reações de adição a alcenos e alcinos

Reações OrgânicasReações Orgânicas

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II

Prof. Nunes


Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]

A química orgânica pode ser subdividida em duas partes:


EstruturalEstudam-se as funções orgânicas e suas

características estruturais.

ReacionalEstudam-se os tipos de reações que elas

sofrem.

ValiumValium

Valium - IndicaçõesValium - Indicações

� Tratamento da convulsões.

� Espasmos musculares.

� Insônia.

� Antes de alguns procedimentos clínicos ou exames, como a

endoscopia e tomografia, para reduzir ansiedade no paciente.

� Antes de procedimentos cirúrgicos, para induzir amnésia

anterógrada.

ValiumValium

DiazepamDiazepam

Como podemos sintetizar?

Síntese - DiazepamSíntese - Diazepam

TaxolTaxol

� Tratamento câncer de ovário, mama e Sarcoma de Kaposi.

� Elucidação da estrutura em 1971.

� Descoberto em 1967.

� Isolado da casca do Teixo do Pacífico (Taxus brevifolia).

Taxus brevifolia

TaxolTaxol

� O tratamento de um único paciente requer o corte e

processamento de seis árvores de 100 anos.

� Síntese total: 1994

� Semi-síntese: a partir do 10 deacetilbacatin III (Taxus baccata):

Taxus baccata

Leitura ComplementarLeitura Complementar

http://www.quimica.ufc.br/nunes

Relação Estrutura-AtividadeRelação Estrutura-Atividade

� Base da Química Medicinal

AcO O OH

H

O

OH

OAcO

ON

H

OH OH

O

Relação Estrutura-AtividadeRelação Estrutura-Atividade

� Base da Química Medicinal

AcO O OHOgrupo N-acila

requerido

grupo acetila ou acetoxilapodem ser removidossem significante perda

de atividade

redução da carbonilamelhora levemente

a atividade hidroxila pode ser esterificada, epimerizada

ou removida sem significante perda

de atividade

2'3' 132

10 97

4O

H

OAcO

ON

H

OH OH

O

grupo fenilaou análogo próximo

requerido

grupo 2'-hidroxilaou éster hidrolisável

requerido

remoção do grupo1-hidroxila reduz

a atividade levemente

anel oxietano ou anel pequeno análogo

é requerido para atividade

remoção do grupo acetatoreduz a atividade; alguns

análogos acila têmatividade melhorada

grupo aciloxila é essencial;benzoilas substituídas

e outros grupos acilas melhorama atividade

Reações de

Adição Adição

à

Alcenos

Alcenos são hidrocarbonetos que contêm uma dupla ligação C=C.

Esta ligação dupla confere aos alcenos uma estrutura planar com

uma densidade rica de elétrons acima e abaixo do plano.

Sendo assim, os alcenos são altamente reativos com espécies que

têm deficiência de elétrons, os eletrófilos.

Estrutura de AlcenosEstrutura de Alcenos

têm deficiência de elétrons, os eletrófilos.

A reação característica de compostos com duplas ligações C=C é

uma reação de adição eletrofílica, onde uma ligação pi é quebrada

com a formação de duas ligações sigma.

A B+

A B

Reações de AdiçãoReações de Adição

Tratam-se, portanto, de reações exotérmicas (∆∆∆∆H<0) que favorecem a

espontaneidade da reação.

Com relação à entropia da reação, temos que ∆∆∆∆S<O, uma vez que 2

moléculas formarão apenas uma, diminuindo a desordem do

sistema.

+

Como veremos nesta unidade, diversos grupos podem ser

adicionados à dupla ligação, levando à obtenção de muitos grupos

funcionais. Este fato torna os alcenos importantes ferramentas

sintéticas.

Reações de AdiçãoReações de Adição

A B+

A B

A B

H H

H X

H OH

H OSO3H

X X

A B+

� Hidrogenação é a adição de hidrogênio (H2) a uma múltipla

ligação.

� Alcenos reagem com H2, na presença de metais finamente

divididos (Pd, Pt, Rh), para originarem alcanos, através da adição

de H2 às duplas ligações.

Hidrogenação de AlcenosHidrogenação de Alcenos

� As ligações nos produtos são mais fortes que as ligações no

reagentes:

� 2 ligações sigmas são formadas

� 1 ligação ππππ é quebrada

H2C C

H

H

H

H

C

H

H C

H

H

H

Hcatalisador

∆∆∆∆H = -136 KJ/mol

A respeito das hidrogenações, sabe-se que:

� A hidrogenação “não-catalisada” é um processo muito lento.

� A velocidade é dramaticamente aumentada quando realizada na

presença de catalisadores metálicos finamente divididos.


� A hidrogenação catalítica é rápida e normalmente realizada a t.a.

A respeito das hidrogenações, sabe-se que:

� Altos rendimentos são normalmente obtidos.

� Solventes são normalmente escolhidos com base em suas

capacidades de dissolver o alceno, tipicamente são: etanol,


capacidades de dissolver o alceno, tipicamente são: etanol,

hexano e ácido acético.

Uma descrição mecanística que mostra o papel do catalisador

metálico é visto no esquema abaixo.

Adição do H2 ao metal

Hidrogenação - MecanismoHidrogenação - Mecanismo

Superfície docatalisador

liberação do alcano

Regeneração do catalisador transf. do segundo H

transf. do primeiro H

Volhardt, P.C., Organic Chemistry: Structures & Function, 3rd Ed., 1999.

Adição do H2 ao metal


Alceno reage com o metal

Liberação do alcano

Regeneração do catalisador

Transferência do primeiro H Transferência do segundo H

Calores de hidrogenação têm sido usados para comparar as

estabilidades relativas de alcenos.

Calores de HidrogenaçãoCalores de Hidrogenação

mais estávelmais estável

Calores de hidrogenação podem

ser usados para “estimar” a

estabilidade de duplas ligações em

alcenos.

Calores de HidrogenaçãoCalores de Hidrogenação

Quando dois átomos ou grupos se adicionam à mesma face de uma

dupla ligação, o processo é referido como sendo uma adição syn.

Hidrogenação - EstereoquímicaHidrogenação - Estereoquímica

Quando dois átomos ou grupos se adicionam à faces opostas de

uma dupla ligação, o processo é referido como sendo uma adição

anti.

No modelo de hidrogenação descrito anteriormente, os átomos de

hidrogênio são transferidos da superfície do metal para o alceno.

Embora os dois hidrogênios não sejam transferidos

simultaneamente, há uma tendência pronunciada deles se

adicionarem à mesma face da dupla ligação (adição syn).

Hidrogenação - EstereoquímicaHidrogenação - Estereoquímica

adicionarem à mesma face da dupla ligação (adição syn).

H2

Pt

CO2CH3

CO2CH3

CO2CH3

CO2CH3

H

H(100%)

Um segundo aspecto estereoquímico da hidrogenação de alcenos

diz respeito à sua estereoseletividade.

A reação que parte de um substrato que pode originar dois ou mais

produtos estereoisoméricos, mas um deles é obtido exclusivamente

ou em maior quantidade, é dita estereoseletiva.

Hidrogenação - EstereoseletividadeHidrogenação - Estereoseletividade

ou em maior quantidade, é dita estereoseletiva.

A estereoquímica desta reação é governada pela maneira com que o

alceno se aproxima da superfície do catalisador.


As duas metilas na cabeça de ponte impedem que a face superior

do alceno se aproxime do metal, impedindo a formação do último

composto.

� Em um grande número de reações de adição, o reagente que ataca

o alceno é polar ou facilmente polarizável.

� Os haletos de alquila, os quais são polarizados, estão entre as

substâncias mais simples que se adicionam aos alcenos.

Adição Eletrofílica de HX a AlcenosAdição Eletrofílica de HX a Alcenos

� A adiçãoadição ocorreocorre rapidamenterapidamente em uma variedade de solventes.

� A ordemordem dede reatividadereatividade dosdos haletoshaletos de alquila reflete suas

habilidades de doar o próton.


habilidades de doar o próton.

� Reação de adição mais lentaReação de adição mais lenta

�� Menos Menos acídicoacídico

� Reação de adição mais rápidaReação de adição mais rápida

�� Mais Mais acídicoacídico

HF HCl HBr HI

Ordem crescente de reatividade

<< < <

NaNa primeiraprimeira etapaetapa, o par de elétrons da ligação dupla ataca o eletrófilo,

levando à formação de uma carbocátion.

Mecanismo Geral


AA seguirseguir, o carbocátion sofre o ataque do nucleófilo, recebendo seus elétrons

e formando a segunda ligação sigma.

A adiçãoadição dede HXHX a um alceno assimétrico pode ocorrer,

conceitualmente, de duas maneiras diferentes:

CH CHCH

HX

Regiosseletividade x Reações de AdiçãoRegiosseletividade x Reações de Adição

C C

H

H

CH3

X

H

H

CH2 CHCH3

O hidrogênio podepode sese adicionaradicionar nos carbonos 11 ou 22.

Todavia, na prática, apenasapenas umum produtoproduto éé usualmenteusualmente obtidoobtido.

H XC C

H

X

CH3

H

H

H

A análise de muitos exemplos semelhantes ao

anterior, levou o químico russo Vladimir

Markovnikov, em 1870, a formular a “RegraRegra dede

MarkovnikovMarkovnikov”.

Na adição de HX a um alceno, o átomo de


Na adição de HX a um alceno, o átomo de

hidrogênio se ligará ao carbono da dupla mais

hidrogenado.

CH2 CHCH3

HX

C C

H

H

CH3

X

H

H

H XC C

H

X

CH3

H

H

H (majoritário)

Na adição de HX a um alceno, o átomo de hidrogênio se ligará ao

carbono da dupla mais hidrogenado.


H+ C C

H

HR

+ Br - C C

H

HR

Br

O entendimento deste comportamento (Regra) pode ser obtido

quando analisamos as estruturas dos carbocátions formados nos

dois possíveis caminhos:


C1

C CH

H

R

R

H C C H

RH

C C HR

R H

mais estável

menos estável

majoritário

minoritário

12

H+ C CH

H

R

R

H

+ Br - C C

Br

HR

H H

R

C2

Se o alceno que sofre a adição do haleto de hidrogênio for um

alceno assimétrico, aa etapaetapa 11 podepode levarlevar aa doisdois carbocátionscarbocátions

diferentesdiferentes:

C C

H

HR

+ C CH

H

R

R+

Regiosseletividade – Explicação TeóricaRegiosseletividade – Explicação Teórica

O terciárioterciário, porpor serser maismais estávelestável, teráterá umauma menormenor energiaenergia e,e,

conseqüentementeconseqüentemente,, aa energiaenergia dodo estadoestado dede transiçãotransição dada etapaetapa dede

suasua formaçãoformação (a determinante da velocidade da reação) seráserá menormenor,

favorecendo a formação do produto majoritário a partir deste

carbocátion.

RH

HH

terciário prim ário

Na adiçãoadição iônicaiônica de um reagente assimétrico a uma dupla ligação, a

parte positiva do reagente se ligará ao átomo de carbono da dupla

ligação de modo a formar, como intermediário, o carbocátion mais

estável.

HR

Regra de Markovnikov – Enunciado ModernoRegra de Markovnikov – Enunciado Moderno

C CH

H

R

R

H+

H+

C C HR

RH

+

C CH

H

R

R

H

+

mais estável

Regiosseletividade – Explicação TeóricaRegiosseletividade – Explicação Teórica

Em todo mecanismo que propõe a formaçãoformação dede carbocátionscarbocátions, devedeve--

sese levarlevar emem consideraçãoconsideração aa possibilidadepossibilidade dodo rearranjo de um

carbocátion menos estável para ser transformar em um outro mais

estável.

HH HH CH HH CH

Rearranjos de CarbocátionsRearranjos de Carbocátions

C C

H

C

H

H

CH3

CH3

H

H Cl

0 oCC C

H

C

H

H CH3

CH3

HH Cl

+ C C

H

C

H

H CH3

CH3

ClH H

C C

H

C

H

H CH3

CH3

HH+

C C

H

C

H

H CH3

CH3

H H+

H Cl

40% 60%


C C

H

C

H

H

CH3

CH3

H

H Cl

0 oCC C

H

C

H

H CH3

CH3

HH Cl

+ C C

H

C

H

H CH3

CH3

ClH H

C C

H

C

H

H CH3

CH3

C C

H

C

H

H CH3

CH3

+

H Cl40% 60%

No exemplo anterior, ocorreu inicialmente a formação de um

carbocátion secundário que levou à formação do produto à

esquerda, o minoritário.

No entanto, a migração do íon hidreto do carbono vizinho para o

carbocátion, gerou um carbocátion terciário mais estável que, por

sua vez, levou à formação do produto à da direita, o majoritário.

C C CH CH3

HH+

C C CH CH3

H H+

Sugira mecanismos que expliquem as seguintes observações:

a) A adição de cloreto de hidrogênio ao 3-metil-1-buteno leva a dois

produtos: o 2-cloro-3-metil-butano e o 2-cloro-2-metil-butano.

Rearranjos de Carbocátions - ExercíciosRearranjos de Carbocátions - Exercícios

b) A adição de cloreto de hidrogênio ao 3,3-dimetil-1-buteno leva a

dois produtos: o 3-cloro-2,2-dimetil-butano e o 2-cloro-2,3-dimetil-

butano.

Por um longo tempo, as reações de HBr com alcenos

eram imprevisíveis. Algumas vezes ocorriam

segundo a regra de Markovnikov, mas em outras

vezes, levava ao produto da adição anti-Markovnikov.

Em 1929, Morris S. Kharasch (Univ. de Chicago)

realizou uma investigação sistemática. Ele descobriu

Adição de HBr (via radicalar) a AlcenosAdição de HBr (via radicalar) a Alcenos

realizou uma investigação sistemática. Ele descobriu

que a adição anti-Markovnikov era promovida quando

peróxidos (ROOR) estavam presentes na mistura da

reação.

Purificando o 1-buteno, sempre o produto era

formado de acordo com a regra de Markovnikov.

Adição de HBr (via radicalar) a AlcenosAdição de HBr (via radicalar) a Alcenos

Adição: Markovnikov

Adição: anti-Markovnikov

Adição Anti-Markovnikov - MecanismoAdição Anti-Markovnikov - Mecanismo

Considere a seguinte reação:

HX

H

X CH2CH3

CH H

*2

1

H

H

H

CH3CH2

12

Adição de HX - EstereoquímicaAdição de HX - Estereoquímica

O produto apresenta um centro quiral (C2). Sendo assim, ele poderá

ocorrer como uma mistura racêmica ou como um enantiômero em

maior quantidade (excesso enantiomérico).

O que ocorrerá de fato?

H1

A resposta pode ser encontrada quando analisamos o mecanismo

da reação:

H

H

H

CH3CH2 -X

Et

CH3

X

H

(S) - 2-halobutano (50%EtH

CH2

H Mistura racêmica

Adição de HX - EstereoquímicaAdição de HX - Estereoquímica

Como o geometria do carbocátion é trigonal plana, existem duas

faces igualmente disponíveis para o ataque do nucleófilo, fato este

que leva à formação de uma mistura racêmica.

H X

EtCH3

X

H

(R) - 2-halobutano (50%

H

carbocátion

Mistura racêmica

Além dos haletos de hidrogênio, outros ácidos também se

adicionam aos alcenos. Ácido sulfúrico concentrado frio (H2SO4),

por exemplo, reage com determinados alcenos para formar sulfatos

ácidos de alquila.

Reações de Adição de H2SO4Reações de Adição de H2SO4

C C S

O

O

OOH H C+ C

H

S

O

O

O-O H

C

H

C

OSO3H

alceno ácido sulfúrico carbocátion íon hidrogenosulfato

sulfato ácidode alquila

A reação é regioseletiva, seguindo a Regra de Markovnikov.

Um fato interessante acerca da adição de H2SO4 a alcenos é que o

sulfato ácido de alquila formado pode ser transformado em álcool

quando refluxado (calor) em H2O.

Reações de Adição de H2SO4Reações de Adição de H2SO4

H

H

H

CH3

H2SO4 frioCH3 C

H

OSO3H

CH3

HOH, calor

CH3 C

H

OH

CH3 + H2SO4

Outro método pelo qual alcenos podem ser convertidos em álcoois é

através da adição de água (hidratação) à dupla ligação, sob

condições de catálise ácida.

C C

H R

C

H

H C

OH

RHOH

Reações de Adição de H2OReações de Adição de H2O

Diferentemente da adição de H2SO4, esta reação é conduzida em

meio ácido diluído.

As reações de hidratação seguem a Regra de Markovnikov e,

portanto, não possibilitam a formação de álcoois primários.

C C

H R

CH

H

C

R

RH+

As reações de hidratação seguem a Regra de Markovnikov e,

portanto, não possibilitam a formação de álcoois primários.


C C

H3C

H3C H

HC

H3C

H3C

C

H

H

HO

H

H

H

+O

H

H..

O H

H H..OH

H+

+Etapa 01

Etapa 02

Mecanismo da HidrataçãoMecanismo da Hidratação

C

O

H3C

CH3

C

H

H

HH

C

H3C

H3C

C

H

H

H

+

+

C

O

H3C

CH3

C

H

H

H

H HO

H

H..

+O

H

H

HC

O

H3C

CH3

C

H

H

H

H

+

Etapa 02

Etapa 03

Mecanismo da HidrataçãoMecanismo da Hidratação

A sugestão de que a formação do carbocátion seja a etapa

determinante da velocidade da reação está de acordo com as

observações experimentais.


As velocidades de hidratação de dois alcenos mostram-se diferir por

um fator maior que 7000 a 25oC. Qual o isômero mais reativo? Por

quê?

Reações de Adição de H2O - ExercícioReações de Adição de H2O - Exercício

Vimos que a hidratação de alcenos, catalisada por ácidos, adiciona

os elementos da H2O aos alcenos com regioseletividade segundo a

Regra de Markovnikov.

Todavia, às vezes, necessitamos de um álcool tendo a estrutura que

corresponde à hidratação de um alceno com regioseletividade

Hidroboração-Oxidação de AlcenosHidroboração-Oxidação de Alcenos

corresponde à hidratação de um alceno com regioseletividade

oposta àquela determinada pela Regra de Markovnikov, como o

exemplo abaixo.

Como proceder nestes casos?

H

CH3

H

CH3

OH

H

H2O

Através de uma reação denominada

hidroboração (oxidação) é possível obter

álcoois com regioquímica oposta daqueles

obtidos a partir da hidratação de alcenos (Regra

de Markovnikov).


Tal procedimento foi descoberto pelo Prof.

Herbert C. Brown, Perdue University, lhe

garantindo o prêmio Nobel em 1979.(1912-2004)

Hidroboração é uma reação na qual um hidreto de boro (BH3), adiciona-se a

uma dupla ligação, criando-se duas novas ligações: 1 C-B e 1 C-H

(organoborano).

Após a hidroboração, o organoborano é oxidado através de seu tratamento


Após a hidroboração, o organoborano é oxidado através de seu tratamento

com peróxido de hidrogênio (H2O2) em solução aquosa básica, gerando

álcool.

Nas hidroboração-oxidação, as reações levam à adição syn dos

elementos da água à dupla ligação.

Hidroboração-Oxidação: EstereoquímicaHidroboração-Oxidação: Estereoquímica

Hidroboração: MecanismoHidroboração: Mecanismo

Oxidação: MecanismoOxidação: Mecanismo

Hidroboração-Oxidação: MecanismoHidroboração-Oxidação: Mecanismo

Enquanto os alcanos são inertes frente ao bromo, os alcenos

reagem prontamente. O bromo (colorido) adiciona-se rapidamente às

duplas ligações, “descolorindo-se”.

Br Br+no escuro, CCl

4

t.a.

Br Br

Reações de Adição de X2Reações de Adição de X2

Tal comportamento faz com esta reação seja utilizada como teste

servindo de caracterização de duplas ligações em compostos

orgânicos.

hexano hexenocoloraçãopermanece descolore

Teste de Alcenos com Br2Teste de Alcenos com Br2

Os produtos destas reações são chamados de dialetos vicinais.

Quando o halogênio é o Cl2 ou o Br2, a adição ocorre rapidamente à

tempertura ambiente, em uma variedade de solventes, incluindo

ácido acético, CCl4, CHCl3 e CH2Cl2.

Reações de Adição de X2Reações de Adição de X2

Quando o ciclenos reagem com o bromo, em CCl4, ocorre uma

adição anti, onde um bromo fica acima do plano e outro abaixo.

Adição de X2 - EstereoquímicaAdição de X2 - Estereoquímica

A adição anti é sempre verificada nas adições de halogênios a

alcenos, sugerindo o seguinte mecanismo em duas etapas:

C C

..

C C

Br ::

+ Br -

Adição de X2 - MecanismoAdição de X2 - Mecanismo

Br

Br

..::

: :..

δδδδ++++

δδδδ−−−−

Br ::+

íon brom ônio

:: ..

-Br

C

Br

C

Br

C C

Br ::+

íon bromônio

� Outra observação experimental consistente com o mecanismo proposto é

o efeito de substituintes sobre a velocidade da reação.

� Os dados mostram que substituintes alquila na ligação dupla carbono-

carbono aumentam a velocidade da reação. Tais grupos “liberam”

elétrons e estabilizam o estado de transição que leva ao íon bromônio.


A adição anti de um halogênio a um alceno nos proporciona um

exemplo do que se chama reação estereoespecífica.

Trata-se de um reação onde um dado estereoisômero (reagente)

reage de modo a formar um estereoisômero específico como

produto.

Adição de X2 - EstereoespecificidadeAdição de X2 - Estereoespecificidade

produto.

Por exemplo, o isômero (E) leva à formação do isômero (S,R).

H CH3

H3C HBr2, CCl4

H

CH3

H3C

H

Br

Br(S)

(R)

(E)

Por exemplo, o isômero (E) leva à formação do isômero (S,R).

- CH


H CH3

H3C HBr2, CCl4

H

CH3

H3C

H

Br

Br(S)

(R)

(E)

CH3H

CH3 H

Br

Br..

::

: :..

Br-

CH3H

CH3 H

Br: .. +

íon bromônio quiral

Br

Br CH3

HH

H3C

(2R,3S) - 2,3-Dibronobutan

Br

BrH

CH3

H3C

H

(2R,3S) - 2,3-Dibronobutano

meso

Já o o isômero (Z) leva à formação da mistura racêmica (R,R) e (S,S).


H 3C CH 3

H HBr2, CCl4

H 3C

CH 3

H

H

Br

Br(R)

(R)+ H 3C

CH 3

H

H

Br

Br

(S)

(S)

(Z)

Ou seja, cada isômero de partida leva à obtenção de um

estereoisômero específico, daí o nome reação estereoespecífica.

Br H


H 3C CH 3

H HBr2, CCl4

H 3C

CH 3

H

H

Br

Br(R)

(R)+ H 3C

CH 3

H

H

Br

Br

(S)

(S)

(Z)

cisHH

CH3CH3

Br

Br..

::

: :..

Br-

Br

Br H

HCH3

H3C

(2R,3R) - 2,3-Dibronobutan

Br

BrH

HH3C

CH3

(2S,3S) - 2,3-Dibronobutan

íon bromônio aquiral

HH

CH3 CH3

Br: .. + enantiômeros

Em solução aquosa, cloro, bromo e iodo reagem com alcenos para

formar compostos conhecidos como haloidrinas vicinais, as quais

têm um halogênio e um grupo hidroxila em carbonos adjacentes

Formação de HaloidrinasFormação de Haloidrinas

Observa-se a ocorrência da adição anti. O halogênio e o grupo

hidroxila adicionam-se às faces opostas da dupla ligação.


O mecanismo de formação da haloidrina é semelhante ao da

bromação de alcenos.

Na primeira etapa, ocorre a formação do íon bromônio e, na segunda

etapa, a H2O (nucleófilo em maior quantidade no meio) ataca o íon

bromônio, promovendo uma adição anti da hidroxila em relação ao

MecanismoMecanismo

bromo.

haloidrina

íon bromônio

A regiosseletividade da adição é estabelecida quando a água ataca um dos

carbonos do íon halônio.

Mecanismo - RegiosseletividadeMecanismo - Regiosseletividade

Se o alceno for assimétrico, o halogênio ligar-se-á ao átomo de carbono

mais hidrogenado, uma vez que o átomo de carbono mais substituído levará

à formação de um carbocátion mais estável.

Já vimos que o íons halônios (intermediários cíclicos de três

membros) são formados quando fontes de halogênio eletrofílico

ataca a dupla ligação.

Da mesma forma, anéis de três membros são formados pela reação

Epoxidação de AlcenosEpoxidação de Alcenos

de alcenos com fontes de oxigênio eletrofílico. São os chamados

epóxidos.

C C

HH

H

H

O

C C

HCH3

H

H

O

óxido de etileno óxido de propileno

Transformações de grupos funcionais de epóxidos estão entre as

reações fundamentais da química orgânica, e epóxidos são

produtos naturais comuns.

A mariposa cigana fêmea, por exemplo, atrai os machos, emitindo

um epóxido conhecido como “disparlure”.


Ao detectar a presença deste feromônio, o macho segue o cheiro de

sua origem e acasala com a fêmea.

Os epóxidos são facilmente preparados a partir da reação entre

alcenos e peroxiácidos, num processo denominado de epoxidação.

O ácido peroxiacético é normalmente utilizado em ácido acético

como solvente, mas as reações de epoxidação toleram uma

variedade de solventes, e freqüentemente são realizadas em


clorofórmio e diclorometano.

C C

O

C C + R

O

OO

H R

O

OH+

alceno peroxi ácido epóxido ácido carboxílico

Exemplos de epoxidação são:


C C

(CH2)9CH3

H

H

H

O

+ H3C

O

OO

HC C

(CH2)9CH3

H

H

H

H3C

O

OH+

1-dodeceno ácido peroxi acético 1,2-epóxidododecano ácido acético(52%)

ácido peroxi acético

H3C

O

OO

H+

O

ácido acético

+H3C

O

OH

cicloocteno 1,2-epoxiciclooctano (86%)

A epoxidação de alcenos com peroxiácidos é caracterizada por uma

adição syn do oxigênio à dupla ligação.

Substituintes que são cis no alceno, um em relação ao outro,

continuam cis no epóxido; e substituintes que são trans no alceno

continuam trans no epóxido.

Epoxidação de Alcenos - Adição SynEpoxidação de Alcenos - Adição Syn

continuam trans no epóxido.

R R

H H

R R

HH

O

H R

R H

H RR H

OO

OO

H

O

OO

H+

+

Analisando os dados da tabela abaixo, conclui-se que a presença de

grupos alquilas (doadores de elétrons) na dupla ligação aumenta a

velocidade da epoxidação.

Epoxidação de Alcenos – Veloc. RelativasEpoxidação de Alcenos – Veloc. Relativas

Isto sugere que o peroxiácido atua como um eletrófilo frente ao

alceno.

Acredita-se que o mecanismo da epoxidação do alceno seja um

mecanismo concertado como mostrado abaixo:

Epoxidação de Alcenos – MecanismoEpoxidação de Alcenos – Mecanismo

Por este mecanismo, fica fácil verificar que a formação das duas

novas ligações C-O ocorrem na mesma face do alceno.

Epoxidação de Alcenos – MecanismoEpoxidação de Alcenos – Mecanismo

O ozônio (O3) é uma forma triatômica do oxigênio. Pode ser

representada como uma combinação de suas duas estruturas de

Lewis mais estáveis:

Oxidação de Alcenos – OzonóliseOxidação de Alcenos – Ozonólise

OO

O-: :.. : ..

..

+ OO

-O: ..+

..

:: ..

Trata-se de uma molécula neutra, mas polar. Características que o

torna um poderoso eletrófilo.

.. .. ....

Alcenos reagem com O3 para produzirem um ozonídeo primário que

se rearranja em um ozonídeo.

Tal ozonídeo, na presença de um agente redutor, leva à formação de

produtos através da clivagem da ligação C=C.


..

OO

O-: :.. : ..

..

+CH3CH2CH CH2

O CH2CH3CH2CH O

CH3CH2CH CH2

OO

O

CH3CH2CH CH2

O O

OZn/H2O

ozonídeo

ozonídeo primário

Ozonólise – MecanismoOzonólise – Mecanismo

CH3CH2CH CH2 CH3CH2CH CH2

OO

O

ozonídeo primário

-OO

O+:

CH3CH2CH

OO-

CH2

O+

O CH2CH3CH2CH OCH3CH2CH CH2

O O

OZn/H2O

ozonídeo

CH3CH2CH

OO-

CH2

O

+


1) O3O H

O método é utilizado para identificar fragmentos. Através destes, é

possível localizar a posição de uma dupla ligação em um alceno de

estrutura desconhecida.

2) Zn/H2OO

O H

H

2) Zn/H2O

1) O3

OO

COOH2) H2O2-ácido acético

1) O3

O

OH OCOOH

OH

KMnO4 e OsO4 reagem com alcenos para produzirem glicóis (1,2-

diois)

Oxidação de Alcenos – Hidroxilação SynOxidação de Alcenos – Hidroxilação Syn

MnO4-

frio

-

H2O

OH-frioO

MnO

HO OH

OH-

HO OH

cis-1,2-ciclopentadiol(meso)

Oxidação de Alcenos – Hidroxilação SynOxidação de Alcenos – Hidroxilação Syn

MnO4-

frioO

MnO

HO OH

-

H2O

OH-

HO OH

cis-1,2-ciclopentadiol(meso)

Soluções quentes de KMnO4 levam à clivagem de alcenos e à

obtenção de ácidos carboxílicos.

Oxidação de Alcenos – Clivagem OxidativaOxidação de Alcenos – Clivagem Oxidativa

KMnO4

quenteOH- O

-O

O

-O

O

HO

O

HOH+

Outro exemplo:

-O HO

KMnO4

quenteOH - O

O-O

O

O

HOH+

Um tipo particular de reação de adição

conjugada ganhou o Prêmio Nobel de Química

por Otto Diels e Kurt Alder da Universidade de

Kiel (Alemanha) em 1950.

A reação Diels-Alder reação é a adição

conjugada de um alceno a um dieno.

Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder

Diels Alderconjugada de um alceno a um dieno.

Usando o 1,3-butadieno como um dienófilo, a reação de Diels-Alder pode ser

representado pela equação geral:


A cicloadição Diels-Alder é um exemplo de uma classe chamada reações

pericíclicas.

Uma reação pericíclica é uma reação de uma etapa que procede através de

um estado de transição cíclico. A formação da ligação ocorre em ambas

as extremidades do sistema de dieno, e o estado de transição envolve

um arranjo cíclico de seis carbonos e seis elétrons ππππ.


A mais simples de todas as reações de Diels-Alder, cicloadição do eteno

como o 1,3-dieno, não procede prontamente. Ela tem uma alta energia de

ativação e, portanto, ocorre a uma baixa velocidade.

Entretanto, substituintes, tais como C=O ou C≡N, quando diretamente ligados

à dupla ligação do dienófilo, aumentam sua reatividade, e compostos deste

tipo dão adutos de Diels-Alder em altos rendimentos, a temperaturastipo dão adutos de Diels-Alder em altos rendimentos, a temperaturas

moderadas.


O produto de uma cicloadição de Diels-Alder sempre contém um anel a

mais que estava presente nos reagentes.

O dienófilo anidrido maleico contém um anel, assim o produto da sua

adição a um dieno contém dois.


A reação de Diels-Alder é estereoespecífica. Substituintes que são cis no

dienófilo permanecem cis no produto; substituintes que são trans no

dienófilo permanecem trans no produto.


Dienos cíclicos levam à formação de adutos bicíclicos de Diels-Alder

com cabeça de ponte.

Reações de Adição

Alcinos

Alcinos são hidrocarbonetos caracterizados pela presença de uma

ligação tripla entre dois carbonos, ligações estas formadas pelos

compartilhamento de 6 pares de elétrons entre dois carbonos com

hibridação sp, garantindo à molécula uma estrutura linear.

Estrutura de AlcinosEstrutura de Alcinos

No início da década de 1980, a pesquisa dirigida para o isolamentode novas drogas derivadas a partir de fontes naturais identificouuma família de substâncias antibióticas inibidoras de tumor,caracterizada por novas estruturas contendo uma unidadeC≡C-C=C-C≡C, como parte de um anel de 9 ou anel de 10 membros.

Alcinos NaturaisAlcinos Naturais

Natural Análogo Sintetizado

Características Gerais dos HidrocarbonetosCaracterísticas Gerais dos Hidrocarbonetos

As ligações C-H em alcanos e alcenos apresentam uma tendência

muito pequena de se ionizarem.

Todavia, devido a maior eletronegatividade dos carbonos sp, os

alcinos são um pouco mais ácidos.

Reatividade de AlcinosReatividade de Alcinos

H C

H

H

C

H

H

H C C

H

H

H

H

C C HH

pKa ~26pKa ~45pKa ~62

Embora mais ácidos que os alcenos, são ainda muito mais fracos

que os álcoois, por exemplo. Somente diante de uma base muito

forte, como NH2- ou RO- , é que as bases conjugadas dos são

obtidas.


C C HH -NH2 H NH2

Estes carbânions são bons nucleófilos e podem atuar em reações de

substituição nucleofílica em carbonos sp3.

2 2

C CH X

R

C CH

R+ X-

Os carbânions também são bases fortes e podem promover reações

de eliminação diante de haletos de alquila.


C CHH CH2 C

CH3

CH3

Br

CH3

C C HH + H2C C

CH3

CH3

Br - +

Além das propriedades ácidas vistas, os alcinos, por possuírem um

região rica em elétrons entre os dois carbonos da tripla ligação, têm

reatividade semelhante à dos alcenos, isto é, sofrem reações de

adição.

Hidrogenação de AlcinosHidrogenação de Alcinos

Por exemplo, alcinos também podem ser hidrogenados. Na presença

de catalisadores, 2 equivalentes de hidrogênio se adicionam à tripla

ligação de um alcino para produzir um alcano.


Os substituintes afetam os calores de hidrogenação dos alcinos da

mesma forma que afetam os dos alcenos. Grupos alquila “liberam”

elétrons para o carbono sp, estabilizando o alcino e diminuindo o

calor de hidrogenação.

Alcenos são intermediários na redução de alcinos à alcanos.

Isto nos leva a considerar a possibilidade de parar a hidrogenação

assim que o alceno é formado (semihidrogenação).


H HH H

C C RR H2 C

R

C

R

H H

Pt, Pd, Ni ou Rh Pt, Pd, Ni ou Rh

H2 C

H

C

H

R

H

H

R

alcino alceno alcano

Na prática, isto a semi-hidrogenação é possível quando realizada na

presença de catalisadores especialmente desenvolvidos como é o

caso do catalisador de Lindlar (Pd/CaCO3, acetato de chumbo e

quinolina).

Semi-hidrogenação de AlcinosSemi-hidrogenação de Alcinos

A hidrogenação de alcinos leva à formação de alcenos cis (Z) pela

adição à tripla ligação.

Uma alternativa útil para a hidrogenação parcial do alcino, é a

utilização de um metal do grupo IA (Li, Na, K) em amônia líquida.

Neste caso, o alceno obtido apresenta isomeria trans.

Hidrogenação de Alcinos - EstereoseletividadeHidrogenação de Alcinos - Estereoseletividade

O mecanismo da redução com metal e amônia líquida inclui duas

transferências de elétrons e duas transferências de prótons,

totalizando 4 etapas.

-

Hidrogenação de Alcinos - MecanismoHidrogenação de Alcinos - Mecanismo

C C R'R Na Na++C C R'R-

C C R'R-

H NH2 C CH R'R + - NH2

Evidências experimentais indicam que a etapa 1 (formação de um

radical alquenil) é a etapa determinante da velocidade da reação.

C C R'R Na Na++C C R'R-


Acredita-se que a estereoseletividade trans observada é reflexo da

distribuição dos dois intermediários alquenil radical formados nesta

etapa.

Acredita-se que a estereoseletividade trans observada é reflexo da

distribuição dos dois intermediários alquenil radical formados nesta

etapa.

R

H

R1R

H R1

..


O radical alquenil mais estável (E), no qual os grupos R e R’ estão

trans um em relação ao outro, é formado mais rapidamente que o

seu estereoisômero (Z), e leva à formação preferencial do alceno (E).

( Z ) - radical alquenilmenos estável

( E ) - radical alquenilmais estável

C C

R'R

H

C C

R'

R

H

(Z) - radical alquenil (E) - radical alquenil

menos estável mais estável

Alterações da configuração relativa dos grupamentos

farmacofóricos de um ligante olefínico podem repercutir diretamente

no seu reconhecimento pelo bioreceptor, uma vez que as diferenças

de arranjo espacial dos grupos envolvidos nas interações com o

sítio receptor implicam perda de complementaridade e,

conseqüentemente, a redução da afinidade e atividade intrínseca.

Configuração – Atividade FarmacológicaConfiguração – Atividade Farmacológica

conseqüentemente, a redução da afinidade e atividade intrínseca.

AA

BC

A

B

A

C

AA

BC

B

A

A

C

XX

isômeros geométricos

Um exemplo clássico que ilustra a importância da isomeria

geométrica (cis-trans, E-Z) na atividade biológica de um fármaco diz

respeito ao desenvolvimento do estrogênio sintético,

trans-dietilestilbestrol, cuja configuração relativa dos grupamentos

p-hidroxifenila mimetiza o arranjo molecular do ligante natural, isto

é, hormônio estradiol – necessário ao seu reconhecimento pelos

receptores de estrogênio intracelulares.


receptores de estrogênio intracelulares.

CH3CH3

OH

HO CH3

CH3

HO

OH

7,7 Ao

12,1 Ao

cis-dietilestilbestrol trans-dietilestilbestro

CH3 OH

H

H

HO

10,8 Ao

estradiol

CH3CH3

OH

HO CH3

CH3

HO

OH

7,7 Ao

12,1 Ao

cis-dietilestilbestrol trans-dietilestilbestro

CH3 OH

H

H

HO

10,8 Ao

estradiol


O estereoisômero cis do dietilestilbestrol possui a distância entre

grupamentos farmacofóricos (7,7 Ao) inferior àquela necessária ao

reconhecimento pelo bioreceptor e conseqüentemente apresenta

atividade estrogênica 14 vezes menor que o isômero trans

correspondente.

Alcinos reagem com muitos dos reagentes eletrofílicos que reagem

com duplas ligações de alcenos.

Haletos de hidrogênio, por exemplo, adicionam-se a alcinos para

formar alquenil haletos.

Adição de HX a AlcinosAdição de HX a Alcinos

C C RR HX

alcino alquenil haleto

CH C RR

X

A regioseletividade da adição segue a Regra de Markovnikov.

Um próton adiciona-se ao carbono mais hidrogenado, enquanto o

haleto adiciona-se ao carbono menos hidrogenado.

Adição de HX a Alcinos - RegioseletividadeAdição de HX a Alcinos - Regioseletividade

HBrC C HCH3CH2CH2CH2C C

H

CH3CH2CH2CH2 H

Br

2-bromo-1-hexeno (60%)

O mecanismo da adição eletrofílica de HX a alcinos é análogo ao de

adição eletrofílica a alcenos.

Adição de HX a Alcinos – MecanismoAdição de HX a Alcinos – Mecanismo

C C

H+

Br -

C C

HBr

C C HCH3(CH2)3

H Br

C C

HCH3(CH2)3

C C

HCH3(CH2)3

H +

mais estável

C C

HCH3(CH2)3

2-bromo-1-hexeno

X

Na presença de excesso de HX, dihaletos geminais são formados

pela adição seqüencial de duas moléculas de haletos de hidrogênio

à tripla ligação.

C C R'R C C

HXHX HX

C C R'R

HX

Adição de 2 HX a AlcinosAdição de 2 HX a Alcinos

R'R

C C R'R

X Hdihaleto vicinal

� Por analogia à hidratação de alcenos, a adição dos elementos da

água (hidratação) à tripla ligação produz um álcool, porém, um

álcool especial chamado enol.

� Uma importante propriedade dos enóis é que eles são convertidos

a aldeídos e cetonas sob as condições de sua formação.

Adição de H2O a AlcinosAdição de H2O a Alcinos

a aldeídos e cetonas sob as condições de sua formação.

� O processo pelo qual enóis são convertidos a aldeídos ou cetonas

é chamado isomerismo ceto-enólico (ou tautomerismo ceto-

enólico)

Adição de H2O a Alcinos - TautomerismoAdição de H2O a Alcinos - Tautomerismo

� Em geral, cetonas são mais estáveis do que seus precursoresenóis, e são os produtos normalmente isolados quando alcinossofrem hidratação catalisada por ácido.

� O método padrão para a hidratação de um alcino emprega ácidosulfúrico aquoso e de mercúrio (II) sulfato ou óxido de mercúrio(II) como catalisador.

Adição de H2O a AlcinosAdição de H2O a Alcinos

� A hidratação de alcinos segue a regra de Markovnikov.

� Alcinos reagem com cloro e bromo para produzir

tetrahaloalcanos.

� Duas moléculas de halogênio adicionam-se à tripla ligação.

Adição de X2 a AlcinosAdição de X2 a Alcinos

� Um dihaloalceno, com isomeria (E), é um intermediário e é o

produto isolado quando o alcino e o halogênio estão presentes

em quantidades equimolares.

C C CH2CH3CH3CH2 Br2

1 equivalenteC

CH3CH2

Br

C

Br

CH2CH3

(90%)

( E ) -3,4-dibromo-3-hexeno

Ácidos carboxílicos são produzidos quando alcinos são submetidos

a ozonólise.

Ozonólise de AlcinosOzonólise de Alcinos

� A ozonólise é, às vezes, usada como uma ferramenta na

determinação estrutural.

A ozonólise é, às vezes, usada como uma ferramenta na

determinação estrutural.

Ozonólise de AlcinosOzonólise de Alcinos

CH3(CH2)4C≡CCH2CH2C≡C(CH2)4CH3

CH3(CH2)4COOH

HOOCCH2CH2COOH

ExercíciosExercícios

1) Escreva a estrutura do produto majoritário.


2) Escreva a estrutura do produto majoritário na reação do 2-metil-2-

buteno com:


3) Quando o 3-metil-1-buteno reagem com HBr, dois haletos dealquila são formados: 2-bromo-3-metilbutano e 2-bromo-2-metilbutano.

Proponha um mecanimso que explique a formação destes produtos.


4) Dê os reagentes necessários para promover as seguintesreações.


5) Dê o produto majoritário para cada uma das seguinte reações:


6) Usando um alceno e quaisquer outros reagentes, como você podepreparar os seguintes produtos?


7) Proponha um mecanismo para a seguinte reação:


8) Proponha um mecanismo para a seguinte reação:


9) Escreva a estrutura do produto majoritário das reações a seguir:


10) Desenhe os mecanismos para as seguintes reações:


11) Identifique os reagentes capazes de converter o 1-penteno nosseguinte produtos:

CSICSI

12)

CSICSI

13)

ExercícioExercício

14)

ExercícioExercício

15) Sugira um mecanismo para esta reação:

CSICSI

16)

reações de adição a alcenos e alcinos

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