Química Orgânica 2

Reações do Grupo Carbonila (C=O)

I - Reações de Aldeído e Cetonas.

II - Reações de Ácidos Carboxílicos e seus derivados.

R

O

H R

O

R'

Aldeido Cetona

R = R' = Alquila ou Arila

R

O

OH R

O

OR

Ácido Carboxílico Éster

R

O

X

Amida

R

O

NHR

Cloreto de ácidoou anidrido

I- Reações de Aldeídos e Cetonas

1 - Adição Nucleofílica a Aldeídos e CetonasO grupo carbonila C=O de aldeídos e cetonas é um grupo polar que pode sofrer dois tipos de reação em presença de nucleófilos ou de base.

Adição Nucleofílica

C O

Reações são reversíveis e os resultados dependem da posição do equilíbrio

O

H

:B- O-O

ENOLIZAÇÃO

I- Reações de Aldeídos e CetonasReatividadeA reatividade é controlada por dois principais tipos de efeitos

a) Efeitos estéricos Grupos volumosos adjacentes ao grupo carbonila provocam impedimento estérico nas

reações de adição nucleofílica. Os aldeídos são, portanto, mais reativos que as cetonas.

b) Efeitos indutivosGrupos retiradores de elétrons (Eletron Withdrawing Groups - EWD) tornam o carbono

carbonílco mais reativo, favorecendo as reações de adição nucleofílica. Grupos alquila, os quais são doadores de elétrons (Electron Releasing Group - EDG)

diminuem a reatividade da C=O. O efeito é proporcional ao número de grupos R. As cetonas são menos reativas que os aldeídos.

I- Reações de Aldeídos e Cetonas1.1 – Mecanismo Geral de Adição Nucleofílica a C=O

A reação de adição nucleofílica pode ser catalisada por ácidos fortes ou, em alguns casos, ocorre espontaneamente.

A força do nucleófilo irá determinar se há ou não necessidade de catalisador.

Esquema do mecanismo da reação sem catalise ácida.

Esquema do mecanismo da reação com catalise ácida.

I- Reações de Aldeídos e Cetonas1.2 – Reação de Adição/Eliminação de Álcoois.O produto obtido é um hemicetal ou um acetal.

Ou por bases

A reação pode ser catalisada por ácidos.

A formação de acetais a partir de cetonas é favorecida quando o acetal formado é cíclico.

Os acetais são pouco reativos e podem ser utilizados como grupos protetores.

Todas as etapas da reação são reversíveis e, por isso o acetal pode ser removido em meio ácido para regenerar a cetona.

A adição de água é dificil, porém, alguns aldeídos especiais podem existir na forma de gem-dióis em solução aquosa.

De modo semelhante a reação de adição de dióis (OH-(CH2)n-OH) com aldeídos e cetonas ocorre a reação de tióis HS-(CH2)n-SH).

A reação leva a formação de tioacetais. Os tioacetais podem ser intermediários nas reações de redução de carbonilas.

Os tioacetais são também intermediários na obtenção de cetonas a partir de aldeídos na reação de Corey-Seebach - (Reação de Umpolung)

http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/corey-seebach-reaction.shtm

Etapa 1 Etapa 2

1.3 - Reação de Adição/Eliminação de Aminas e derivados

Reação com aminas primárias

A reação é catalisada por ácidos. Em pH baixo [H3O+] desloca o equilibrio no

sentido de formação do íon imínio. Porém faixas de pHs extremos tornam a reação é muito lenta.

Valores de pH entre 4-5 favorecem a formação da imina.

Existe a formação de E e Z isômeros.

Aldeídos e Cetonas reagem com aminas primárias para dar iminas ou com aminas secundárias fornecendo enaminas.

PORQUE A REAÇÃO PRECISA SER CATALISADA POR ÁCIDOS ??

A catalise ácida é necessária para a formação da imina, pois a etapa determinante na reação é protonação do grupo (OH) do aminoálcool que em seguida perde uma molécula de água.

Sem a catalise ácida o grupo –OH não seria um bom grupo abandonador.

Ver mecanismo.

Reação de Formação de Iminas

Reação com a hidroxilamina (NH2OH) ou hidrazina (NH2NH2) e outros derivados nitrogenados.

Formação da Cetoxima

Aldoxima CetoximaHidrazona

Formação da Hidrazona

Como posso preparar as hidrazonas correspondentes a partir das hidrazina

abaixo com a acetona ???

Qual é o mecanismo desta reação ???

NH

NH2

O2N NO2

(2,4-dinitrophenyl)hydrazine

H2N NH

O

NH2

semicarbazide

Reação de Wolff-KishnerRedução de cetonas ou aldeídos a alcanos, passando por um intermediário hidrazona.

hidrazona

A reação ocorre em meio básico e, observa-se a eliminação de gás N2.

A reação de Wolf-Kisher ocorre com a formação do intermediário hidrazona, seguido da eliminação de uma molécula de água. O tratamento da hidrazona com base (OH-) induz a redução do carbono sp2 simultaneamente a oxidação do grupo hidrazina em nitrogênio gasosos (-N2), que fornece o alcano correspondente.

A reação de redução de Clemmensem é semelhante a Wolf-Kisher, porém ocorre com catálise de ácidos fortes .

Redução de Wolff-Kishner

http://www.organic-chemistry.org

1.4 - Reação de Adição Hidretos (H-)

Redução de cetonas ou aldeídos a alcanos.

Os reagentes mais utilizados nas reações de redução de aldeídos e cetonas são:

LiAlH4 – Hidreto de lítio e Alumínio - Reduz todos os tipos de carbonila.

NaBH4 – Boroidreto de sódio - É menos reativo que o LiAlH4 e, portanto, mais seletivo.

Aldeído e cetonas são reduzidas a alcoois primários e secundarios, respectivamente.

O OH

O OH

H

benzaldehyde

Benzylic alcohol

benzophenone diphenylmethanol

H-

H-

1.5 - Reação de Adição de Ácido cianídrico (HCN) De maneira geral, os aldeídos e cetonas reagem com ácido cianídrico. Porém, cetonas

muito impedidas estericamente não reagem. A reação é acelerada pela adição de cianeto de potássio (KCN). Esta reação é muito útil em química orgânica, pois a partir do intermediário cianoidrina é

possível transformá-lo em vários outros grupos funcionais. (Síntese de Strecker)

HCN

CHO

R1

CN

RCianoidrina

Intermediário Quiral

C COOH

CHO

R1

COOH

R1-H2SO4 -hidroxi-ácidos

ácidos -insaturados

CR2

R1

1-HCl/H2O

1-LAH2- H2O

CHO

R1

CH2NH2

R-aminoálcoois

R1

O

R R ou R1 = Alquil, Aril, HSíntese de Strecker

Obtenção de a-aminoácidos a partir de aldeídos.

Muito importante em Bioquímica.

http://www.organic-chemistry.org

1.5 - Reação de Adição de Carbânions

Carbânion É um ânion de um composto orgânico R onde a carga negativa está

concentrada sobre o  átomo de carbono.

RnC-H + B → RnC– + H-B+  n =1,2,3 e B = KH ou NaH (Hidretos)

Propriedades A estabilidade/reatividade de um carbânion são determinadas por diversos fatores, estes

incluem: O efeito indutivo. Os átomos eletronegativos adjacentes à carga negativa a estabilizam; A hibridização do átomo que suporta a carga. A estabilidade aumenta a medida em que o caráter s do orbital híbrido do carbono é maior. Isto é, sp > sp2 > sp3; A ressonância. Isto é, o ânion é estabilizado por ressonância.De modo geral, maior estabilidade implica em menor reatividade do carbânion e vice versa. De modo geral, maior estabilidade implica em menor reatividade do carbânion e vice versa. Portanto, pode-se dizer que quanto mais instável for o carbânion, mais reativo ele será. Portanto, pode-se dizer que quanto mais instável for o carbânion, mais reativo ele será. arbânion. arbânion.

Um carbânion, dada sua carga negativa, é um nucleófilo. Portanto ao reagir com carbonos  eletrófilos formarão novas ligações C-C.

1.5 - Reação de Adição de Carbânions

Aldeídos e Cetonas sofrem reações de adição com diversos tipos de carbânions diferentes.As principais reações de adição de carbânions à carbonila são: adição de íon acetileto, íon organomagnésio e íon organolítio

Adição de íon acetileto

Adição de Organomagnesiano – Reagente de Grignard

Adição de Organolítico

Mecanismo da formação de uma ligação C-C via reagente de Grignard e um composto carbonílico.

Reação com Organozinco – Reação de Reformatsky

Reação de ReformatskyEsta reação se passa pela formação de um intermediário éster organozíquico que se adiciona posteriormente ao carbono carbonílico.

Br

O

OZn ZnBr

O

O

-haloéster intermediário organozinco

+

Como será o mecanismo de adição do organozinco à carbonila ??

b-hidroxiéster

Reação de Adição de Nitroalcanos

Hidrogênio vizinho a NO2 é ácido e,

facilmente abstraído por base.

Formação de um intermediário carbânion

que realiza o ataque sobre o carbono carbonílico.

Formação do intermediário a-hidroxi-nitroalcano com perda de uma molécula

de água e formação da ligação dupla conjugada ao grupo nitro.

R NO2

OH-

R NO2H H

HR"

O

R'

H+ RO2N

R"R'

HO

RO2N

R" R'

H3O+

- H2O

OBS: a adição de nitrilas (CN) à carbonila de aldeídos e cetonas se passa da mesma maneira que a adição de nitroalcanos.

1.6 - Reação de Adição ilídeos de Fósforo Reação de Wittig

Prêmio Nobel 1979.

Os aldeídos e cetonas reagem com ilídeos de fosforo para formar alcenos e o subproduto óxido de trifenilfosfina . Esta reação é conhecida como reação de Wittig.

A reação de Wittig é um importante método de síntese de alcenos, estereosseletivamente.

O ilídeo é uma molécula neutra, porém que possui um átomo de carbono negativo (carbânion) adjacente a um heteroátomo positivo, o qual é o fósforo. Também são chamados de fosforanas.

A reação de Wittig pode ser aplicada sob uma grande variedade de aldeídos e cetonas diferentes e, apesar de fornecer uma mistura E e Z de isômeros, apresenta uma grande vantagem sobre outros métodos de síntese de alcenos, pois a não há ambiguidade na posição da ligação dupla no produto formado.

As reações de eliminação E1 e E2 geram alcenos com variadas posições de ligação dupla ou podem rearranjar-se (estabilidade do carbocátion).

Etapas da formação do Ilídeo de fósforo na Reação de Wittig.

Formas de Ressonância do ilídeo de Fósforo.

Mecanismo Geral da Reação de Wittig.

Estabilidade do ilídeo e Estereosseletividade Sendo o sal de fosfônio [Ph3PCH2R]X então: Se o resíduo R no ilídeo é igual a H, R, ou OR, que não estabilizam a carga negativa sobre o  carbono no ileto, se

necessitam bases fortes como  amideto de sodio (NaNH2), n-butil-lítio (BuLi),  diisopropilamideto de lítio (LDA) ou hidreto de sódio (NaH) para gerar o ilídeo. Neste caso se diz que o ilídeo é instável, portanto muito reativo. A estereoquimica do produto é Z.

Se R é um fenil (Ph) ou um  vinil (−CH=CH2), que estabilizam levemente a carga negativa por ressonânica , se necessitam bases menos fortes como os alcóxidos, tais como etóxido (EtO-) ou terc-butóxido (tBuO-). Estes ilódeos são "semi-estáveis". Neste caso a reação pode ser pouco estereosselitiva. O resultado é uma mistura de produtos de isômeros Z e E.

Se R é uma carbonila, ciano (−CN) ou um éster (−COOR), capaz de estabilizar por ressonância a carga negativa, se podem usar bases mais débeis como NaOH,  KOH,  K2CO3. São conhecidos como ilídeos estáveis, são menos reativos que os anteriores. A reação é estereoseletiva dando produto E.

No caso em que os dois substituintes unidos ao carbono ([Ph3PCHRR']X) estabilizarem a carga negativa teremos ilídeos inertes, não reativos pela reação de Wittig.

Quando o ilídeo ataca a carbonila se tem observado que a aproximação é sempre cis (1).

Se R é um grupo que não estabiliza a carga negativa, como podem ser um H ou um alquila, o oxafosfetano (1) reage de forma concertada (via a) conduz ao produto, neste caso o alqueno cis ou Z.

Por outro lado se R é um grupo ou receptor de elétrons, capaz de estabilizar a carga negativa sobre o carbono, a reação ocorre pela via b e se forma o intermediário (2), o qual tem a forma zwitteriônica e certo tempo de meia-vida, o que lhe permite equilibrar-se até a forma mais estável, com menos impedimento estérico, dando lugar ao produto trans ou E.

PPh

PhPh

MeO PPh

PhPh

PPh

PhPh

ilídeo não estabilizado ilídeo parcialmente estabilizado ilídeo estabilizado

O

O

Modificação - Reação de Horner-Wadsworth-Emmons – Usa-se ilídeos  preparados a partir do Ph3PO ou ésteres derivados deste em presença de n-BuLi e cetonas impedidas.