'

NuO H2O

R R'

NuHO

alcóxido

R'= alquila ou H

Page 17: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

17

Ativação da carbonila: Meio ácido

Mapa de potencial eletrostático para o acetaldeído e acetaldeído protonado

O carbono da carbonila fica com uma maior deficiência eletrônica, ficando mais susceptível ao ataque de um Nu

H+O

HMe

O

HMe

H

Oxigênio carbonílico: base de Lewis

Page 18: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

1- Adição de nucleófilos de oxigênio;

2- Adição de nucleófilos de enxofre;

3- Adição de nucleófilos de carbono;

4- Adição de nucleófilos de nitrogênio;

5- Reações de redução/oxidação.

Page 19: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

Page 20: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

20

Aldeídos/Cetonas + H2O → Hidratos

- Catalisada por ácidos ou promovida por bases.

- Leva à formação de dióis geminais (HIDRATOS)

Atenção: Hidratação e não hidrólise

Page 21: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

21

Mecanismo da hidratação de compostos carbonílicos em meio ácido

Page 22: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Hidratação de aldeídos e cetonas

Page 23: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Hidratação de aldeídos e cetonas

MAIS estável

MENOS estável

Menos reativo Mais reativo

A quantidade (%) de hidrato que se forma é dependente dos

fatores estérico e indutivo

Page 24: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

As nuvens de elétrons dos substituintes ALQUIL não interferem, entre si, no composto carbonílico porque os ângulos de ligação são maiores se comparados aos ângulos de ligação nos hidratos.

CONCLUSÃO:

Substituintes doadores de elétrons e volumosos (ALQUIL) diminuem a % HIDRATO presente no equilíbrio. Deslocam o equilíbro p/ a esquerda (reagentes).

Cetonas

→ Os grupos ALQUIL estabilizam o composto carbonilado (reagente) e

desestabilizam o hidrato (produto).

Page 25: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Qual das cetonas abaixo teria maior Keq em H2O?

(I)

(II)

(III)

Page 26: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

26

Mecanismo da hidratação de compostos carbonílicos em meio alcalino

Page 27: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

27

Diagrama de energia potencial de hidratação de compostos carbonílicos promovida por base

Page 28: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

Page 29: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

29

Aldeídos/Cetonas + Álcool → Acetais

Cetona HemiACETAL ACetal

Aldeído HemiACETAL Acetal

Obs.: Alguns livros trazem a denominação CETAL, no entanto, p/ fins práticos utilizaremos apenas o termo ACETAL

Hemi = Metade

Page 30: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

30

Acetais

• possuem dois grupos –OR ligados ao mesmo carbono;

• são estáveis quando isolados e purificados;

• a formação de um acetal ocorre através da reação de um aldeído/cetona com

excesso de álcool, na presença de quantidade catalíticas de um ácido (um

hemiacetal é intermediário da reação).

Page 31: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Os hemiacetais não são isolados com facilidade (instáveis).

O

CH3CH2OH

H+

HO OCH2CH3

hemiacetal

CH3CH2OH

H+

H3CH2CO OCH2CH3

acetal

Exemplo:

Page 32: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

32

• Os hemiacetais cíclicos são geralmente mais estáveis que os acíclicos.

• Alguns açúcares existem na forma de hemiacetais cíclicos. Exemplo: glicose.

Page 33: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

O

O

O OO

O

O HH O H

H O

OO O

HO

HO

O

OO

OHOH

OAc

O

Acetais de origem natural

LIMONÓIDES

HemiACETAL

ACETAL

Page 34: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

Mecanismo geral para formação de Acetais: catálise ácida

Page 35: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

- Isolamento de Acetais

Eliminar água

- Recuperando o produto de partida: Hidrólise

Acetal Cetona

Page 36: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Reação de equilíbrio (Reversível)

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

Page 37: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO

- Grupos protetores: utilidades do acetais

H3CH

O

O

HCl

HOCH2CH2CH2OH

H3CH

O

OO1. CH3MgBr

2. HCl, H2O

Carbonila mais reativa

H3CH

O

OH

Carbonila regenerada

→ Os aldeídos/cetonas reagem, sob quantidades estequiométricas iguais, com 1,2-dióis e 1,3-dióis para formar acetais cíclicos de 5 e 6 membros, respectivamente.

HOCH2CH2OH

1,2-diol

HOCH2CH2CH2OH

1,3-diol

Page 38: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Redução de ésteres a álcoois: LiAlH4

A formação do acetal protege a forma ceto

cetoéster hidroxicetona

Page 39: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

AULA 23Reações de Adição: Aldeídos e Cetonas

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

1- Adição de nucleófilos de oxigênio;

2- Adição de nucleófilos de enxofre;

3- Adição de nucleófilos de carbono;

4- Adição de nucleófilos de nitrogênio;

5- Reações de redução de aldeídos/cetonas

Page 40: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE ENXOFRE

Page 41: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

2) ADIÇÃO DE ENXOFRE NUCLEOFÍLICO→ Os aldeídos/cetonas reagem com Tióis para formar tioacetais.

Mecanismo:

Idêntico à adição de álcoois em aldeídos e cetonas (Aula 22)

Page 42: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

H3CH

O

O

HCl

HOCH2CH2CH2OHH3C

H

O

OO

Conversão de um grupo ceto em metileno (CH2)

→ Formação de Tióis: é uma reação útil porque um tioacetal cíclico é dessulfurado

quando reage com H2 em presença de Níquel de Raney.

• Formação de acetais cíclicos: Grupos de proteção

Page 43: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

43

3) Adição de Nucleófilos de Carbono

(a) Adição de íons acetileto;

(b) Adição de íons cianeto;

(c) Adição de reagentes organometálicos.

→ Poucas reações em química orgânica resultam na formação de novas ligações C – C. Obviamente, tais reações são muito importantes em síntese orgânica, principalmente quando temos como meta, produzir moléculas maiores.

Page 44: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Adição de Nucleófilos de Carbono

(a) Adição de íons acetileto: Formação de alquinol

→ Alquinos terminais podem ser convertidos em íons acetileto por meio de uma

base forte (Ex.: NaNH2 em NH3)

alquinol

pKa 25,0 pKa 33,0 Carbânion

CH3CH2C C H NaNH2

NH3CH3CH2C C

→ Na sequência, o carbânion ataca o carbono eletrofílico, formando o IT, que

captura um próton do meio:

Page 45: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Mecanismo de formação de ALQUINÓIS

Adição de Acetiletos

Page 46: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Adição de Nucleófilos de Carbono

(b) Adição de íons cianeto: Formação de Cianoidrinas

→ Íons Cianeto (-CN) podem ser adicionados à aldeídos/cetonas;

→ O produto possui um átomo de carbono a mais que o reagente.

pKa (HCN): 9,2

Page 47: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

… em meio alcalino forte, as cianoidrinas sofrem hidrólise e são convertidas em compostos carbonílicos:

→ Cianoidrinas podem sofrer hidrólise em meio ácido

levando a hidroxiácidos.

Hidrólise Alcalina

Intermediário: Amida

Informativo

Page 48: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

48

(c) Adição de reagentes organometálicos

- Organometálico apresenta ligação carbono-metal (ex: magnésio ou lítio).

- A reatividade dos compostos organometálicos aumenta com caráter iônico da ligação C-Metal. RMgX ou RLi: São nucleófilos e bases fortes.

Adição de Nucleófilos de Carbono

Page 49: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

49

Br + 2 Li-10°C

Et2OLi + LiBr

n-butil-lítio(80-90%)

CH3I + Mg35°C

Et2O CH3MgI

iodeto de metilmagnésio

(95%)

Exemplos:

As moléculas do solvente (éteres) estão coordenadas ao átomo metálico. Esta coordenação é importante na preparação e estabilidade do reagente de Grignard.

Page 50: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

50

• Os reagentes organometálicos são básicos e podem reagir com ácidos.

Page 51: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

51

• Os reagentes organometálicos comportam-se como nucleófilos (carbânions). Exemplo:

• As reações mais importantes do ponto de vista sintético são aquelas entre os reagentes organometálicos e os compostos carbonílicos.

Exemplos:H

O1) CH3MgI, Et2O

2) H3O+ CH3

OH

O1) C6H5MgBr, THF

2) H3O+

OHC6H5

CH3(CH2)2 C

H

H

Mg Cl+

_

CH3(CH2)2 C

H

H

.. _ Mg Cl+

um carbânion (nucleófilo e base forte)

Page 52: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

52

Mecanismo geral da reação de redução de Grignard

Aldeídos e Cetonas:

Quantidades estequiométricas iguais

Ésteres e Ácidos Carboxílicos: IntermediárioRCHO / RCOR

Page 53: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

53

- Mecanismo Geral: Adição de Grignard em Ácidos e Ésteres

Uma cetona é intermediário da reação

ácido diluído

Page 54: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Exemplos de adição de reagentes de

Grignard:

Aldeídos e Cetonas

• Formação de álcoois: primários, secundários e

terciários

Page 55: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

55

Reação de organometálicos com o formaldeído leva à obtenção de álcoois primários

Reação de organometálicos com aldeídos superiores leva à obtenção de álcoois secundários

Page 56: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

56

Reação de organometálicos com cetonas leva à obtenção de álcoois terciários

Reação de organometálicos com CO2 leva à obtenção de ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Dica p/ Lista 07

Page 57: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

4) Adição de Nucleófilos de Nitrogênio

a) Formação de Iminas: adição de aminas primárias

b) Reações com derivados da amônia

Page 58: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

4) ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO

(a) Adição de aminas primárias: formação de iminas

- Esta reação é catalisada por ácido. A reação é mais eficiente em pH 4 – 5.

- Todas as etapas são reversíveis e as iminas podem ser hidrolisadas em meio ácido regenerando a amina primária e o composto carbonílico de partida.

Forma mistura de produtos E/Z

Page 59: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Discutido em disciplinas mais avançadas da Química Orgânica

→ Aldeídos/cetonas reagem com aminas secundárias para fornecer

enaminasenaminas

Informativo

Page 60: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

60

Mecanismo da formação de iminas em meio ácido

Reação de adição nucleofílica (amina) – eliminação (H2O)

Etapa mais importanteC = N

Page 61: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO

• Influência do pH: A formação das Iminas é lenta em pH muito ácido ou muito alcalino, sendo mais rápida na faixa entre pH 4 – 5.

- Se a [H3O+] for BAIXA (pH alto), a [álcool protonado] tende a ficar mais baixa: ↓ velocidade

O NR

HH

H+

O

H

HN

R

H.. NRH

Reação NÃO ocorre

O

N

H

R

H

H+

N

H

R

H

H + Reação NÃO ocorre

- Se a [H3O+] for ALTA (pH baixo), ocorre a protonação da própria amina, diminuindo o caráter

nucleofílico da amina (1ª. Etapa – adição do Nu): ↓ velocidade;

Page 62: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

62

Conclusão gráficaConclusão gráfica

→ Abaixo está um gráfico que mostra a variação da velocidade da reação da propanona com a etilamina em função do pH do meio reacional. Explique.

Page 63: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

AULA 24

Reações de Adição Nucleofílica

O

HR

O

RR

aldeídos cetonas

1- Adição de nucleófilos de oxigênio;

2- Adição de nucleófilos de enxofre;

3- Adição de nucleófilos de carbono;

4- Adição de nucleófilos de nitrogênio (derivados da amônia);

5- Redução de aldeídos/cetonas

Page 64: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO

(b) Reações com derivados da amônia: Formação de derivados de IMINAS

NH2OH

Hidroxilamina

NH2NH2

Hidrazina

NH2NHCONH2

Semicarbazida

R – NH2

(Aminas 1ªs)

similaridade

- Estas reações devem ser catalisada em meio ácido. São mais eficientes em pH 4 – 5.

A formação de Iminas e seus derivados se assemelha às

reações biológicas: são mais rápidas quando próximas à

neutralidade

Page 65: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO

• Influência do pH: A formação de Iminas e seus derivados é lenta em pH muito ácido ou muito alcalino, sendo mais rápida na faixa entre pH 4 – 5.

- Se a [H3O+] for BAIXA (pH alto), a [álcool protonado] tende a ficar mais baixa: ↓ velocidade

O NR

HH

H+

O

H

HN

R

H.. NRH

Reação NÃO ocorre

O

N

H

R

H

H+

N

H

R

H

H + Reação NÃO ocorre

- Se a [H3O+] for ALTA (pH baixo), ocorre a protonação da própria amina, diminuindo o caráter

nucleofílico da amina (1ª. Etapa – adição do Nu): ↓ velocidade;

Page 66: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

66

(b) Reação com derivados da amônia

- Formação de oximas: reação com hidroxilamina

ADIÇÃO DE NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO

C O + H2N OHhidroxilamina

C NOH

oxima(mistura E/Z)

+ H2OH+

imina oxima

Page 67: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

C O + H2N NH2

hidrazina

C NNH2

hidrazona(mistura E/Z)

+ H2O

C O + H2N NHRhidrazina

substituída

C NNHR

hidrazonasubstituída

(mistura E/Z)

+ H2OH+

H+

- Formação de hidrazonas: reação com hidrazinas

Page 68: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

- Formação de semicarbazonas: reação com semicarbazida

C O + H2N NHsemicarbazida

C NNH

semicarbazona(mistura E/Z)

+ H2OC

O

NH2

C NH2

O

H+

• Os derivados de Iminas são mais estáveis que as próprias Iminas:

A deslocalização provocada pela ressonância diminui a carga parcial (+)

sobre o carbono da ligação C = N

Exemplo.:

Page 69: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Exemplos: Exercícios

O + H2N NHC6H5

fenil-hidrazina

NNHC6H5

fenil-hidrazona da cicloexanona(mistura E/Z)

+ H2OO + H2N NH

2,4-dinitrofenil-hidrazina

NO2

O2N

NNH

O2N

NO2

2,4-dinitrofenil-hidrazona da cicloexanona(mistura E/Z)

H+

H+

Page 70: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Reações de redução de aldeídos e cetonas

→ A adição de hidretos à aldeídos e cetonas formará um íon alcóxido. A

protonação subsequente formará um álcool. A reação total representa a

adição de H2 ao grupo carbonílico.

Page 71: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Adição de hidretos à Aldeídos/Cetonas:

71

O

RR

NaBH4, MeOH OH

RR

O

HR

NaBH4, MeOH OH

HR

álcool secundário

álcool primário

cetonas

aldeídos

solvente: água ou álcool (solvente prótico)

NaBH4:

Boroidreto de sódio

Page 72: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

72

• Como ocorre a adição de hidretos à carbonila? Na verdade, é uma transferência de hidreto

• Qual a estrutura do NaBH4?

H BH

HH+

H

BH H

H

orbital HOMO éuma ligação .

Melhor interação com o orbital

LUMO (*) da carbonila.

NaBH4boroidreto de sódio

borana BH3

orbital p vazio

O

RR+

H

BH H

HR R

HO+ BH3

H OH

R R

HHO+ OH

NaH

Na+ H3BOR-

Page 73: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

LiAlH4 (Hidreto de alumínio e lítio): é um redutor mais forte que o NaBH4, já

que o alumínio é um átomo mais eletropositivo que o boro, deixando o átomo

de hidrogênio com uma densidade de carga negativa maior.

• Há outro método?

Eletronegatividade

H – Al = 2,1 – 1,5 = 0,6

H – B = 2,1 – 2,0 = 0,1

LiAlH4 é mais reativo

Page 74: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

- LiAlH4: Reduções de ácidos carboxílicos e derivados (Aula 21)

Parte acílica

Parte alquílica

Redução de ésteres

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Dê o produto das reações abaixo:

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NaBH4 H2O

MeO H

O

O NaBH4 MeOH

O

H

O

O

NaBH4 EtOH

O

H

O

O

LiAlH4 EtOH

MeO H

OH

H

HO H

OH

H

O

OH

éster

NaBH4 é seletivo para aldeídos e cetonas.

OH

H

HOH + CH3CH2OH

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• O NaBH4 é um redutor mais fraco do que o LiAlH4, sendo utilizado para a redução de aldeídos e cetonas, que são mais reativos.

• A redução de ácidos carboxílicos e derivados exige a utilização de hidretos mais fortes, como o LiAlH4 (Aula 21).

• Compostos carbonílicos também podem ser reduzidos por reações de hidrogenação catalítica. Exemplo:

Reações LENTAS

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redução

C

OHH

carbonila metileno (CH2)

Existem três métodos muito efetivos para promover a reação acima

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• Compostos carbonílicos podem ser reduzidos aos respectivos hidrocarbonetos através da redução de Clemmensen (ver aula 15 – Acilação de Friedel-Crafts).

• Compostos carbonílicos podem ser reduzidos aos respectivos hidrocarbonetos através da redução de Wolff-Kishner.

OR

RCH2

R

RRedução de Wolff-Kishner

H2N NH2

H2O,

Hidrazina

OR

R Zn(Hg)

HClCH2

R

RRedução de Clemmensen

Amálgama de zinco

,

(Desoxigenação)Remoção de oxigênio

Page 79: Aula 22 a 24 - Aldeidos e Cetonas

Exemplos:

Para que dois métodos que levam ao mesmo produto?

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Métodos alternativos são úteis quando existem outros grupos funcionais na molécula sensíveis aos reagentes de uma determinada reação.

Clemmensen

Wolff-Kishner

em meio ácido leva à substituição

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• Método de Wolff-Kishner para redução de aldeídos e cetonas:

R

O

R: Alquil/Aril ou H

+

Hidrazina

R

N NH2

Hidrazona

H2O R

HHNH2

NH2

base forteH+

Hidrólise promovida em meio básico

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Mecanismo:

Hidrozonaaldeído/cetona

: Importante para facilitar a remoção do hidrogênio

Informativo

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• Resumo das reações de redução de carbonilas → metilenos (CH2):

- Dessulfuração de tioacetais cíclicos:

- Clemmensen e Wolf-Kishner:

H+

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Exercício 1Exercício 1

a) Dê os produtos da redução dos compostos abaixo com NaBH4 em EtOH.

b) Freqüentemente as reduções com hidretos são seletivas, com a transferência de hidrogênio acontecendo do lado menos impedido da molécula. Prediga a estereoquímica do produto obtido por tratamento do composto abaixo com NaBH4 em água. Não esquecer de apresentar o mecanismo envolvido. Mostre ainda a conformação do produto em sua forma mais estável.

O

(H3C)2HC CH(CH3)2

O

CH3CCH2CH2CH3

O

CH3CH2CCH2CH3

Oa) b) c) d)CH3(CH2)3CHO

Mostrar os mecanismos dos Ítens (a) e (c)

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Exercício 2Exercício 2

Mostre por meio de mecanismos como seria possível preparar o 2-fenil-2-butanol (reagentes de Grignard e compostos carbonílicos).

Exercício 3Exercício 3

Ao realizar a reação da cicloexanona com brometo de fenilmagnésio e adicionar em seguida ácido sulfúrico concentrado para protonação do alcóxido intermediário, o aluno verificou a formação majoritária de 1-fenil-cicloexeno como produto reacional e pequena quantidade do 1-fenil-cicloexanol esperado. Explique e proponha mecanismos para estas transformações.

Exercicio 4

Mostre através de mecanismos como promover a reação abaixo. Não esqueça de mencionar os reagentes envolvidos no processo.

O

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Exercicio 5

A reação de 1 mol da semicarbazida com uma mistura de 1 mol de cicloexanona e benzaldeído precipita inicialmente a semicarbazona da cicloexanona, porém após algumas horas, o precipitado é a semicarbazona do benzaldeído. Explique esta observação após promover os mecanismos reacionais.

O + H2N NHC6H5

fenil-hidrazina

NNHC6H5

fenil-hidrazona da cicloexanona(mistura E/Z)

+ H2OO + H2N NH

2,4-dinitrofenil-hidrazina

NO2

O2N

NNH

O2N

NO2

2,4-dinitrofenil-hidrazona da cicloexanona(mistura E/Z)

Exercício 6

Mostre os mecanismos das reações abaixo:

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Exercício 7Exercício 7

Explique a diferença observada entre as temperaturas de ebulição dos compostos mostrados abaixo. Desenhe as interações moleculares envolvidas em cada caso.

Exercício 8Exercício 8

Explique as seguintes observações experimentais: “embora as temperaturas de ebulição do 1-butanol e do butanal sejam bastante diferentes (117 oC e 76 oC, respectivamente), a solubilidade em água destes dois compostos é praticamente a mesma (8 g de 1-butanol por 100 g de H2O e 7 g de butanal por 100 g de H2O, respectivamente)”.