reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

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QFL0342 Reatividade de Compostos Orgânicos (2016) Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

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Page 1: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

QFL0342 Reatividade de Compostos Orgânicos (2016)

Reações de redução e oxidação de

compostos carbonílicos

Page 2: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Reductive amination

OH2, Ni

or NaBH3CNCH NH2+ NH3

OH2, Ni

or NaBH3CNCH NHR+ RNH2

OH2, Ni

or NaBH3CNCH NR2+ R2NH

1o amine

3o amine

2o amine

Page 3: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Preparation of Amines—Reductive Amination

[1] Nucleophilic attack of NH3 on the carbonyl group forms an imine.

[2] Reduction of the imine forms an amine.

Page 4: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• The most effective reducing agent for this reaction is sodium cyanoborohydride(NaBH3CN).

Preparation of Amines—Reductive Amination

Compare to NaBH4

Page 5: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Preparation of Amines—Reductive Amination

Retrosynthetic analysis

Page 6: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• How to prepare 2o and 3o amines? Which starting material would you use for it?

Preparation of Amines—Reductive Amination

Page 7: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• How would you prepare methamphetamine?

Preparation of Amines—Reductive Amination

Page 8: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

8

Redução de Wolff-Kishner

Page 9: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Reações de aldeídos ou cetonas com diversos

hidretos

Page 10: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Redução com hidretos metálicos

• Os reagentes mais comuns usados em laboratório para a redução de aldeídos e cetonas são NaBH4; LiAlH4 NaH (fontes de íon hidreto H:-, um poderoso nucleófilo)

Íon hidretoHidreto de lítioalumínio

Boro-hidreto de sódio

••

H

H H

H

H-B-H H-Al-HLi +Na+

H

Page 11: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos
Page 12: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Reduction of carboxylic acid with LiAlH4

Reduction of aldehyde with LiAlH4

https://www.youtube.com/watch?v=odkFRsbWLF4

Page 13: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

LiAlH4 + 4 H2O → LiOH + Al(OH)3 + 4 H2

LiAlH4 reage violentamente com água, metanol e outros solventes próticos. As reduções usando LiAlH4 são realizadas em éter dietílico ou tetra-hidrofurano (THF) anidros.

https://www.youtube.com/watch?v=odkFRsbWLF4

Page 14: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Redução com LiAlH4

+

+ Sais de alumínio

Éter dietílicoou THF

O

OH

4 RCR LiAlH 4

4 RCHR

tetralcoxi aluminato

(R2CHO)4 Al-

Li+ H2 O

Page 15: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Uso de LiAlH4 em reações de redução

Page 16: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

RC

OH

O

RC

OR

O

RC

X

O

RC

NH2

O

RC

O

O

C

O

R

haletos de acila

ácidoscarboxílicos

ésteresanidridos amidas

RC

R'

O

RC

H

O

aldeídos cetonas

reduzidos por LiAlH4

reduzidos por NaBH4 não são reduzidos por NaBH4

Page 17: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• Reduções com NaBH4 podem ser realizadas em metanol aquoso, em metanol puro, ou em etanol

• Um mol de NaBH4 reduz quatro mols de aldeído e cetona

Um tetralcoxi borato

Boratos+

+metanol

O

4 RCH NaBH 4

(RCH2O)4B -Na+ 4 RCH 2 OHH2O

Page 18: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Redução com NaBH4

from

water

from the hydride

reducing agent

+

H

H O O BH3

OH

H

H

H-B-HNa+

R-C-R' R-C-R'

Na+

H2 O

R-C-R'

A partir da água

A partir do agente redutor

Page 19: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos
Page 20: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos
Page 21: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Quimiosseletividade nas reduções

O OH

RCH=CHCR' RCH=CHCHR'1 . NaBH 4

2 . H 2 O

+Rh

O O

RCH=CHCR' RCH 2 CH2 CR'H2

4

H2O

Page 22: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• Treatment of a nitrile with a milder reducing agent such as DIBAL-H followed by waterforms an aldehyde.

(i-Bu2AlH)2

DIBAL-H (hidreto de diisobutilaluminio) (Hidreto mais brando)

Page 23: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Redução de ésteres com DIBALH

• O hidreto de di-isobutilalumínio (DIBALH) a -78°C reduz seletivamente ésteres a aldeídos

– a -78°C, o intermediário somente é liberado após a hidrólise ácida.

Page 24: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

• With DIBAL-H, nucleophilic addition of one equivalent of hydride forms an anion which isprotonated with water to generate an imine. The imine is then hydrolyzed in water toform an aldehyde.

Page 25: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

RC

OH

O

RC

OR

O

RC

NH2

O

ácidoscarboxílicos

ésteres amidas

RC

R'

O

RC

H

O

aldeídos cetonas

LiBH4

NaBH4

NaCNBH3

LiAlH4

BH3

RC

H

NH

iminas

RC

H

O

LiAlH4

OoC

viaalcool

ou DIBAL

via cloretosde acila

R NHR R OH R R

OH

R OH R NR2 R OH

reduz

não reduz

reduz lentamente

Page 26: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Equivalentes biológicos de hidretos metálicos

NADH

(hidreto biológico)

Page 27: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

NAD+

nicotinamida adeninadinucleotídeo

(forma oxidada)

NADHnicotinamida adenina

dinucleotídeo reduzida

Page 28: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

NAD+ NAD+

NAD+

Page 29: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos
Page 30: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Reduções quimiosseletivas por enzimas

Page 31: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Oxidation of Aldehydes and Ketones

• Aldehydes are readily oxidized to carboxylic acid but ketones are unreactive (except under the most vigorous conditions).

• Aldehydes are more easily oxidized because they posses a hydrogen atom bonded to the carbonyl carbon. This hydrogen atom can be removed as a proton with the final result being the oxidation (loss of hydrogen) from the original aldehyde. Ketones have no expendable carbonyl-hydrogen bond.

Page 32: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Oxidation of Aldehydes and Ketones• Many oxidizing agents will convert aldehydes to carboxylic

acids. Some of these are Jones reagent, hot nitric acid and KMnO4.

• One drawback to the Jones reagent is that it is acidic. Many sensitive aldehydes would undergo acid - catalyzed decomposition before oxidation if Jones reagent was used

CCH3(CH2)4

O

H CCH3(CH2)4

O

OHJones

Page 33: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Oxidation of Alcohols and aldehydes with cromic acid

Ester chromate

aldehyde gem-diol

alcohol

Carboxylic acid

Page 34: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

A Milder Oxidizing Agent

• For acid sensitive molecules a milder oxidizing agent such as the silver ion (Ag+) may be used. A dilute ammonia solution of silver oxide, Ag2O, (Tollens reagent) oxidizes aldehydes in high yield without harming carbon-carbon double bonds or other functional groups.

Page 35: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

Oxidizing Agents in Organic Chemistry

• PCC Generally a Mild Oxidant (1° Alcohol Aldehyde)

• Jones Reagent Harsher Oxidant (1° Alcohol Carboxylic Acid)

• Alcohol Often Dissolved in Acetone While Jones Reagent Added

N H CrO3Cl

Pyridinium chlorochromate

(PCC)

H2CrO4

Chromic Acid

(Jones Reagent)

CrO3/H2SO4

Page 36: Reações de redução e oxidação de compostos carbonílicos

General Oxidizing Agent Selection

MeOH 1°Alcohol 2°Alcohol 3°Alcohol

PCC H2C=O Aldehyde KetoneNo

Reaction

Cr6+

H2SO4

HCO2HCarboxylic

AcidKetone

No

Reaction

• Just as in Reductions, Oxidation Products Depend on Reagent

• Generally Don’t Oxidize 3° Alcohols (No Texas Carbons)

• PCC Good For Aldehydes From Primary Alchols

• Cr6+/H2SO4 Reagents, KMNO4 Primary Carboxylic Acids

• Use What You Like For Most Ketones