tese final mestrado_reações burke

Universidade do Algarve

Faculdade de Cincias e Tecnologia

Estudos de Reactividade em derivados de Compostos

Heterocclicos

Dissertao para a obteno do grau de Mestre em Qumica

Especializao em Qumica Orgnica

Daniela Veloso Coelho

Faro

2008

ii

Nome: Daniela Veloso Coelho

Departamento: Departamento de Qumica e Bioqumica

Orientador: Professora Doutora Maria de Lurdes Cristiano

Data: 14 de Fevereiro de 2008

Ttulo da dissertao: Estudos de Reactividade em derivados de Compostos

Heterocclicos

Jri:

Presidente: Doutor Wenli Wang

Vogais: Doutor Anthony Joseph Burke

Doutora Maria de Lurdes Cristiano

iii

Dedicado:

Aos meus pais

iv

Agradecimentos

Desejo agradecer minha orientadora, Professora Maria de Lurdes Cristiano,

por todo o apoio e disponibilidade ao longo deste projecto de mestrado. O meu muito

obrigado, por todos conhecimentos cientficos que me transmitiu.

O meu sincero agradecimento a todos os docentes do Departamento de Qumica

e Bioqumica da F.C.T. da Universidade do Algarve, pela disponibilidade e por todos os

conhecimentos transmitidos.

Ao Departamento de Qumica da Universidade de Liverpool, pelos espectros de

massa, RMN e anlise elementais gentilmente fornecidos.

No posso deixar de agradecer a todos os meus colegas de laboratrio e de

mestrado, Nuna, Bruna, Llia, Lus, Emanuel, Rui, Andreia e Marta.

A todos os meus amigos o meu muito obrigado!

minha famlia, em especial minha tia Carmencita, agradeo todas as palavras

de apoio e todo o carinho.

Aos meus pais, a quem devo tudo o que sou, agradeo o apoio, o carinho, o

esforo, as palavras de encorajamento e o amor que sempre me deram durante todos

estes anos.

v

Ao Francisco agradeo todo o amor, compreenso e carinho manifestados ao

longo destes ltimos anos. Obrigado por tudo!

vi

Resumo

Os lcoois allicos so bastante abundantes na natureza, estando presentes em

vrios sistemas biolgicos. So ainda intermedirios importantes na sntese de vrios

tipos de compostos com, um vasto leque de aplicaes.

Neste projecto de investigao, procedeu-se modificao qumica do lcool

allico natural nerol, atravs da sua converso em ter de tetrazol e de benzisotiazol,

dois sistemas heteroaromticos. O principal objectivo incidiu na elucidao mecanstica

das isomerizaes trmicas dos correspondentes teres. Este lcool inclui na sua

estrutura duas insaturaes, o que faz com que os correspondentes teres possuam um

sistema alilvinlico que possibilita uma isomerizao do tipo Claisen e um sistema

1,5- dieno que torna possvel uma isomerizao trmica do tipo Cope.

No decorrer deste trabalho de investigao, foi ainda feita uma anlise detalhada

dos padres de fragmentao de uma srie de teres allicos e benzlicos de

benzisotiazol por espectrometria de massa.

Estudos precedentes da fotoqumica de 4-aliltetrazolonas e o conhecimento da

aplicao de derivados allicos de benzisotiazol no controlo de pragas nas plantaes de

arroz no Japo, China e Coreia do Sul, estiveram na base de uma investigao da

fotoqumica de derivados allicos de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixido.

Palavras chave: Tetrazis, benzisotiazis, lcoois allicos, isomerizaes de

Claisen, reaces de fotoclivagem e espectrometria de massa.

vii

Abstract

Compounds bearing an allylic alcohol function are often vital structural units of

biologically active systems, and have attracted widespread attention as key

intermediates for the synthesis of various types of compounds with a variety of

important applications.

In the present investigation, the natural allylic alcohol nerol was converted to the

corresponding tetrazolyl and saccharyl ethers by direct reaction with 5-chloro-1-

phenyltetrazole and 3-chloro-1,2-benzisothiazole. The aim was to elucidate the

mechanism of the thermal isomerisation of this ethers, which include an allyl vinyl

system prone to Claisen type isomerisation and a 1,5-diene prone to Cope type

rearrangement.

During the course of this work the fragmentation pathways for allyloxytetrazoles

and allyloxy and benziloxy-benzisothiazoles obtain by mass spectrometry were studied.

Previous studies related with the photochemical pathways for degradation of 4-

allyltetrazolones and the knowledge of the application of allyloxipseudosacharins in rice

blast control in Japan, China and South Chorea, motivate the study of photochemistry of

allylic derivates of benzisothiazole.

Key Words: Tetrazoles, benzisothiazoles, allyl alcohols, Claisen isomerisations,

photocleavage reactions, mass spectrometry.

viii

ndice

Resumo vi

Abstract vii

1. Introduo 1

1.1.- Importncia dos derivados tetrazollicos 4

1.2.- Importncia dos derivados de benzisotiazol 7

1.3.- Sntese e aplicaes de teres de tetrazol e benzisotiazol 7

1.4.- Isomerizaes trmicas em derivados allicos dos heteroaromticos

de benzisotiazol e de tetrazol 10

1.5.- Rearranjo de Claisen e de Cope 14

1.6.- Fotoqumica de 1,2-benzisotiazois e 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos 18

1.7.- Suportes slidos 24

1.7.1.- Slica 26

1.7.2.- Celulose 28

1.8.- Princpios bsicos de fotoqumica 31

2. Apresentao e discusso dos resultados 39

2.1.- Metodologia utilizada na sntese dos teres allicos de 1,2-

-benzisotiazol-1,1-dixido e de 1-feniltetrazol 40

2.2.- Caracterizao dos teres allicos de tetrazol e de benzisotiazol

derivados do nerol 55

ix

2.2.1.- Caracterizao por Ressonncia Magntica Nuclear (RMN) 55

2.2.1.1.- Anlise do espectro de 1H-RMN do derivado allico de

Tetrazol 55

2.2.1.2.- Anlise do espectro de 1H-RMN do derivado allico de

Benzisotiazol 62

2.2.2- Caracterizao por espectrometria de massa 71

2.2.2.1- Padro de fragmentao dos derivados O- nerollicos e

N- nerollicos de tetrazol 75

2.2.2.2- Padro de fragmentao do derivado O- nerollico e N- nerollico

de benzisotiazol 81

2.3.- Estudo dos mecanismos de degradao por espectrometria de massa

de teres allicos e benzlicos de benzisotiazol 87

2.3.1- Principais caminhos de fragmentao de teres allicos de

Benzisotiazol 87

2.3.2- Principais caminhos de fragmentao de teres benzlicos de

Benzisotiazol 99

2.3.3.- Paralelismo entre os padres de fragmentao dos teres allicos e

benzlicos de benzisotiazol 109

2.4.- Estudo da fotoqumica de derivados allicos de benzisotiazol 112

2.4.1.- Espectroscopia de absoro de ultravioleta-vsivel dos compostos

Fotolisados 113

2.4.2.- Estudo da fotlise dos derivados allicos de benzisotiazol 115

2.4.2.1.- Estudos fotoqumicos em soluo 115

2.4.2.2.- Estudos efectuados em matriz de slica e de celulose 119

x

3. Concluses 126

4. Parte experimental 128

4.1- Descrio dos procedimentos de sntese 130

4.1.1.- Sntese de 3-cloro-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido (cloreto de

pseudo-sacarina) 130

4.1.2.- Sntese de 5-(3,7-dimetil-octa-2,6-dienoxi)-1-fenil-1H-tetrazol 130

4.1.3.- Sntese de 3-(2-propenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 132

4.1.4.- Sntese do ter 3-(2-butenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 133

4.1.5.- Sntese do ter 3-(E-3-fenil-2-propenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-

-1,1-dixido 133

4.1.6.- Sntese de 3-(cis-3,7-Dimetil-2,6-octadieno-1-oxi)-1,2-

benzisotiazol-1,1-dixido 134

4.1.7.- Sntese de 3-Metoxi-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 135

4.1.8- Rearranjo trmico dos teres allicos de tetrazol e de benzisotiazol

derivados do lcool natural nerol 136

4.2.- Estudo da fotoqumica dos teres allicos de benzisotiazol em soluo 136

4.2.1.- Preparao das solues e subsequente estudo por espectroscopia

de ultravioleta-vsivel 136

4.2.2.- Irradiao e anlise das solues por HPLC 137

4.2.3.- Preparao das amostras em suportes slidos 138

4.2.3.1- Deposio dos compostos em slica 138

4.2.3.2.- Deposio dos compostos em celulose microcristalina 138

4.2.4.- Irradiao e anlise das amostras depositadas em slica e em celulose 138

xi

4.2.5- Identificao dos fotoprodutos obtidos por irradiao das amostras

em soluo e em matrizes slidas 139

5. Bibliografia 140

6. Anexos

7. Glossrio

Introduo

Introduo

1. Introduo Os lcoois allicos so dos intermedirios mais versteis em sntese orgnica1.

Devido ao interesse que estes compostos suscitam como sintes, muitos qumicos tm

explorado uma variedade de caminhos para a construo desta subunidade. Inmeros

lcoois allicos quirais e aquirais, tm sido utilizados na sntese de outros precursores

bastante teis, incluindo epxidos, ciclopropanos e diis insaturados2.

Um exemplo de um processo qumico baseado na reactividade de lcoois allicos

a epoxidao de Sharpless* (Esquema 1). Nesta reaco os lcoois allicos so

convertidos em epxidos opticamente activos, com um excesso enanteomrico superior

a 90%, por oxidao com t-BuOOH, na presena de tetraisopropxido de titneo,

Ti(OiPr)4, e de um ligando quiral dietil tartrato, L-(+)-DET e D-(-)-DET. Como a

oxidao estereoespecfica nas condies referidas, qualquer um dos enantemeros do

produto pode ser preparado, dependendo da forma enanteomrica do ligando utilizado3.

*Barry Sharpless foi premiado com o Prmio Nobel da Qumica em 2001, prmio este repartido com

Willian S. Kowles e Ryoji Noyori pelos seus avanos e desenvolvimentos de processos catalticos para aplicao em

estratgias de sntese assimtrica. As descobertas destes trs qumicos tiveram um grande impacto, tanto ao nvel da

investigao cientfica como na aplicao das novas metodologias na indstria farmacutica, pois possibilitaram o

desenvolvimento de frmacos e outras substncias biologicamente activas com pureza enanteomrica.

Introduo

2

OH

t-BuOOH

Ti(Oi-Pr)4

OH

O

CO2Et

EtO2C

OH

OHL-(+)-DET

85% rendimento94% ee

L-(+)-dietil tartrato

Esquema 1

Os lcoois allicos entram na constituio de muitos leos essenciais, que

ocupam um lugar preponderante nas indstrias farmacuticas, agro-alimentares e de

cosmticos. So largamente utilizados para conferir aromas especiais em inmeros

produtos, tais como perfumes, cosmticos, sabonetes, condimentos, entre outros. O leo

essencial da espcie Aniba duckei kostermans caracterizado pelo forte odor, sendo

normalmente utilizado por populaes locais da Amaznia no tratamento de doenas

reumticas. Na indstria cosmtica utilizado principalmente, na produo de

perfumes, tendo como principal constituinte o linalol, um monoterpeno alcolico

tercirio de cadeia aberta4 (Figura 1). Outro leo essencial que entra na constituio das

fragrncias caractersticas dos perfumes o nerol (Figura 1), constituinte do leo de

rosas5 a que iremos dar particular nfase neste trabalho.

OH

CH2OH

L inalol Nerol

Figura 1. Estrutura do linalol e do nerol

Introduo

3

A nvel farmacolgico, vrios so os frmacos que possuem na sua constituio

a funo lcool allico e que despertam interesse devido s suas propriedades

fisiolgicas. Dois exemplos importantes so a Pravastina e o Calcipotriol, princpios

activos nas formulaes comercializadas sob a designao de Pravacholfi e Dovonexfi ,

respectivamente (Figura 2).

Pravastina Calcipotriol

Figura 2. Exemplos de frmacos que incluem na sua constituio a funo

lcool allico.

A Pravastina (Pravacholfi ) um inibidor da HMG-CoA redutase, enzima que

catalisa o passo determinante na sntese de colesterol no fgado, sendo deste modo

administrada para diminuir os nveis de colesterol no sangue em pacientes com ou em

risco de ter doenas cardiovasculares. O Calcipotriol (Dovonexfi), um anlogo da

vitamina D, foi aprovado como tratamento tpico da psorase em 1994 6.

A abundncia dos lcoois allicos na natureza, o seu vasto leque de aplicaes

industriais, a sua versatilidade em qumica orgnica sinttica e o interesse que suscitam

no meio acadmico no que respeita sua estrutura e reactividade, so as razes que

motivam a investigao levada a cabo no grupo de sntese e reactividade orgnica do

Introduo

4

Departamento de Qumica e Bioqumica da Faculdade de Cincias e Tecnologia da

Universidade do Algarve, em que me encontro inserida.

No mbito do meu projecto de mestrado, realizei trabalho experimental com o

intuito de elucidar aspectos mecansticos da isomerizao trmica de teres allicos de

tetrazol e de benzisotiazol derivados do lcool natural nerol. Numa segunda fase do

trabalho, foi efectuada a sntese de uma srie de teres de benzisotiazol devidamente

caracterizados e investigada a fotoqumica destes em soluo e em suportes slidos.

1.1- Importncia dos derivados tetrazollicos

Os sistemas tetrazollicos tm despertado particular interesse devido s suas

inmeras aplicaes prticas, como por exemplo em medicina. A maioria destas

aplicaes est relacionada com as propriedades cido/base do anel heterocclico

-CN4H, que apresenta uma acidez semelhante do grupo cido carboxlico COOH,

sendo quase isostrico com este, mas metabolicamente mais estvel a pH fisiolgico.

Este facto est na base da substituio do grupo COOH pelo grupo CN4H em

molculas biologicamente activas com aplicaes em reas de investigao de interesse

relevante7. Um exemplo o farmacforo Losartan (1), que possui na sua constituio

um grupo tetrazollico substituto do grupo carboxlico do Exp7711 (2). Estes frmacos

pertencentem classe dos antagonistas dos receptores da angiotensina II, sendo

indicados no tratamento da hipertenso arterial7,8.

Introduo

5

N

N

Cl

OH

NN

NNH

N

N

Cl

OH

O

OH

(1) (2)

Figura 3. Representao dos farmacforos acdicos do Losartan e do Exp7711.

A substituio bioisostrica da funo carboxilo pela tetrazolilo, estende-se

sntese de novos frmacos no combate malria, como o caso do cido 6-[2-(3-metil)-

1,4-naftoquinolil]hexanico (3, Figura 4), que um potencial inibidor da enzima GR

(Glutationa redutase) do Plasmodium Falciparum. Esta permuta de grupos funcionais

permitiu aumentar a biodisponibilidade do frmaco mantendo uma acidez semelhante

mas melhorando as suas propriedades antimalricas9.

O

O

COOH

O

O

N

N

NHN

nn

(4) (3)

Figura 4. Exemplo de substituio da funo carboxlo pelo grupo tetrazolilo na

sntese de frmacos com actividade antimalrica.

Na continuao de diversos estudos anteriormente efectuados na sntese de

antimalricos por parte de elementos do nosso grupo de trabalho, e tendo por base o

conhecimento das caractersticas fsico-qumicas do anel de tetrazol, encontra-se neste

Introduo

6

momento a decorrer uma investigao que tem como principal objectivo, a substituio

de outros grupos acdicos em molculas com actividade antimalrica por grupos

tetrazollicos. De entre os substratos que se pretende modificar encontram-se as

fluorometilcetonas (5, Figura 5) e as vinil sulfonas peptdicas (6, Figura 5), que so

potentes inibidores da enzima falcipain-2, uma enzima do Plasmodium pertencente

classe das proteases cistenicas e que assume um papel fundamental para a

sobrevivncia do parasita, uma vez que actua numa estapa crucial da degradao da

hemoglobina. As fluorometilcetonas e as vinilsulfonas 8 e 9 conduziram a excelentes

resultados in vivo contra o parasita da malria10,11.

ON N

H

HN F

O

O

O NN N

H

HN S

O

O

O

O

R

R=PhR=Naftil

(5) (6)

Figura 5. Inibidores da enzima Falcipain-2.

Alm das utilizaes referidas, os tetrazis so ainda usados em frmacos para o

tratamento do cancro12, mostraram actividade contra o vrus HIV13, actividade

analgsica14 e antituberculosa15. A relevncia econmica dos derivados de tetrazol

estende-se a outras reas tais como a agricultura, onde so utilizados com herbicidas e

fungicidas16, em sistemas fotolitogrficos17 e como agentes geradores de gs em

airbags18.

Introduo

7

1.2- Importncia dos derivados de benzisotiazol

A sacarina (1,2-benzisotiazol-3-ona 1,1-dixido) o adoante artificial mais

antigo e tem sido frequentemente utilizada como um componente chave em muitos

compostos biologicamente activos. um composto relativamente barato, sendo muito

verstil como material de partida para a sntese de diversos derivados heterocclicos19.

As caractersticas do anel benzisotiazollico tm despertado particular interesse

em diferentes reas, nomeadamente na medicina, onde se conhece a sua actividade

como antiagregante plaquetrio (activo no tratamento e preveno de tromboses) 20,

antagonista do Ca2+ (activo no tratamento da hipertenso) 21 e ainda actividade

antifngica, antibacteriana22, antipsictica23 e anti-inflamatria24,25.

H ainda a referncia da utilizao destes compostos na agricultura, no combate

a pragas26, como iremos mencionar mais frente na introduo.

1.3- Sntese e aplicaes de teres de tetrazol e benzisotiazol

Nos ltimos anos tm-se desenvolvido metodologias para a modificao qumica

de lcoois allicos27, de lcoois benzlicos28 e arlicos29, atravs da sua converso em

teres de tetrazol e de benzisotiazol, recorrendo ao cloreto de pseudo-sacarina e ao

cloreto de tetrazol como agentes derivatizantes (Figura 6).

Introduo

8

SO2

N

O R

(7)

N

N N

N

OR

(8)

Figura 6. (7)-ter de pseudo-sacarina; (8)-ter de tetrazol.

A converso dos lcoois nos correspondentes teres conduz ao enfraquecimento

da ligao R-OH (Figura 7), tornando esta quimicamente mais susceptvel em reaces

de clivagem redutiva, tais como a hidrogenlise na presena de um dador de hidrognio

catalisada por paldio sobre carvo activado28,29 ou em reaces de cross-coupling

com reagentes organometlicos29,30.

Neste tipo de reaces de ipso-substituio, o grupo heteroaromtico do agente

derivatizante juntamente com o oxignio proveniente do lcool (O-R), constituem

excelentes grupos abandonantes (nuclefugos). A forte electronegatividade dos anis

heteroaromticos de tetrazol e de benzisotiazol, desvia a densidade electrnica da

ligao inicial R-OH para a nova ligao RO-R, sendo solveis em gua e facilmente

separados dos produtos desejados por extraco.

R-OH + R-Cl R-O-R

Em que R = alil, benzil, aril e R =

N

N N

N

Ph

; SO2

N

.

Figura 7. Representao esquemtica da converso de lcoois a teres de

tetrazol e de benzisotiazol.

Introduo

9

No caso especfico dos teres allicos de tetrazol, a clivagem redutiva da ligao

C-O pode ser efectuada selectivamente em condies experimentais controladas,

originando os correspondentes alquenos31. Nestes teres alil vinlicos, a hidrogenlise

cataltica compete com a migrao do grupo allico de O- para N- que origina as

correspondentes N-aliltetrazolonas (Figura 8).

NN

N N

O

RAr

Processo trmico

NN

N N

O

ArR

NN

N NH

O

Ar

R

No ocorrehidrogenlise

HidrogenlisePd / dador de hidrognio

Figura 8: Hidrogenlise de teres allicos de tetrazol e migrao competitiva do

grupo allico de O- para N-, dando origem s correspondentes N- aliltetrazolonas.

Os compostos N-allicos rearranjados so estveis nas condies de

hidrogenlise que conduz rpida clivagem dos seus ismeros O-allicos. Tal como em

rearranjos de Cope e Claisen, que se sabe serem catalisados por metais de transio, foi

demonstrado que o rearranjo dos teres aliltetrazollicos cerca de 3 vezes mais rpido

na presena de paldio, do que na sua ausncia. O interesse no estudo mecanstico do

rearranjo trmico destes compostos, foi motivado pela sua potencial importncia para a

sntese de novas ureias, com aplicaes como herbicidas e em qumica teraputica32.

Introduo

10

A estrutura dos teres no estado fundamental pode estar directamente

correlacionado com a sua reactividade e muitas vezes utilizada para prever e

interpretar o decorrer da reaco. O efeito da parte heterocclica no enfraquecimento da

ligao C-O do lcool original, nos teres allicos27, benzlicos28 e arlicos29, tem sido

aferido atravs da anlise estrutural obtida por cristalografia de raio-X27,28,33.

1.4.- Isomerizaes trmicas em derivados allicos dos heteroaromticos de

benzisotiazol e de tetrazol

Foi demonstrado que a isomerizao trmica de 5-aliloxi-1-ariltetrazois ocorre

exclusivamente atravs de um processo [3,3]-sigmatrpico e de forma intra-molecular34

(Figura 9).

N

N N

N

O

RN

N N

N

O

R

Figura 9: Isomerizao trmica [3,3]-sigmatrpica de teres allicos de tetrazol

Com base em estudos cinticos foi possvel determinar os parmetros

termodinmicos de activao H#, S#, G#, para esta reaco de isomerizao. Os

resultados sugerem que o mecanismo da reaco, envolve a formao de um estado de

transio concertado, semelhante ao proposto para as isomerizaes de Claisen, com

uma carga parcial negativa localizada no sistema heteroaromtico e uma carga parcial

Introduo

11

positiva no grupo allico, que migra do tomo de oxignio para o tomo de nitrognio

(9). A formao de um estado de transio concertado justifica os valores negativos

obtidos para a entropia de activao na isomerizao trmica de uma srie de teres

allicos de tetrazol.32

N N

NN

O

R

(9)

O estudo mecanstico da isomerizao trmica de derivados de benzisotiazol

revelou que, ao contrrio dos seus homlogos de tetrazol, originam os produtos das

migraes [3,3]- e [1,3]-sigmatrpicos (Figura 10).

SO2

N

O

R

SO2

N

O

(10)

(11)

R

SO2

N

O

R

SO2

N

O

R

Figura 10. Compostos obtidos por isomerizao trmica de 3-

aliloxibenzisotiazois: rearranjos [3,3]-sigmatrpico (10) e [1,3]-sigmatrpico (11).

Introduo

12

Verificou-se experimentalmente que a proporo dos produtos resultantes dos

processos [3,3]- e [1,3]-sigmatrpico depende da temperatura, do tempo de reaco e

da polaridade relativa do meio reaccional. Estendendo o tempo de aquecimento destes

teres, verificou-se uma reduo gradual da percentagem do ismero resultante do

processo [3,3]-sigmatrpico e um aumento do ismero proveniente do processo [1,3]-

sigmatrpico, sendo este ltimo termodinamicamente mais estvel, por outras palavras,

resulta de um controlo termoqumico. Em termos mecansticos podemos assumir a

possibilidade de dois processos pericclicos concorrentes, em que s o processo [3,3]-

sigmatrpico permitido pelas regras de Woodward-Hoffmann, sendo o processo

[1,3]-sigmatrpico proibido. No entanto, possvel que este processo proibido ocorra

atravs de um mecanismo pseudopericclico, similar ao proposto para o rearranjo

observado em steres allicos35. No est excluda a possibilidade de o processo ocorrer

atravs de um mecanismo de fragmentao-recombinao, uma vez que h dados

experimentais que indicam que o rearranjo [1,3]-sigmatrpico ocorre mais rapidamente

em meios mais polares36. Um mecanismo de fragmentao-recombinao envolve uma

separao de cargas, pelo que em solventes polares estas so estabilizadas de forma

mais eficiente.

Como j referido anteriormente, um dos objectivos principais do projecto, a

elucidao macanstica da isomerizao trmica destes teres allicos recorrendo a uma

pequena alterao no sistema em estudo ou seja, sero investigados os efeitos estruturais

sintetizando teres de sacarina e de tetrazol em que o lcool a derivatizar possua uma

segunda ligao dupla na sua estrutura, tendo sido utilizado o nerol. A derivatizao e

subsequente estudo da isomerizao deste lcool suscita particular interesse do ponto de

vista sinttico e mecanstico, uma vez que os teres resultantes possuem na sua

estrutura, para alm do sistema alilvinlico do tipo Claisen comum a todos os

Introduo

13

compostos estudados anteriormente, um sistema de Cope igualmente passvel de sofrer

isomerizao trmica.

Existem na literatura referncias a rearranjos trmicos em sistemas alilvinlicos

heteroaromticos. Um exemplo o rearranjo de Claisen observado em 4-

aliloxipirimidinas substtuidas na posio 2 (12), originando como produto 4-hidroxi-5-

alilpirimidinas37 (13, Figura 11). Contudo o rendimento para esta reaco no

ultrapassou os 28%, facto justificado pela presena de um processo competitivo, em que

h a migrao do grupo alilo para o azoto do anel localizado nas posio orto

relativamente ao grupo aliloxi, formando a correspondente 3-alil-4-pirimidona (14). Em

trabalhos de investigao mais detalhados, determinou-se que o rearranjo ocorre com

inverso do sistema allico e de forma intramolecular38.

N

N

O

R

N

N

OH

R

N

N

O

R

12 13 14

Figura 11. Rearranjo trmico em 4-aliloxiprimidinas.

Outras migraes de O- para N- em teres alqulicos e arlicos de pseudo-

sacarina, originando os respectivos ismeros N-alqulicos e N-arlicos, esto descritas

em vrios trabalhos. Estas isomerizaes do tipo [1,3] denominam-se por rearranjos de

Mumm-Chapmann, no sendo concertados39.

Introduo

14

1.5.-Rearranjo de Claisen e de Cope

O rearranjo de Claisen foi descoberto em 1912. O mecanismo para este tipo de

isomerizaes foi proposto nos anos 60, tal como o relativo ao rearranjo de Cope que

ocorre por um processo mecanstico similar. Ambos so processos [3,3]-sigmatrpicos40

que consistem na migrao, de forma intramolecular, de uma ligao , adjacente a um

ou mais sistemas , para uma nova posio na molcula, havendo a reorganizao do

sistema durante esse processo.

O exemplo mais geral do rearranjo de Claisen consiste na converso de teres

alil vinlicos nos correspondentes derivados carbonlicos (Figura 12).

O O

O

Figura 12. Mecanismo proposto para o rearranjo de Claisen em teres alil

vinlicos envolvendo um estado de transio com conformao em cadeira.

Devido ao produto da reaco ser um composto carbonlico, o equilbrio

favorvel no sentido de formao do produto40.

Outro exemplo o rearranjo trmico de teres alil fenlicos nos correspondentes orto-

alil fenis (Figura 13). A isomerizao de Claisen o passo determinante da reaco,

seguindo-se a enolisao da cetona para restaurar a aromaticidade41.

Introduo

15

O

OH

200oC

ter alil arilco

o-alil fenol

Rearranjo de Claisen

O

O

H

Tautomerizao

Figura 13. Rearranjo de Claisen em teres alil arlicos.

No caso do rearranjo de Cope, o exemplo mais simples envolve a migrao de

uma ligao no 1,5-hexadieno40 (Figura 14).

Figura 14. Mecanismo proposto para o rearranjo de Cope no 1,5-hexadieno,

envolvendo um estado de transio com conformao em cadeira.

Introduo

16

Ambos os rearranjos (Cope e Claisen) ocorrem atravs de um estado de

transio com uma estrutura electrnica deslocalizada por seis tomos, com uma

conformao preferencialmente em cadeira42,43.

Estes dois tipos de processos [3,3]-sigmatrpicos tornaram-se uma das

ferramentas fundamentais em sntese orgnica para a formao de ligaes carbono-

carbono44, tendo a vantagem de serem reaces relativamente fceis de executar e com

elevado grau de estereoselectividade e de reorganizao de grupos funcionais. De entre

as suas inmeras aplicaes podemos referir a sntese de produtos naturais importantes,

como por exemplo os terpenides, utilizados como aromatizantes e em fragrncias tanto

escala laboratorial como escala industrial45. Uma das primeiras publicaes nesta

rea refere-se sntese do 2-metil-2-hepteno-6-ona (15), um dos intermedirios para a

produo de numerosos compostos aromatizantes do grupo dos terpenides como o

caso do citral, linalol, geraniol entre outros. Este precursor obtido atravs de um

rearranjo de Claisen 45(Figura 15).

H

O

O

H3COOH

O

Rearranjo de Claisen

(15)

Figura 15. Estratgias de sntese da 2-metil-2-hepteno-6-ona (15), envolvendo

um rearranjo de Claisen.

Introduo

17

Outro exemplo uma das estratgias sintticas descritas para o - sinesal, um

importante componente sensorial proveniente do leo de laranjeira, que engloba nos

passos de sntese um sistema de rearranjos Claisen-Cope45 (Figura 16).

O (Rearranjo de Claisen)

O

O (Rearranjo de Cope)O

- sinesal

Figura 16: Estratgia sinttica do composto - sinesal.

A maioria destes rearranjos ocorre a temperaturas elevadas (100-350oC), embora

se conheam exemplos de processos catalticos facilitadores deste tipo de reaces46,47.

Introduo

18

1.6.- Fotoqumica de 1,2-benzisotiazois e 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos

A fotoqumica de compostos heteroaromticos de cinco membros tem sido

extensamente estudada. A maior rea de actividade neste campo tem sido o estudo da

fotoisomerizao do ncleo heterocclico, como o caso da isomerizao do imidazol a

benzimidazol48, do pirrole a imidazol48, de 2-ariltiofenos a 3-ariltiofenos49, de isoxazois

a oxazois50, de 2,5-di-t-butilfurano a 2,4-di-t-butilfurano51 e de isotiazol-3(2H)-onas

substitudos na posio 2 a tiazois-2(3H)-onas substitudos na posio 352.

Os derivados de isotiazois benzo fundidos, nomeadamente os 1,2-benzisotiazois,

tm merecido particular ateno nestes ltimos anos, essencialmente devido s suas

propriedades anti bacterianas e anti fngicas53. De entre alguns exemplos podemos

referir a investigao da fotoisomerizao de vrias benzisotiazol-3(2H)-onas a dibenzo

[b,f][1,4]tiazepin-10(11H)-onas, provavelmente via clivagem homoltica da ligao S-N

e ciclizao da espcie biradicalar, seguida da formao de um anel aromtico

concomitantemente com a transferncia de hidrognio54 (Figura 17).

Introduo

19

S

N

O

X

S

N

O

X

S

N

O

X

X = OMe Me H Cl CN

O

S

N

X

H

transferncia

1,7-hidrognio

O

S

NH

X

Figura 17. Mecanismo proposto para a fotoisomerizao de benzisotiazol-

3(2H)-onas substitudas.

A fotoqumica de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos, tambm foi alvo de alguns

estudos. Em trabalhos de investigao recentes55, demonstrou-se que quando uma srie

de sultamas N-substitudas so sujeitas a fotlise a 254 nm em acetonitrilo ou metanol,

h em muitos casos a formao de um nico fotoproduto, tendo-se identificado este

como sendo a correspondente 1,3-2H-benzotiazina-1,1-dixido (Figura 18). O

mecanismo proposto para esta isomerizao fotoinduzida est representado no esquema

1855.

Introduo

20

SO2

HN

R1 R1

CHR2

SO2

R1 R1

NH

SO

R1 R1

NOCH2Ph

SO2

N

R1 R1

CH2R2

R2

SO2

N

R1 R1

CH2R2

SO2

R1 R1

NCH2Ph

[1,2]H

R1=CH3, R2=Ph

(16)(17) (18)

(21) (19)(20)

R1 R2

CH3 Ph CH3 CO2CH3 CH3 CN CH3 COCH3 Ph Ph

Figura 18. Mecanismo proposto para a fotoisomerizao de N-benzil-1,2-

benzisotiazol-1,1-dixidos 3,3-disubstitudos.

A molcula fotoexcitada (16) sofre uma clivagem homoltica da ligao S-N

dando origem espcie biradicalar (17), que por sua vez se transforma na espcie

biradicalar (18) atravs de uma transferncia de hidrognio do carbono para o

nitrognio. Seguidamente ocorre a ciclizao levando formao do produto final

resultante do fotoexpanso anelar (19). De notar que a espcie (18) beneficia de

estabilizao benzlica quando R2=Ph ou pelo efeito electroatractor dos substituintes

quando R2=CO2Me, CN, COMe, sendo esta a fora impulsionadora da sua formao.

Introduo

21

A sultama em que os grupos substituintes so R1=CH3 e R2=Ph leva formao,

para alm do produto comum a todas as outras sultamas, do fotoproduto (20), resultante

da transferncia de oxignio do enxofre para o nitrognio. No entanto, quando uma

amostra pura do composto (20), foi deixada durante cerca de duas semanas

temperatura ambiente, verificou-se a sua converso integral no composto de partida

(16)55.

Recentemente foram efectuados no nosso grupo de trabalho, estudos de

fotoreactividade de uma srie de 4-alil-tetrazolonas (22) em soluo, tendo-se utilizado

como solventes metanol, 1-propanol, 1-hexanol, acetonitrilo e ciclohexano. Identificou-

se a eliminao de nitrognio como sendo o processo fotoqumico primrio, levando

formao de pirimidinonas (23). Aps esta fotoclivagem primria, seguiram-se reaces

secundrias, em acetonitrilo e ciclohexano, levando formao de fenilisocianato (24) e

anilina (25). A formao de fenilisocianato e anilina atravs da fotoclivagem das

pirimidonas (23), concomitante com a formao de outros produtos secundrios,

nomeadamente 1-(amino)propeno (26a) e 1-propenil-isocianato (27a), 2-amino-2-

buteno (26b) e 1-metilprop-1-enil-isocianato (27b) e 2-amino-2-fenil-1-eteno (26c) e 1-

fenilprop-1-enil-isocianato (27c), respectivamente. No entanto, em solues alcolicas,

os produtos primrios permanecem fotoestveis mesmo aps extensos perodos de

irradiao, o que tornou possvel o isolamento de 3,4-dihidro-pirimidinonas com bons

rendimentos56. Esta estratgia constitui uma nova e eficiente rota sinttica para esta

importante classe de compostos.

Introduo

22

Ph N C OPh-NH2

RN

C

O

N

NN

N

O

R

H2N R

NN

O

R

N NH

O

R

N

NN

N

O

R

a: R=Hb: R= CH3c: R=Ph

Soluo alcolica

Soluo no alcolica

(22)

(23)

(25)(24)

(26)

(27)

Figura 19. Fotlise de 4-alil-tetrazolonas em soluo.

O enorme interesse dos resultados obtidos no estudo da fotoqumica de 4-

aliltetrazolonas, do ponto de vista sinttico e acadmico, esteve na base da investigao

da fotoqumica de derivados allicos de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixido. H tambm a

considerar o elevado interesse econmico e ambiental do estudo proposto, uma vez que

se conhecem as aplicaes de derivados de benzisotiazol, nomeadamente o 3-aliloxi-

1,2-benzisotiazole-1,1-xido (Probenazol, figura 20), no controlo de pragas nas

plantaes de arroz no Japo, China e Coreia do Sul, desde 197526.

Introduo

23

N

O2S

O

Figura 20. Estrutura do Probenazol.

A aplicao destes compostos na agricultura, fomenta a realizao de estudos

laboratoriais, na medida em que estes permitem identificar produtos e elucidar

mecanismos de fodegradao. Contudo, importa salientar que estes estudos servem

apenas como previso do comportamento destes compostos, uma vez que impossvel

recriar em laboratrio todas as variveis inerentes sua fodegradao quando expostos

ao meio ambiente57.

No mbito deste projecto sero efectuados estudos em soluo e em suportes

slidos. Deste modo, iremos fazer algumas consideraes relevantes sobre a natureza e

caractersticas dos suportes utilizados, bem como dos princpios bsicos dos processos

fotoqumicos.

Estudos efectuados demonstraram que o Probenazol absorvido pela raiz e transportado para toda a planta, activando

o seu sistema de defesa. Este um modo pouco usual de aco para um qumico utilizado no controlo de pragas no

sector agrcola. Atravs da activao do sistema de defesa da planta, o Probenazol altera o equilbrio da relao planta

- parasita no sentido do favorecimento da planta26.

Introduo

24

1.7.- Suportes slidos

A utilizao de sistemas heterogneos, tais como micelas, suportes slidos,

polmeros e membranas, no controlo de reaces fotoqumicas, tem suscitado particular

interesse, devido s importantes aplicaes industriais destas reaces, como por

exemplo na converso e armazenamento de energia solar, na xerografia, na fotografia,

entre outras. Durante as ltimas duas dcadas, tem-se observado um incremento

bastante notrio no emprego de tcnicas fotoqumicas no estudo do comportamento de

uma variedade de sistemas superfcie-adsorbato. A investigao da fotoqumica e

fotofsica de molculas adsorvidas em suportes slidos tem o potencial de nos fornecer

vrios tipos de informao. possvel por exemplo, obter informao acerca das

propriedades da superfcie e dos stios de adsoro, bem como das alteraes na

reactividade provocadas pelas restries na mobilidade rotacional e difusional da

espcie adsorvida.

Os suportes slidos podem ser classificados em duas categorias:

- Superfcies no reactivas tais como a slica e a alumina, que proporcionam um

ambiente mais ordenado e consequentemente um controlo mais eficiente dos processos

fotoqumicos, comparativamente com o que ocorre em solues homogneas. Estes

suportes desempenham a funo de assistir a transferncia electrnica entre duas

molculas adsorvidas (Figura 21a).

- Superfcies reactivas tal como o TiO2, que participam nas reaces

fotoqumicas absorvendo fotes incidentes e transferindo carga para uma molcula

adsorvida, ou por quenching do estado excitado da mesma (Figura 21b).

Introduo

25

A superfcie, bem como as propriedades intrnsecas dos materiais de suporte,

desempenham um papel importante, influenciando o curso das reaces fotoqumicas58.

suporteslido

B

e

a)

suporteslido

B

AA *

suporteslido

B

A*

e

suporteslido e

B

A

e

suporteslido

B

A

b)

Figura 21. Funo dos materiais de suporte na promoo dos processos

fotoqumicos. A* representa a espcie adsorvida excitada por irradiao, A+ representa a

espcie adsorvida oxidada, B representa uma espcie adsorvida neutra, B- representa

uma espcie adsorvida reduzida.

Neste trabalho, para alm de estudos fotoqumicos de teres

alilbenzisotiazollicos em soluo, realizaram-se estudos utilizando como suporte slido

a slica e a celulose, ambos suportes inertes. Sabendo que, como anteriormente se

mencionou, os compostos estudados tm aplicaes na agricultura, a escolha destes dois

suportes slidos inteiramente justificada, visto que a slica o principal constituinte do

solo e a celulose das paredes celulares das plantas superiores. As caractersticas destes

suportes sero seguidamente apresentadas.

Introduo

26

1.7.1- Slica

A slica porosa uma forma amorfa e granular da slica sinttica, tendo uma

estrutura esponjosa da qual resultam grandes reas de superfcie (20-750 m2g-1), que

motivam em grande parte a sua utilizao como adsorvente. A superfcie da slica

formada por uma rede de grupos silanol (Si-OH) e siloxano (Si-O-Si) que adsorvem

fisicamente a gua. As funes silanol podem ser isoladas, geminais ou vicinais (ligadas

por pontes de hidrognio gua ou umas s outras), como se encontra ilustrado na

figura 22.

Si

OO

O

OH

Si

OO

O

Si

OO

Si

OH

OO

A B A

Si

OHHO

O O

C

Si

OO

O

OH

Si

O

OO

H

D

Si

OO

O

OH

O

H

HO

Si

H

OO

O

E

Figura 22. Representao esquemtica da superfcie da slica: (A) silanis

isolados; (B) ligaes siloxano; (C) silanis geminais; (D) silanis vicinais ligados por

pontes de hidrognio; (E) gua ligada superfcie por pontes de hidrognio.

A gua fisicamente adsorvida pode ser removida submetendo a slica a

temperaturas moderadas, enquanto que a remoo da gua quimicamente adsorvida

requer temperaturas mais elevadasA, que podem promover a condensao dos grupos

Introduo

27

SiOH adjacentes para formar ligaes siloxanoB, produzindo deste modo uma superfcie

relativamente mais hidrofbica59.

A adsoro da maioria das molculas polares e de hidrocarbonetos aromticos,

envolve a interaco com os grupos hidroxilo da superfcie60,61,62,63 tendo-se proposto

que quanto menores os poros da slica, maior a percentagem de silanis activos

relativamente ao nmero total de silanis por unidade da rea superficial64.

Introduo

28

1.7.2.- Celulose

A celulose o componente fibrilar presente nas paredes celulares de todas as

plantas superiores. Este polmero essencialmente um politer constitudo por uma

cadeia linear de unidades de D-glucose unidas por ligaes (1 4). Cada unidade

glicosdica apresenta uma rotao de 180o relativamente as unidades que lhe so

contguas, sendo estabilizada por pontes de hidrognio, que impom restries rotao

das ligaes O-glicosdicas65 (Figura 23).

Figura 23. Estrutura da celulose com ligaes (1 4) entre unidades de D- glucose.

Estudos de raio-X da celulose nativa ou fibrosa revelaram que este meio actua

como um sistema de duas fases, consistindo numa regio amorfa, menos ordenada e

menos compacta, localizada na sua grande maioria na superfcie das fibras elementares,

e numa regio ordenada (cristalina), onde a celulose apresenta um padro cristalino bem

definido. Neste ltimo caso, as cadeias de celulose encontram-se alinhadas

paralelamente e proximamente empacotadas, permitindo a formao de fortes ligaes

de hidrognio intermoleculares entre cadeias de celulose adjacentes66.

Este polmero natural tem recebido particular ateno nos ltimos anos por parte

dos fotoqumicos uma vez que permite obter fosforescncia temperatura ambiente

Introduo

29

(RTP- Room Temperature Phosphorescence) a partir de uma grande variedade de

espcies, que no a apresentam em estudos efectuados em soluo. As espcies

adsorvidas so imobilizadas na matriz rgida de celulose atravs de interaces por

pontes de hidrognio entre os grupos hidroxilo da cadeia polimrica e da molcula

enclausurada, reduzindo o movimento da molcula67,68 e aumentando o tempo de vida e

o rendimento quntico de emisso do adsorvato69.

O facto de a mobilidade das espcies adsorvidas ser bastante reduzida neste

meio, leva a que estas se encontrem protegidas de quenching por parte do oxignio

molecular, desde que a celulose se encontre bem seca. A presena de pequenas

quantidades de gua afecta fortemente o comportamento do estado excitado da molcula

adsorvida, como o caso do pireno e da N,N,N,N- tetrametilbenzidina, tendo-se

verificado a difuso destas espcies excitadas e de O2 em amostras molhadas67.

A celulose microcristalina (celulose utilizada nos estudos fotoqumicos

efectuados neste trabalho), resulta da hidrlise da celulose purificada aps tratamento

com HCl 2,5N durante 15 minutos a 105o, sendo uma forma muito pura da celulose,

com alto grau de cristalinidade. Os grupos hidroxilo da celulose tm uma forte afinidade

por solventes polares e pelos solutos neles solubilizados. A gua um exemplo de um

bom solvente para o inchamento da celulose, embora tal tambm acontea com outros

solventes polares hidroxlicos, tais como o metanol, etanol, n-propanol e outros. A

interaco entre as cadeias celulsicas na celulose microcristalina feita atravs de

ligaes de hidrognio entre os grupos glicopiranosdicos. O processo de inchamento

quando a celulose colocada em contacto com solventes polares hidroxlicos resulta da

substituio destas ligaes de hidrognio por outras, envolvendo os grupos

glicopiranosdicos e os grupos hidroxlicos do solvente. A remoo do solvente resulta

no aprisionamento do composto orgnico entre as cadeias celulsicas e este passa ento

Introduo

30

a sofrer as restries estreas observadas nestes sistemas. Em presena de solventes no

polares, a celulose microcristalina no tem a propriedade de sofrer inchamento e logo

qualquer composto orgnico solvel neste solvente apenas se ir depositar na superfcie

da celulose aps remoo do solvente70.

Para alm da fotoqumica, conhecem-se a aplicaes de fibras de celulose

altamente puras no reforo de compsitos polimricos que apresentam condutividade

elctrica. De facto, as fibras sintticas (fibras de vidro e fibras de carbono, etc) tendem

cada vez mais a serem substitudas por fibras naturais, visto apresentarem inmeras

vantagens de entre as quais podemos mencionar a baixa densidade, biodegradabilidade,

elevada dureza e baixo custo. Como desvantagens pode-se referir a baixa estabilidade

trmica e a elevada capacidade para absorver gua. Actualmente, a utilizao deste tipo

de materiais tem aumentado substancialmente na indstria automvel71.

Introduo

31

1.8.- Princpios bsicos de fotoqumica

A maioria das reaces orgnicas estudadas ocorrem entre molculas que se

encontram no seu estado electrnico fundamental. Porem, nas reaces fotoqumicas, a

molcula reactiva previamente promovida por absoro de luz, para um estado

electronicamente excitado. O processo de promoo de electres do estado fundamental

para o estado excitado, bem como os mecanismos de excitao das molculas, encontra-

se sumariamente descrito em seguida.

Os electres podem-se movimentar do nvel energtico correspondente ao estado

fundamental para um nvel de energia superior, ou seja, para uma orbital de mais alta

energia no ocupada, se for fornecida energia ao sistema. Num processo fotoqumico,

essa energia transferida sob a forma de luz. Uma vez que os nveis de energia se

encontram quantizados, a quantidade de energia requerida para excitar um electro de

uma determinada molcula de um nvel menos energtico para um mais energtico

uma quantidade fixa, dada pela equao

E = h

onde h a constante de Planck, a frequncia da luz ( = c / ), sendo c a velocidade

da luz e o comprimento de onda da radiao incidente. O valor de E corresponde

diferena de energia entre os dois nveis energticos envolvidos na transio.

No espectro electromagntico, a energia das transies electrnicas corresponde

a luz na regio do visvel, U.V. e U.V. longnquo, dependendo a frequncia em grande

parte da natureza das duas orbitais envolvidas. O grupo funcional presente numa

molcula responsvel pela absoro denominado cromforo. Exemplos de cromforos

na regio do visvel e do U.V. so C=O, N=N, Ph e NO2. Na regio do U.V. longnquo

Introduo

32

temos C=C, C C, Cl e OH. Certas molculas contm grupos designados de

auxocromos que deslocam e intensificam a banda de absoro produzida por um

cromforo. Se o desvio ocorre para comprimentos de onda superiores designado por

desvio batocrmico, para comprimentos de onda inferiores o desvio hipsocrmico. Por

outro lado, se existir um aumento na intensidade da banda de absoro dizemos que

existe um efeito hipercrmico, se houver uma diminuio na banda de absoro

dizemos que existe um efeito hipocrmico. Exemplos de auxocromos so o Cl, OH, e

NH2 que deslocam as bandas do vsivel e U.V. de cromforos como Ph ou C=O. Visto

que os auxcromos so igualmente cromforos por vezes difcil de decidir qual dos

grupos na molcula o auxocromo e qual o cromforo.

O spin de um nico electro, s, igual a . O vector soma dos momentos spin de

cada electro individual numa molcula, d origem a um spin total S, que

extremamente importante na determinao do estado electrnico da mesma. Assim o

estado electrnico de determinada molcula dado por (2S+1). Para espcies em que

todos os electres esto emparelhados, S=0 e 2S+1=1, o que corresponde a um estado

singuleto. Se dois electres se encontram desemparelhados apresentando spins

paralelos, S=1 e 2S+1=3, estando a espcie num estado tripleto.

Na maioria das molculas orgnicas, todos os electres no estado fundamental

encontram-se emparelhados e com spins antiparalelos, de acordo com o princpio de

Pauli. Quando um dos electres promovido para uma orbital de maior energia, os dois

electres j no partilham a mesma orbital, podendo o electro que transitou ter o

mesmo spin que o seu par ou spin oposto. Uma molcula em que os dois electres

desemparelhados tm o mesmo spin, diz-se no estado tripleto, enquanto que uma

molcula em que todos os electres estejam emparelhados est no estado singuleto.

Assim, e em principio, para todos os estados singuleto excitados existe um estado

Introduo

33

tripleto correspondente. A regra de Hund prev que o estado tripleto possua uma energia

inferior do correspondente estado singuleto72.

Em princpio, a promoo de determinado electro numa molcula, poderia

resultar num estado excitado singuleto ou num estado excitado tripleto, dependendo da

quantidade de energia fornecida. Porm as transies entre nveis energticos so

governadas por regras de seleco, que estipulam que determinadas transies so

proibidas ou bastante improvveis. As transies proibidas so de dois tipos:

Transies proibidas por spin. Transies electrnicas em que o spin do

electro se altera no so permitidas. Uma alterao de spin envolve uma

alterao no momento angular, e esta viola a lei da conservao do momento

angular. Assim, transies singuletotripleto e tripletosinguleto so proibidas

enquanto que, transies tripleto-tripleto e singuleto-singuleto so permitidas.

Transies proibidas por simetria: As transies dependem das propriedades

de simetria das orbitais envolvidas. Transies entre orbitais degeneradas (g) e

entre orbitais no degeneradas (u) ou seja transies g g ou u u so proibidas

por simetria enquanto que transies g u ou u g so permitidas.

Apesar de as regras de seleco determinarem, quais as transies que podem ou

no ocorrer, as transies proibidas so frequentemente observadas, sendo no entanto

muito menos provveis que as transies permitidas, ocorrendo quando h mecanismos

de compensao no sistema.

Quando um electro numa molcula promovido, normalmente ocupa a orbital

vazia de mais baixa energia (LUMO). No entanto a promoo para orbitais de energia

Introduo

34

mais elevada tambm podem ocorrer72. Para a maioria das molculas orgnicas existem

quatro tipos de excitao electrnica73, apresentados esquematicamente na figura 24.

e e

e

e

____ _________ ___________________________

___________________________________________

___________________________________________

_____________________________________________

_____________________________________________

En e

r gia

Figura 24. Transies electrnicas possveis para os electres , e n.

Os quatro tipos de excitao so seguidamente mencionados segundo uma ordem

que normalmente a de diminuio de energia, podendo esta alterar-se na presena de

determinados solventes.

*. Esta transio uma transio permitida (g u), sendo a nica transio

possvel nos alcanos visto no possurem electres e n. Para que ocorra este

tipo de excitao, necessrio luz de intensidade elevada na regio do ultra-

violeta longnquo.

n *. Esta transio parcialmente permitida e ocorre em todos os compostos

que apresentem pares de electres no ligantes, como por exemplo lcoois,

aminas, teres, etc.

*. Esta transio permitida e ocorre em compostos que apresentem na sua

estrutura ligaes duplas, como por exemplo alquenos, alquinos, compostos

carbonlicos, compostos azo, etc.

Orbital antiligante * Orbital antiligante * Orbital no ligante n Orbital ligante Orbital ligante

Introduo

35

n *. Esta transio parcialmente permitida e observada em compostos que

possuem ligaes duplas e electres desemparelhados, como por exemplo

aldedos, cetonas, etc. Estes compostos podem sofrer este tipo de promoo bem

como as trs anteriores.

Dos quatro tipos de transio mencionadas anteriormente, as transies * e

n * so as mais importantes em fotoqumica orgnica, necessitando apenas de luz na

regio do U.V. ou simplesmente de luz visvel. Compostos que apresentem o grupo

C=O, podem sofrer ambas as transies, dando origem a duas bandas no U.V.72.

Quando uma molcula promovida fotoquimicamente para um estado excitado, esta

tende a perder o excesso de energia e passar de novo para o seu estado inicial. Existem

vrias maneiras de as molculas excitadas poderem reagir, ou por outro lado de

perderem o excesso de energia tal como iremos explicar em seguida de um modo

resumido.

No caso das converses intramoleculares (processo de transferncia de energia na

mesma molcula), a maioria das transies electrnicas ocorrem entre nveis

vibracionais de mais baixa energia do estado fundamental, usualmente um estado

singleto S0, para um estado excitado de mais baixa energia, S1. Transies para estados

S2 e outros estados singuleto de mais alta energia tambm ocorrem, mas em meios

lquidos e slidos, a molcula tende a perder o excesso de energia rapidamente passando

para os nveis vibracionais de mais baixa energia do estado S1. Esta energia

(correspondente diferena energtica entre os nveis vibracionais), libertada para o

ambiente em pequenas quantidades e atravs de colises com outras molculas, sob a

forma de calor. Este processo denomina-se de relaxao vibracional (VC).

Introduo

36

Deste modo, na maioria dos casos, o nvel vibracional de mais baixa energia de S1

o nico estado excitado singuleto de relevante importncia. A libertao de energia a

partir deste estado pode ocorrer atravs de vrios processos fsicos, que so descritos em

seguida, estando representados no diagrama de Jablonski (Figura 25).

Figura 25. Diagrama de Jablonski onde se encontram representadas as vrias

transies entre os estados excitados e o estado fundamental. IC= converso interna,

ISC= cruzamento intersistemas, vc= relaxao vibracional, h f= fluorescncia, h p=

fosforescncia.

Introduo

37

A molcula no estado S1 pode aceder a um nvel vibracional de S0 de igual energia e

em seguida, atravs de um processo de relaxao vibracional, descer ao longo dos nveis

vibracionais de S0 e voltar ao estado fundamental (nvel vibracional mais baixo de S0).

Este processo de decaimento de um estado excitado para outro estado com a mesma

multiplicidade (singleto-singleto ou tripleto-tripleto) denomina-se converso interna.

Devido ao facto de este ser um processo muito lento, a maioria das molculas adoptam

outros caminhos para a libertao de energia.

A fotoemisso de energia associada a uma transio do nvel vibracional menos

energtico de S1 para os nveis vibracionais de mais baixa energia de S0 conhecida por

fluorescncia. Este processo no muito comum por ser em geral lento, na ordem dos

10-9 segundos. A maioria das molculas no estado S1 podem sofrer um cruzamento

intersistemas e passar para o estado tripleto T1. Esta transio proibida, no entanto

pode ocorrer devido ao facto de existirem compensaes no sistema. Molculas no

estado T1 podem regressar para o estado S0 por meio de libertao de calor (cruzamento

intersistemas) ou por emisso de luz, processo designado por fosforescncia. Do mesmo

modo que no cruzamento intersistemas, a fosforescncia uma transio proibida

devido alterao do momento angular. Assim ambos so processos lentos, em mdia

entre 10-3 a 101 segundos. Isto significa que os estados T1 geralmente tm tempos de

vida bem mais longos do que os estados S1, tornando mais provvel a ocorrncia de

reaces qumicas. A molcula num estado electronicamente excitado pode ainda

transferir o excesso de energia para outra molcula num processo designado de

fotosensibilizao. A molcula fotoexcitada (D), tambm designada por

fotosensibilizador por ser a molcula dadora de energia, volta ao estado fundamental S0

enquanto que a molcula aceitadora de energia (A), promovida a um nvel de energia

mais elevado.

Introduo

38

D* + A A* + D

A fotosensibilizao um mtodo bastante importante para fomentar reaces

fotoqumicas, quando uma molcula no pode ser excitada para o estado energtico

pretendido por absoro directa de luz.

A maioria das reaces fotoqumicas so reaces unimoleculares e bimoleculares.

Numa reaco unimolecular, uma molcula excitada electronicamente sofre uma

alterao qumica sem interferir com outras molculas. Numa fotoreaco bimolecular,

a molcula que se encontra num estado excitado usualmente reage com uma molcula

no estado fundamental, que pode ser da mesma espcie ou de outras espcies presentes

na mistura reaccional. Reaces entre duas molculas excitadas no so comuns, uma

vez que cada uma das espcies excitadas se encontra presente em concentraes baixas.

As transformaes qumicas mais comuns que uma molcula excitada pode sofrer

so clivagem para formar radicais, decomposio em molculas mais pequenas,

rearranjos intramoleculares, fotoisomerizao, fotodimerizao e abstraco de tomos

de hidrognio. Todos estes processos so primrios, sendo o mais usual a clivagem

homoltica para formar radicais. Estes por sua vez, tendem a sofrer um processo

secundrio uma vez que se encontram em nveis vibracionais mais elevados e logo

possuem excesso de energia72.

Apresentao e discusso dos resultados

39

2. Apresentao e discusso dos resultados

Neste captulo far-se- uma abordagem detalhada sobre as vrias metodologias

sintticas desenvolvidas ao longo do trabalho experimental, fazendo-se uma descrio

pormenorizada de todos os resultados obtidos, bem como a sua interpretao, sempre

que possvel.

O objectivo principal desta tese de mestrado conduziu-nos a dois ramos de

investigao distintos, mas interligados entre si pela natureza dos compostos em estudo,

ou seja, pelos teres allicos derivados dos heterociclos tetrazol e benzisotiazol. Uma

parte da investigao centrou-se na sntese e estudo da reactividade de teres nerollicos

de tetrazol e de benzisotiazol, incidindo na elucidao mecanstica das isomerizaes

trmicas dos mesmos. A segunda parte visou o estudo da fotoqumica de uma srie de

teres allicos de benzisotiazol. A fotoqumica destes compostos foi efectuada em

soluo e em suportes slidos, nomeadamente em slica e em celulose.


40

2.1. Metodologia utilizada na sntese dos teres allicos de 1,2-benzisotiazol-

1,1-dixido e de 5-cloro-1-feniltetrazol

Tal como referido na introduo, os lcoois allicos abundam na natureza, sendo

biologicamente importantes em espcies vegetais da famlia das Cistaceae, numerosas

na Pennsula Ibrica, como por exemplo o Halimium Viscosum74. A sua versatilidade

como reagentes de partida para a produo de outros compostos bioactivos torna-os

bastante teis em sntese orgnica, motivando o interesse que suscitam do ponto de vista

da sua estrutura e reactividade. Foram vrios os estudos efectuados nos ltimos anos,

nomeadamente no que diz respeito modificao qumica destes extractos naturais

envolvendo reaces com derivados heteroaromticos de benzisotiazol e tetrazol. Os

teres preparados revelaram ser intermedirios fundamentais em algumas

transformaes qumicas, de entre as quais destacamos a clivagem redutiva da ligao

C-O do lcool original em condies que envolvem catlise heterognea usando dadores

de hidrognio28 e as isomerizaes trmicas27, a que iremos dar particular nfase neste

trabalho.

Os processos de sntese, e alguns dos processos de transformao de teres

allicos de benzisotiazol e de tetrazol encontram-se descritos na literatura27. As

estratgias sintticas desenvolvidas foram aplicadas ao novo substrato em estudo e sero

descritas de seguida.

Em termos de abordagem sinttica, a preparao de teres allicos de

benzisotiazol envolve inicialmente a sntese de 3-cloro-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido

(cloreto de pseudo-sacarina) a partir da sacarina, atravs de uma reaco de halogenao

com pentacloreto de fsforo (PCl5)75. Nesta reaco a sacarina reage com o PCl5


41

originando POCl3, HCl e cloreto de pseudo-sacarina (Esquema 2). A separao do

produto desejado feita por destilao dos dois produtos laterais, com um rendimento

de 39%. Os cristais obtidos apresentam-se sob a forma de agulhas incolores, sendo

bastante estveis por um perodo de diversos meses, quando mantidos num excicador.

SO2

NH

O

PC l5

SO2

N

Cl

POCl3 HCl180oC

Esquema 2

A preparao dos teres allicos de benzisotiazol envolve a reaco de um lcool

allico com o cloreto de pseudo-sacarina, na presena de uma base de Lewis, neste caso

a trietilamina. Esta metodologia envolve uma substituio nucleoflica em carbono sp2,

para a qual se props o mecanismo descrito no esquema 3 .


42

S

N

Cl

O O

HO R

S

N

O O

O R

Cl NH(CH3CH4)3

S

N

O O

Cl O R

H

S

N

O O

Cl O R

Tolueno N(CH2CH3)3

Esquema 3

De acordo com a proposta mecanstica esquematizada anteriormente, ocorre um

ataque nucleoflico do tomo de oxignio ao carbono sp2 parcialmente electropositivo

( +) do anel de benzisotiazol. Forma-se um intermedirio zwiterinico, carregado

positivamente no oxignio e com uma carga negativa deslocalizada para o grupo SO2.

De seguida, h a remoo de um proto por parte da trietilamina, desencadeando um

movimento concertado de electres pelo anel heteroaromtico que culmina com o

estabelecimento da ligao dupla C=N e a eliminao do Cl- (grupo abandonante). A

formao do precipitado hidrocloreto de trietilamnio no decorrer da reaco, desloca o

processo no sentido da formao do ter desejado.

A estratgia proposta para a converso de lcoois allicos em teres de pseudo-

sacarina pode ser aplicada a lcoois benzlicos28,76, naftlicos77 e fenis29, encontrando-

se na literatura referncia sntese, caracterizao e reactividade destes derivados.

A metodologia sinttica para a obteno de teres allicos de tetrazol envolve

formao de um alcxido, obtido por reaco do respectivo lcool allico com uma base


43

forte, nomeadamente o hidreto de sdio, como se encontra descrito no esquema 4. Neste

tipo de reaces h necessidade de um cuidado redobrado no que diz respeito secagem

do solvente, visto a base ser bastante reactiva com a gua. Conhece-se ainda a utilizao

de t-butxido de potssio na sntese de teres arlicos, benzlicos e polianelares de

tetrazol77.

Na+ -H HO R THF Na+ O R H2(g)

Esquema 4

A formao do alcxido implica a libertao de hidrognio molecular como

produto secundrio, o que uma mais valia do ponto de vista termodinmico,

encontrando-se a reaco favorecida pelo aumento da entropia do sistema.

Consecutivamente formao do alcxido adicionado o cloreto de tetrazol,

ocorrendo a reaco entre ambos. A proposta mecanstica para esta reaco encontra-se

representada no esquema 5.


44

O R

N

N N

N

Cl

N

N N

N

Cl O R

THF

N

N N

N

O R

Cl

Esquema 5

A transformao do lcool em alcxido de sdio por reaco com hidreto de

sdio, tem por finalidade aumentar o carcter nucleoflico do oxignio atacante, o que

por sua vez ir melhorar a eficincia da substituio nucleoflica que se assume ocorrer

por um mecanismo bimolecular unietpico. Neste caso o nuclefilo intervm no passo

determinante da velocidade da reaco. De facto, a reaco de formao do alcxido faz

todo o sentido do ponto de vista da substituio nucleoflica bimolecular, uma vez que

ao aumentar a fora do nuclefilo favorece cineticamente o seu ataque ao tomo de

carbono do anel heteroaromtico na molcula de cloreto de tetrazol. Este efeito

particularmente importante quando o nuclefilo participa activamente no passo

determinante da velocidade do processo como parece ser o caso. De acordo com o

mecanismo unietpico representado no esquema 5, no passo determinante da reaco,

ocorre a formao de um estado de transio, que evolui no sentido da eliminao de Cl-

com a formao da ligao C-O do ter.


45

Como j foi referido anteriormente na introduo da tese, o paralelismo que se

pretende estabelecer entre os teres allicos de tetrazol e de pseudo-sacarina, deve-se ao

facto de a ligao ter estabelecida em ambos os compostos parecer de natureza

idntica, visto os dois anis heteroaromticos apresentarem semelhanas na sua

capacidade electroactratora. Deste modo seria de esperar que ambos os agentes

derivatizantes apresentassem um comportamento reaccional idntico no que se refere

subtituio nucleoflica. Porm tal no se verifica.

Em trabalhos de investigao anteriores78 tentou-se aplicar a estratgia sinttica

utilizada na preparao de teres allicos de tetrazol preparao dos seus homlogos

de sacarina, mantendo o mesmo pressuposto de que a eficcia da substituio

nucleoflica deveria aumentar com o aumento do caractr nucleofilico no oxignio,

obtido por converso do lcool no respectivo alcxido. Esta tentativa revelou ser

infrutfera, na mediada em que no conduziu formao dos compostos pretendidos.

Por outro lado, a utilizao da trietilamina em tolueno na sntese de teres allicos de

tetrazol seria bastante vantajoso, na medida em que facilitaria o processo de sntese

destes compostos pois no sendo utilizado o hidreto de sdio eliminaria a necessidade

de ausncia total de gua no meio reaccional. No entanto, esta metodologia tambm no

conduziu a quaisquer resultados, o que foi comprovado pela tentativa de sntese do 5-

cinamiloxi-1-feniltetrazol78.

Assim, embora os dois agentes derivatizantes possuam electroafinidades

semelhantes, estes apresentam diferenas significativas nas suas reactividades. O

conhecimento das causas para a existncia desta diferena de reactividade, por exemplo

relativamente ao ataque nucleoflico no carbono sp2 do cloreto de pseudo-sacarina e o

cloreto de tetrazol, passa pelo estudo mais pormenorizado do mecanismo de ambas as

reaces nucleoflicas, o que deixa um caminho em aberto para investigaes futuras.


46

Na tabela 1 encontram-se representadas as estruturas dos teres allicos de

benzisotiazol e de tetrazol sintetizados neste trabalho, assim como o intervalo de fuso

para cada composto e o rendimento obtido em cada sntese.

Tabela 1. teres allicos de benzisotiazol e tetrazol sintetizados e respectivos

pontos de fuso e rendimentos.

Estrutura do ter Intervalo de fuso (C) Rendimento (%)

N

NN

N

O

leo

72

SO2

N

O

leo

43

SO2

N

O

139-140

49

SO2

N

O

132-133

62

SO2

N

O

125-127

29


47

As snteses dos teres propenlico, butenlico e cinamlico de benzisotiazol

foram efectuadas para que se prosseguisse com o estudo da fotoqumica destes

compostos e da anlise dos seus padres de fragmentao em condies de

espectrometria de massa. A caracterizao espectroscpica destes est descrita em

trabalhos anteriores.

A sntese e caracterizao dos teres nerollicos de tetrazol e de benzisotiazol

sero descritas de seguida.

A preparao do ter nerollico de tetrazol foi efectuada de acordo com o mtodo

de sntese de teres allicos de tetrazol descrito anteriormente, tendo-se utilizado

quantidades equimolares dos dois reagentes de partida (lcool e agente derivatizante). A

formao do alcxido bastante ntida, uma vez que ao adicionar uma soluo do

lcool, gota a gota, suspenso de NaH em THF previamente seco h, para alm da

evoluo visvel de um gs (H2), a alterao da cor da mistura, de esbranquiada para

cor de tijolo. Aps a formao do alcxido ento adicionado o cloreto de tetrazol,

previamente dissolvido em THF seco, mistura reaccional. H o cuidado de a reaco

permanecer temperatura ambiente visto estes compostos serem particularmente

sensveis ao aumento da temperatura, podendo facilmente sofrer isomerizao trmica.

Aps o work up da reaco, obteve-se como extracto orgnico um leo amarelo. A

anlise deste extracto por espectrometria de massa e por Ressonncia Magntica

Nuclear permitiu-nos verificar que este consistia numa mistura do ter pretendido e do

produto resultante do seu rearranjo trmico.

Como iremos falar mais a frente na discusso, aquando da preparao das

amostras dos teres de benzisotiazol em suporte slido para posterior irradiao, os

grupos hidroxlicos da slica promovem a quebra da ligao C-O enfraquecida do ter


48

levando formao dos seus precursores sintticos, a sacarina e o nerol. Do mesmo

modo, a tentativa de purificao do ter de tetrazol por cromatografia em slica poder

levar hidrlise da ligao O-C do ter que se encontra enfraquecida. Contudo, prev-

se que o derivado N- nerollico j seja purificvel por coluna, visto a ligao C-N ser

mais forte que a ligao O-C e consequentemente menos susceptvel de sofrer hidrlise.

Tentmos ainda seguir outras metodologias sintticas para a obteno do

derivado O-nerollico desejado. Uma anlise na literatura79, forneceu-nos informaes

sobre uma possvel estratgia de construo do ter partindo inicialmente do lcool

natural, e a partir deste construir o anel heteroaromtico de tetrazol. O esboo da nova

estratgia de sntese encontra-se descrito de seguida nos esquemas 6 e 7.

OH

ON

N

NN

OCN

NaN3

H

BrCN, Et3N

Acetona, 0 oC

Acetona/H2O Refluxo

Esquema 6

O primeiro passo reaccional envolve uma substituio nucleofilica, em que se

pretende que o oxignio do lcool actue como nuclefilo, atacando a espcie BrCN. No

segundo passo reaccional faz-se a ciclizao com azida sdica temperatura ambiente,

aumentando-se de a temperatura at atingir o refluxo de modo a promover a formao


49

do anel de tetrazol. Na literatura est descrita a preparao de ariloxitetrazois com bons

rendimentos atravs da utilizao desta metodologia sinttica80,81.

De acordo com a estratgia indicada, iramos obter o derivado tetrazollico de

nerol no substitudo na posio 1 do anel heteroaromtico. Porm, para podermos

estudar a reactividade trmica deste ter e compar-la com as reactividades trmicas dos

teres allicos de tetrazol anteriormente estudados teremos que ter o sistema

heteroaromtico igualmente substtuido. Assim, torna-se necessrio introduzir um

substituinte fenlico na posio 1 do anel de tetrazol. De referir que 1-H-tetrazis-5-

substtuidos podem estar em equilbrio tautomrico com o respectivo 3-H-tetrazol,

sendo a abundncia relativa dos dois ismeros dependente da polaridade do meio.

Dabbagh, Najafi-Chermahini e Banibairami79 procederam metilao do Bizol

(di-tetrazol) fazendo-o reagir este com trietilamina e excesso de iodeto de metilo em

acetona. Para obter o tetrazol substitudo poderamos utilizar o mesmo mtodo sinttico,

fazendo reagir o nosso ter com fluorobenzeno de acordo com o descrito no esquema 7 .

ON

N

NN

H ON

N

NN

Ph

Et3N, PhF em excesso

acetonatemperatura ambiente

Esquema 7

Contudo, deparamo-nos com a possibilidade de haver a formao de uma

mistura de ismeros resultante da substituio do anel tetrazollico nas posies 1 e 3

dependendo das condies de reaco. No trabalho desenvolvido pelos investigadores

mencionados anteriormente, as tentativas de separao dos ismeros formados, atravs

de uma coluna cromatogrfica, a partir da metilao do Bizol revelaram-se infrutferas.


50

A sntese do ter de tetrazol pretendido seguindo esta metodologia, no nos

levou a resultados satisfatrios. A formao do cianeto no primeiro passo reaccional

parece-nos ter sido a etapa condicionante de toda a reaco. A adio da trietilamina

soluo do nerol e BrCN em acetona, levou formao de um precipitado branco que

poder corresponder ao sal brometo de trietilamnio. Contudo o acompanhamento da

reaco por TLC revelou sempre a presena do lcool mesmo aps um perodo

relativamente longo de agitao. Considerando que algum lcool poderia ter reagido,

decidimos prosseguir para o passo de ciclizao, adicionando azida sdica dissolvida

em gua/acetona (50:50). De novo, no ocorreu qualquer alterao significativa no

TLC, observando-se apenas a mancha bastante intensa do lcool.

A ausncia de resultados positivos pode dever-se fora relativa das duas

espcies, lcool e cianeto, como nuclefilos, o que corrobora o facto de a primeira etapa

ser a condicionante de todo o processo de sntese. Uma vez que se pretende que o lcool

ataque a espcie BrCN, podemos propor para trabalhos futuros, que se aumente o

carcter nucleoflico deste, por reaco com t-butxido de potssio, formando o

correspondente alcxido.

Para alm de ser uma base forte, o t-butxido de potssio, por ser um anio

relativamente volumoso, no conduz a ataque nucleoflico. Esta caracterstica permite a

formao do alcxido, aumentando a probabilidade de deslocamento do Br-.

Se tivssemos conseguido atingir a segunda etapa reaccional, ou seja, a

formao do anel de tetrazol e se o fizssemos reagir com PhF, seria de esperar uma

igual dificuldade na separao dos ismeros, devido sua semelhante polaridade. Uma

outra possibilidade para obter o nosso tetrazol substitudo na posio pretendida seria

fazer reagir o cianato com fenilazida em vez de azida sdica. Porm esta metodologia

acarreta dificuldades acrescidas na medida em que a fenilazida no se encontra


51

disponvel comercialmente e a sua sntese requerer cuidados adicionais, visto ser um

composto bastante difcil de manusear.

Esta estratgia sinttica de obteno do ter allico, construindo o anel de

tetrazol a partir do lcool, despertou-nos para novas possibilidades de investigao

destes compostos que at agora ainda no foram exploradas. De facto nos ltimos anos,

o nosso grupo de trabalho tem estudado a relao estrutura reactividade de uma srie de

teres allicos, benzlicos, naftlicos e fenlicos de tetrazol, fazendo variar a estrutura do

lcool de partida e mantendo sempre um substituinte arlico na posio 1 do anel de

tetrazol. Atravs da metodologia proposta anteriormente poderemos partir de um

mesmo lcool e verificar que alteraes podem ocorrer na relao estrutura reactividade

destes teres introduzindo substituintes alqulicos no anel heteroaromtico de tetrazol.

Fica ento aqui uma nova ideia a desenvolver em futuras investigaes.

Na sntese do ter allico de benzisotiazol derivado do nerol recorreu-se

estratgia sinttica descrita no esquema 3. Nesta reaco, a uma mistura de nerol e

cloreto de pseudo-sacarina em tolueno foi adicionada trietilamina gota a gota, tendo-se

verificado a formao de um precipitado correspondente ao cloreto de trietilamnia. De

salientar, e tal como no caso do ter allico de tetrazol, que a reaco de eterificao foi

efectuada temperatura ambiente devido prevista susceptibilidade destes teres para

sofrerem isomerizaes trmicas. O work-up da reaco originou um leo amerelo. A

anlise deste leo por espectrometria de massa (Ionizao Qumica usando NH3)

permitiu identificar a presena do io [M+NH4]+ com m/z = 320, relativo ao ter

desejado, embora tenha revelado igualmente a presena de algumas impurezas. A

anlise da mesma amostra por 1H-RMN, revelou no s a presena do ter pretendido,

mas tambm dos produtos resultantes da sua isomerizao trmica, com migrao do

sistema allico de O para N. A anlise cuidada do espectro mostrou a presena dos


52

ismeros [1,3] e [3,3], semelhana do observado em outros teres allicos de

benzisotiazol27. Aps alguns dias na bancada, verificou-se a aparecimento de pequenas

partculas slidas dispersas no leo. As vrias tentativas de recristalizao foram

ineficazes. No entanto estas partculas no podem ser provenientes do reagente de

partida, ou seja, do cloreto de pseudo-sacarina, uma vez que este se converte muito

facilmente em sacarina nas condies de work-up, sendo esta solvel em gua e

facilmente eliminada durante o processo de extraco do composto.

Em trabalhos de investigao anteriores82, tentou-se converter o linalol, um lcool

allico tercerio, no correspondente ter de sacarina. Porm todas as tentativas se

revelaram inteis visto que se obteve cristais amarelos cuja anlise por espectroscopia

de massa revelou no se tratar do composto pretendido, mas sim de um produto

resultante da reaco da trietilamina com o cloreto de pseudo-sacarina, 3-

(dimetilamina)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido ( Figura 26 ). Este composto foi obtido

por reaco do cloreto de pseudo-sacarina e a trietilamina em tolueno, tendo sido

caracterizado por cristalografia de raio X.

SO2

N

N

Figura 26. Estrutura do composto 3-(dimetilamina)-1,2-benzisotiazol-1,1-

dixido.

Assim, foi considerado que o mesmo se poderia ter passado na sntese do

derivado benzisotiazollico de nerol agora abordada. Analisando o espectro de massa da


53

mistura obtida na preparao do ter pretendido, podemos verificar a existncia de um

pico com uma intensidade relativa de 3.23% e m/z = 239. Esta massa igual massa do

io molecular [M + H]+ do derivado aminado, justificando assim a origem das partculas

slidas dispersas no produto e mostrando que de facto a amina compete com o lcool na

substituio do carbono sp2 do cloreto de sacarina.

Este via reaccional especialmente notria quando so usados lcoois

estereamente impedidos, como foi o caso do linalol, em que ocorreu a formao

exclusiva do derivado aminado.

O mecanismo da reaco da trietilamina com o cloreto de pseudo-sacarina no

conhecido. No entanto propomos no esquema 8 um possvel mecanismo reaccional.

S

N

C l

O O

N (CH2CH3)3

C l N (CH3CH4)4S

N

OO

N

S

N

OO

C lN

S

N

OO

C lN

N (CH2CH3)4

N (CH2CH3)3

To lueno

Esquema 8

De acordo com esta proposta mecanstica, existe um ataque nucleoflico do tomo de

azoto ao carbono parcialmente electropositivo do anel heteroaromtico, promovendo a

movimentao concertada dos electres ao longo do sistema benzisotiazollico e


54

formando um aduto intermedirio com uma carga positiva localizada no azoto e uma

carga negativa localizada no tomo de oxignio do grupo SO2. De seguida poder

ocorrer a remoo de um grupo etilo assistida pela trietilamina presente em excesso no

meio reaccional, com a formao de tetraetilamnio. A aromaticidade restabelecida

atravs da eliminao do Cl-, que ir precipitar em soluo formando cloreto de

tetraetilamnia. Embora seja proposto um mecanismo de adio (associativo), a

hiptese de um mecanismo dissociativo no pode ser descartada.

Face ao exposto, e com o objectivo de melhorar o rendimento de sntese do ter

pretendido, pensou-se recorrer utilizao de uma base mais volumosa que a

trietilamina, como por exemplo o DBU (1,8-Diazabiciclo[4.3.0]non-5-eno). O aumento

da basicidade com o aumento do volume da base poderia levar a um aumento da

competitividade do lcool. No entanto, fizemos uma tentativa de sintetizar o ter de

sacarina recorrendo ao DBU como base, a qual no levou a resultados satisfatrios,

tendo-se obtido apenas os materiais de partida.

Outra forma de obter um maior rendimento seria aumentar o c

tese final mestrado_reações burke

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