Adição Nucleofílica na Carbonila (impressão) [Modo de Compatibilidade]

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS

DISCIPLINA DE MECANISMOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS

Santa Maria, novembro de 2008.

REAÇÕES DE ADIÇÃO NUCLEOFÍLICA NA CARBONILA

2

Reações de Substituição Nucleofílica Aromática

1. Introdução

2. Estrutura

3. Reatividade

4. Reações

4.1.1. Adição Simples

4.1.2. Adição Eliminação

4.1.3. Substituição

4.2. Reações de Nucleófilos de Carbono

4.1. Reações de Nucleófilos Heteroatômicos

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3

Referências Bibliográficas

1. Solomons, T. W. G.; Fryhle, C. B. Organic Chemistry, John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2008.

2. Clayden, J. Organic Chemistry, Oxford University Press Inc., New York, 2001.

3. Costa, P., et al ; Substâncias Carboniladas e Derivados; Série Química Orgânica; Bookman; Porto Alegre; 2003.

4. Carey and Sundberg, Advanced Organic ChemistryParte A Structure and Mechanisms; Parte B; Reactionsand Synthesis, kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2001.

4

1.Introdução

Aspirina™ 1899Felix Hoffmann

Salicina-Isolada em 1829 a partir da casca do chorão Salgueiro

Adição Nucleofílica na Carbonila

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COX 1

8

O mecanismo de ação passa pelo ataque nucleofílico da Serina-530 na carbonila do éster do AAS


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9

HN

H

O COX

COX

OH

O

HO

O

OH3C

HN

H

O COX

COX

O

O

CH3

O

HO

HO

Mecanismo da Acetilação da COX

1010

1.Estrutura


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1.Estrutura

A polarização e a possibilidade de estruturas de ressonância explicam a reatividade de compostos carbonílicos com Nu e E.

O

R++ --

Híbrido de ressonância

R

R

O....

::

R

R

O

R

R

O....

....

A B C


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Reatividade

• Adição nucleofílica

• Enolização

• Ativação

C O

R

H

R

Nu:

H+

B:


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1313

• Ativação• Ativação: Teoria Da Ligação de Valência

OH

R R

OH

R R

Carbonila Protonada

O

R R

O

R R

Carbonila Neutra

14

3- Reatividade de compostos carbonílicos na adição nucleofílica

- Ativação da carbonila pela transferência de próton;

- A reatividade da espécie nucleofílica;

- A estabilidade do intermediário tetraédrico.


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15

Reatividade dos compostos carbonílicosamplificada em meio ácido

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Intermediário Tetraédrico

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17

EM TERMOS GERAIS SÃO TRÊS POSSIBILIDADESDO MECANISMO DE ADIÇÃO

→ Adição catalisada por ácido, protonação seguida do ataque nucleofílico

18


→Adição nucleofílica seguida de protonação

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19


→Ao mesmo tempo que um nucleófilo ataca um H+ é transferido

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DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL PARA ENERGIA POTENCIAL

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2121

OR

R R R

O

OR

RNu

Nu

Nu

• Mecanismo de Adição– A influência dos substituintes

• Efeito estérico


2222

– Relativa reatividade: Aldeídos versus Cetonas

• Aldeídos são geralmente mais reativosque cetonas

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23

b-Efeito eletrônico: hiperconjugação

2.2- Eletrofilicidade global

R Cl

O

H H

O

H3C

O

H> > >

R OR'

O

H3C CH3

O

R NH2

O> >

H H

O

H3C H

O

H3C CH3

O

> >


24

O

Br

O

H

O

CH3

O

OEt

O

N

Brometo de Benzoíla Aldeído Benzóico Acetofenona Benzoato de Etila N,N-Dimetilbenzamida

Reatividade adição nucleofílica


Reatividade de diferentes compostos carbonílicos

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25

• Acidez do Hα– Equilíbrio cetoenólico

25

R1

R2

HH

O

R1

R2

OH

H

Forma Cetônica Forma Enólica


26

Acidez de hidrogênios -carbonilas

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2727

• Acidez do Hα– Equilíbrio cetoenólico

R1 R2

O OH


2828

Equilíbrio ceto-enólico

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29


• Acidez do Hα– Formação de enolatos

R1R2

O

H

+ B: R1R2

O

R1R2

O

Formas canônicas em enolatos, carga negativa localizada no Oxigênio

+ BH

30


• Adição Nu x Formação de Enolatos

– Competitividade

– Escolha do reagente; + Nu do que básico, ou vice-versa, promove reação

quimiosseletiva.

C OR

HR

Nu:

B:

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3131


• Aspectos Estereoquímicos da Adição• Faces proquirais

• Se R1 e R2 não apresentarem quiralidade o grupo carbonila é

enantiotópico

O

R2

R1

si

reO

HH

MeMe

OH

HH

MeMe

OH

HH

MeMe

CN

CN

(ataque pela face Si)

(ataque pela face Re)

3232


• Aspectos Estereoquímicos da Adição

O

R2

R1

OHR2

R1 Nu

Faces Proquirais Enantiotópicas

Nu/H+*

O

R

R

OHR

RNu

Faces HomotópicasNão há formação de centro estereogênico

Nu/H+

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3333


• Aspectos Estereoquímicos da Adição– Faces Diasterotópicas

O

R1

R3R2

R4

OH

R3R2

R4 +NuR1

OH

R3R2

R4R1

Nu

NuH+


• Reações de Adição Nu a Carbonila

• Adição de Nu Heteroatômicos

• Adição de Nu de Carbono

34

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• Adição de Nu Heteroatômicos– Adição simples

• Adição de Água• Adição de Álcoois

– Adição – Eliminação• Adição de aminas• Adição de hidroxilamina• Adição de Hidrazina• Adição de semicarbazidas

– Substituição• Hidrólise de ésteres• Aminólise de ésteres• Hidrólise de amidas

35


• Adição simples• Adição de água: Formação hidratos

O

RR

OH

R R

O OHH2O

R R

HO OH+ OH

Catálise Básica

36

O

RR

HXOH

RR

H2O

R R

HO OH2

R R

HO OH+ HX

Catálise Ácida

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• Adição simples– Adição de água: Formação hidratos

Composto carbonílico

K(em água,25ºC)

CH2O 2,28 x 103

CH3CHO 1,06(CH3)3CCHO 0,23

CF3CHO 2,9 x 104

C6H5CHO 8 x 10-3

CH3COCH3 1,4 x 10-3

C6H5COCH3 9,3 x 10-6

FCH2COCH3 0,11CF3COCF3 1,2 x 106 37

38

Hidratação→K depende de R1 e R2→ K << 1 : cetonas e aldeídos aromáticos → K ~ > 1: aldeídos alifáticos

→ K : R1 R2 grupos volumosos e grupos + I/+ M (estabilização da carbonila) → K: R1 , R2 grupos -I/-M (desestabilização da carbonila)

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• Adição simples• Adição de Álcoois: Formação de acetais

O

R1 R2+ ROH H

R1 R2

HO OR

Hemiacetal

RO

R1 R2

H

R1 R2

O ORH

R

R1 R2

RO ORROH

Acetal

39

40

R1

R''O

R2

OR'

HR1

R''O

R2

OR'

H

R1

OR''

R2

HOR'

R1

OR''

R2H2O

R1

R''O

R2

OH

H

R1

R''O

R2

OHH

R1

R''O

R2

OHH

R1

OH

R2 R1

O

R2

H

Hidrólise de Acetais em Meio Ácido

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41

Adição – Eliminação


• Adição – Eliminação– Adição de aminas: formação e hidrólise de

iminas e enaminas

R1R2

O

HRNH2

RRNH

R1R2

R1R2

NN

H

R R

HEnamina Imina

H2O + + H2O

42

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22

• Adição de aminas primárias e secundárias

Aldeídos e cetonas reagem com aminas primárias (amônia) para formar iminas.

Eles reagem com aminas secundárias para formar enaminas.

43


• Adição de aminas. Catálise ácida:

R1 R2

OH

H

RNH2

R1 R2OHN

HHR

R1 R2OH2NH

R

R1 R2

N

H

H R

R1 R2

N

H

R H

R1 R2

N

H

R

R1 R2

N

H

R

Imina Z Imina E44

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– Enaminas• Reações com aminas 2as

4545

Adição de aminas Secundárias.

Reatividade de Aldeídos versusIminas

46

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• Reações de derivados de aminas primárias

R1 R2O

H

RNHNH2

H2N NHNH2

O

NH2OHR1 R2

N

HR1 R2

N

H

R1

R2

NH

OH

H2O +

NHH2N

O+ H2O

+ H2O

Semicarbazonas

Oximas

NHR

Hidrazonas

47


• Substituição– Hidrólise de ésteres

O

O

H3OOH

OH

O

O

O

HOHO+ +

V= k [H3O+] [éster]48

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• Substituição– Hidrólise de ésteres: catálise ácida

O

O

+ H3O+ O

OH

O

OH

+ H2O

O

OH

OHH

O

OH

OH HOH

O

49


• Substituição– Hidrólise de ésteres: catálise básica

G

O

O

OH

G

O

O

OH

G

OH

O

OG

O

O

HO+ +

50

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• Substituição–Preparação de amidas

O

R OR1 + R2NH2 R2H2N R

O OR1

R2HN R

HO OR1

R2HN R

O OR1 O

R2HN R

51


• Substituição–Hidrólise de amidas

O

R NH2

+ OH

O

R O+ NH3

Meio básico

O

R NH2

+ H3O

O

R OH+ NH4

Meio ácido

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• Adição de Nu de Carbono

–Adição de cianeto

–Adição de organometálicos

–Adição de ilídeos de Fósforo

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• Adição de Cianeto:– Formação de cianoidrinas e α-aminonitrilas

O

R RHCN

R R

HO CN

R R

HO CO2H

R R

HO NH2

B - Hidróxiaminas ou B- aminoálcool

a - hidróxiácidos

hidrólise redução

a - hidróxinitrilaou cianoidrina

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• Adição de Organometálicos:– Formação de álcoois e aminas

• Onde os mais usados em síntese orgânica: RMgX e RLi

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• Adição de Organometálicos:– Formação de álcoois e aminas

• Onde os mais usados em síntese orgânica: RMgX e RLi

O

R1 R2+ R : MgX

O

R1 R2

MgR

X

R1 R2

R OMgX H3O+

R1 R2

R OH

N

R1 R2+ R : MgX

R1 R2

R NHR3R3

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Mecanismo para reação de Organolítios

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• Adição de ilídeos de fósforo:– Reação de Wittig (1954)→ obtenção de

olefinas para fins acadêmicos e industriais a partir de cetonas e

aldeídos.– Anteriormente o procedimento seguia 2 etapas: adição Nu e posterior eliminação, no entanto a etapa de eliminação não é

regiosseletiva.– A reação de Witting produz olefinas de

forma regiosseletiva. (Prêmio Nobel 1979)

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• Adição de ilídeos de fósforo:O

1. CH3MgBr2. H3O+

OHCH3

- H2O

CH2 CH3

+

Reação de WittingO

Ph3P CH2

CH2

+Ph3P O+

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• Adição de ilídeos de fósforo:–Formação das fosforanas

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• Adição de ilídeos de fósforo:–Um mecanismo proposto

Ph3P CH2

O

R R

Ph3P CH2

CO

R

R

Ph3P CH2

CO

R

R

R R

CH2

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Betaína Oxofosfetana

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