1

Introdução a Química Orgânica

Aula 16

Aldeídos e Cetonas

Parte II

Bibliografia

Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed.; Cap. 11; v. 1.Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed.; Cap. 16; v. 2.Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed.; Cap. 17.Química Orgânica – M. G. Constantino – Cap. 2.8; v. 1

2o semestre de 2010

2

Recordando....

Os compostos carbonílicos sofrem reação de adição nucleofílica (em meio ácidoou básico).

Adição de nucleófilo em meio básico

Adição de nucleófilo em meio ácido

3

3.2. Adição de Nucleófilos de Carbono

(Formação de ligações carbono-carbono)

A. Adição de cianeto de hidrogênio

- Esta reação leva à formação de cianoidrinas (hidróxi-alcanonitrilas).

- Devido à alta toxicidade do HCN, adiciona-se lentamente pequenas porções deum ácido forte a um sal de cianeto (tipicamente NaCN), o que produz HCN insitu em concentrações pequenas.

O

+ NaCNHCl conc.

(-NaCl)

OH

CN

cianoidrina

Mecanismo da adição de HCN a aldeídos/cetonas

4

• As cianoidrinas são intermediários úteis em síntese orgânica.

• Podem ser hidrolisadas aos respectivos α-hidróxiácidos ou ácidos α,β-insaturados (desidratação em meio ácido).

Exemplo:

Leitura sugerida:

“Hidrólise de nitrilas” In: SOLOMONS & FRYHLE Química Orgânica. 8 ed. v. 2, Cap. 18, p. 125-126.

ααααββββ

5

Mecanismo da hidrólise ácida de nitrilas

6

Mecanismo da hidrólise básica de nitrilas

7

Exercício 1

Dê os produtos representados pelas letras A-E.

2,4-dimetil-3-pentanona NaCN

HCl conc.

A (C8H15NO)

1) NaOH aq., ∆

B (C8H16O3)

2) H3O+

4-terc-butilcicloexanona NaCN

HCl conc.

C (C11H19NO)

H2O

HCl, ∆

D (C11H20O3)

H2SO4 conc.

∆

E (C11H18O2)

8

B. Adição de reagentes organometálicos

(Solomons & Fryhle 8 ed. Seção 12.5 a 12.8, v.1; Vollhardt et al. 4 ed. Secção 8.7)

- Organometálico apresenta ligação carbono-metal (ex: magnésio ou lítio).

- Exemplos:

Reagentes organometálicos não costumam ser isolados. São usados imediatamente na reação desejada. Reagentes organometálicos são usualmente sensíveis ao ar e a umidade!

9

Carbono possui um caráter de carbânion:

Eletronegatividade: C = 2,5

Metais: 0,8 a 1,9

-A reatividade dos compostos organometálicos aumenta com caráter iônico da ligação C-Metal. Compostos organometálicos de lítio e magnésio (RMgX ou RLi) apresentam caráter iônico considerável (35% e 40% respectivamente). São nucleófilos e bases fortes.

10

François Auguste Victor

Grignard – químico francês

que recebeu o Prêmio Nobel

em 1912 pela descoberta da

reação de Grignard.

Reagentes de Grignard (organomagnésio)

i) Um dos mais importantes reagentes organometálicos.

ii) Nomenclatura: Haletos de alquilmagnésio.

iii) Preparação:

11

•Podem ser preparados a partir dos respectivos haletos de alquila/arila por tratamento com o metal em solvente etéreo (éter dietílico ou THF).

•Ordem de reatividade dos haletos de alquila: RI > RBr > RCl.

As moléculas do solvente (éteres) estão coordenadas ao átomo metálico. Esta coordenação é importante na preparação e estabilidade do reagente de Grignard.

iv) Incompatíveis com diversos grupos funcionais:

12

Preparação de Reagentes Organolítio

É feita pela adição de lítio a um haleto de alquila em hexano ou éter.

13

• Os reagentes organometálicos são básicos e podem reagir com ácidos.

• Equação Geral de Hidrólise de Organometálicos:

• Hidrólise de Reagentes de Grignard:

14

Características:

i) Organometálicos funcionam como uma fonte de carbono nucleofílico

(carbânion).

ii) Importante método para a formação de ligações carbono-carbono.

iii) Pode ser utilizado na preparação de álcoois primários, secundários e terciários.

iv) Equação Geral:

Reação de aldeídos ou de cetonas com organometálicos

CH3(CH2)2 C

H

H

Mg Clδ+

_δ

CH3(CH2)2 C

H

H

..

_Mg Cl

+

um carbânion (nucleófilo e base forte)

15

• Os reagentes organometálicos também comportam-se como nucleófilos(carbânions). Exemplo:

• As reações mais importantes do ponto de vista sintético são aquelas entre osreagentes organometálicos e os compostos carbonílicos.

Exemplos:

H

O

1) CH3MgI, Et2O

2) H3O+CH3

OH

O1) C6H5MgBr, THF

2) H3O+

OH

C6H5

CH3(CH2)2 C

H

H

Mg Clδ+

_δ

CH3(CH2)2 C

H

H

..

_Mg Cl

+

um carbânion (nucleófilo e base forte)

16

Mecanismo geral da reação de Grignard com compostos carbonílicos

17

Reação de organometálicos com o formaldeído leva à obtenção de álcoois primários

Reação de organometálicos com aldeídos superiores leva à obtenção de álcoois secundários

18

Reação de organometálicos com cetonas leva à obtenção de álcoois terciários

Reação de organometálicos com CO2 leva à obtenção de ácidos carboxílicos

19

Exercício 3

Dê 4 combinações possíveis (reagentes de Grignard e compostos carbonílicos)para a preparação do 2-fenil-2-butanol.

20

Exercício 4

Ao realizar a reação da 4-hidróxi-2-butanona com 1 equivalente de brometo demetilmagnésio, o aluno verificou que a reação foi incompleta, observando aocorrência de degradação do reagente de Grignard e obtenção de pouquíssimaquantidade do produto de adição nucelofílica. Explique.

21

Limitações do uso dos Reagentes de Grignard

• Os reagentes de Grignard (e também os organolítios) não podem ser preparados

a partir de haletos de alquila e/ou reagidos com compostos carbonílicos que

contenham um hidrogênio ácido em sua estrutura.

• Os reagentes (haletos e/ou compostos carbonílicos) também não podem possuir

em suas estruturas sítios eletrofílicos, tais como os grupos funcionais abaixo:

Identifique em cada grupo funcional acima o hidrogênio ácido ou o sítio eletrofílico

22

Exercício 5

Ao realizar a reação da cicloexanona com brometo de fenilmagnésio e adicionarem seguida ácido sulfúrico concentrado para protonação do alcóxidointermediário, o aluno verificou a formação majoritária de 1-fenil-cicloexeno comoproduto reacional e pequena quantidade do 1-fenil-cicloexanol esperado. Expliquee proponha mecanismos para estas transformações.

23

10.5.4. Reação de Aldeídos e Cetonas com Acetiletos

Os acetiletos de sódio ou de lítio são nucleofílicos, podendo reagir com

aldeídos e cetonas. Exemplos:

24

10.5.11. Reação de Wittig

Provavelmente o método mais importante para a preparação de alcenos.

Exemplos:

25

i) Preparação de Fosforanas

O nucleófilo na reação de Wittig é um ilídeo de fósforo. Ilídeo é qualquer

composto com cargas opostas em átomo adjacentes, ligados por uma ligação

covalente, cada um dos quais com o octeto completo. Preparação de fosforanas:

Equação Geral:

Exemplo:

26

iii) Exemplos da Reação de Wittig

A reação de Wittig é completamente regiosseletiva.

A reação de Wittig é o melhor método de preparar alcenos terminais. Exemplo:

A reação de Wittig pode fornecer uma mistura de isômeros Z e E. Exemplo:

Existem maneiras de aumentar e/ou alterar a estereosseletividade da

reação de Wittig. Contudo, isto não será estudado neste curso.

27

4. Redução e Oxidação de Aldeídos e Cetonas(Solomons & Fryhle 8 ed. Seção 12.2 a 12.4, v.1; Vollhardt et al. 4 ed. Secção 8.6)

Recordando...

• Os álcoois primários são inicialmente oxidados a aldeídos, e depois a reaçãoprossegue oxidando o aldeído a ácido carboxílico, quando são utilizadosoxidantes aquosos. Oxidação dos álcoois primários a aldeídos pode seralcançada com eficiência utilizando oxidantes de força moderada em meioanidro (por exemplo o PCC em CH2Cl2).

• Álcoois secundários são oxidados a cetonas.• Os reagentes mais comuns que promovem a oxidação de álcoois são o Cr2O7-

e o MnO4-, onde o Cr(VI) é reduzido a Cr(III) e o Mn(VII) a Mn(II).

.

28

29

30

Exercício 6

Dê os produtos das reações de oxidação abaixo:

OHNa2Cr2O7

H2SO4 aq.a)

OHb) PCC

CH2Cl2

OHc)CrO3

H2SO4

NH CrO3Cl+ _

clorocromato depiridínio (PCC)

31

Redução de compostos carbonílicos a álcoois

• Os álcoois primários e secundários podem ser obtidos por redução de aldeídos e cetonas, respectivamente, utilizando-se agentes redutores.

• Agentes redutores que são fontes de íons hidreto nucleofílicos (H-): NaBH4(boroidreto de sódio) e LiAlH4 (hidreto de lítio e alumínio)

32

Mecanismo da redução de compostos carbonílicos com NaBH4

• O NaBH4 é um redutor mais fraco do que o LiAlH4, sendo utilizado para aredução de aldeídos e cetonas.

• A redução de ácidos carboxílicos e derivados exige a utilização de hidretos maisfortes, como o LiAlH4 (será discutido na aula de ácidos carboxílicos e seusderivados).

Álcoois, como o metanol e o etanol, são mais comumente utilizados nestas reações.

33

• Compostos carbonílicos também podem ser reduzidos por reações dehidrogenação catalítica. Exemplo:

• Compostos carbonílicos podem ser reduzidos aos respectivos hidrocarbonetosatravés da redução de Clemmensen.

• Compostos carbonílicos podem ser reduzidos aos respectivos hidrocarbonetosatravés da redução de Wolff-Kishner.

O

R

RZn(Hg)

HClCH2

R

R

Redução de Clemmensen

O

R

RCH2

R

R

Redução de Wolff-KishnerH2N NH2

H2O, ∆

34

Exercício 7

a) Dê os produtos da redução dos compostos abaixo com NaBH4 em EtOH:

b) Freqüentemente as reduções com hidretos são muito seletivas, com atransferência de hidrogênio acontecendo do lado menos impedido da molécula.Prediga a estereoquímica do produto obtido por tratamento do composto abaixocom NaBH4 em EtOH.

O

(H3C)2HC CH(CH3)2

O

CH3CCH2CH2CH3

O

CH3CH2CCH2CH3

O

a) b) c) d)CH3(CH2)3CHO

35

MATERIAL COMPLEMENTAR

36

Mecanismo geral da redução de Wolff-Kishner

Formação de hidrazona a partir da cetona (ver mecanismo geral da formação de iminas e derivados na aula 12; slide 33)