CQ233 - Aula 4 - Aminas e substâncias heterocíclicas aromáticas

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estes elétrons p
fazem parte da 
nuvem 
Aminas - Substâncias Heterocíclicas
Prof. Dr. Claudiney Soares Cordeiro
claudiney.cordeiro@ufpr.br
CQ233 - Química Orgânica III
Química
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Conteúdos
Introdução
Inversão de amina
Sais de tetra-alquilamônio como catalisadores da transferência de fase
Preparação de aminas por alquilação da amônia
Reação de aminas com haletos de alquila
A eliminação de Hofmann
Oxidação de aminas; reação de eliminação de Cope
Pirrol, furano e tiofeno
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
Aminas - Substâncias Heterocíclicas
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 As aminas podem atuar como bases de Brönsted ou como nucleófilos.
uma amina é uma base:
uma amina é um nucleófilo:
 O par de elétrons não compartilhado do nitrogênio nas alquilaminas ocupa um
orbital hibrido sp3.
Introdução
Metilamina. (a) Os ângulos de
ligação do nitrogênio e a distância
de ligação C-N. (b) Mapa de
densidade de potencial eletrostático.
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Introdução
Arilaminas
Para um nitrogênio sp3 o ângulo
da ligação C – N e a bissetriz
do ângulo H – N – H é de 125°.
O ângulo correspondente para um
nitrogênio sp2 é de 180°. O valor
medido para a anilina é 142,5°.
A hibridação do nitrogênio
na anilina é mais próximo
de sp3 do que a sp2.
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Introdução
Mapa de densidade de potencial eletrostático da anilina nos quais a
geometria do nitrogênio é (a) não planar e (b) planar. A estrutural real
combina características de ambas; o nitrogênio adota um estado de
hibridação entre sp3 e sp2.
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 O par de elétrons livres no nitrogênio permite que uma amina vire “do avesso”
rapidamente à temperatura ambiente.
Inversão de amina
orbital p
estado de transição
Inversão da amina. A barreira
de energia é de ~ 6 kJ/mol;
cerca do dobro da energia
necessária para a rotação da
ligação simples C – C.
✓ O par isolado do N é necessário para a inversão. Não há inversão no NH4
+.
✓ As moléculas da amina “invertida” e “não invertida” são enantiômeros,
porém, não podem ser separados em função da rápida inversão.
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 Apesar de serem iônicos, muitos sais quaternários de amônio se dissolvem em
meio apolar.
Sais de tetra-alquilamônio como catalisadores da 
transferência de fase
Os quatro grupos alquila ligados ao nitrogênio blindam a sua carga
positiva e dão um caráter lipofílico (hidrofóbico) ao íon tetra-alquilamônio.
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 Os sais de amônio quaternário podem ser utilizados como catalisadores de
transferência de fase.
Sais de tetra-alquilamônio como catalisadores da 
transferência de fase
✓ O brometo de butila não se mistura com o NaCN.
✓ O NaCN é solúvel em H2O, mas, o brometo de butila apresenta baixa solubilidade.
✓ A reação ocorre apenas na interface entre os dois reagentes, sendo lenta de mais
para fins sintéticos.
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 A adição de uma pequena quantidade de cloreto de benziltrimetilamônio faz com
que a pentanonitrila se forme rapidamente.
Sais de tetra-alquilamônio como catalisadores da 
transferência de fase
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Sais de tetra-alquilamônio como catalisadores da 
transferência de fase
fase 
orgânica
fase 
aquosa
material 
de partida
substância 
alvo
Cl-
✓ O brometo de benziltrimetilamônio retorna a solução aquosa, onde pode repetir o ciclo.
✓ A catálise da transferência de fase fornece um mecanismo para colocar um ânion no
meio que contém o substrato reativo.
✓ O ânion é colocado em um estado fracamente solvatado e altamente reativo.
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 Em princípio, as alquilaminas poderiam ser preparadas por reações de substituição
nucleofílica de haletos de alquila com amônia.
haleto de 
alquila
amônia amina 
primária
haleto de 
amônio
 Esta reação não é um método geral para síntese de aminas porque a amina
formada concorre com a amônia pelo haleto de alquila.
haleto de 
alquila
amina 
primária
amônia haleto de 
amônio
amina 
secundária
Preparação de aminas por alquilação da amônia
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 Quando o 1-bromo-octano reage com a amônia, tanto a amina primária quanto a
amina secundária são isoladas em quantidades comparáveis.
 A alquilação competitiva pode continuar resultando na formação de uma
trialquilamina.
1-bromo-octano 
(1 mol)
octilamina (45%) N,N-dioctilamina (43%)
haleto de 
alquila
amôniaamina 
secundária
haleto de 
amônio
amina 
terciária
Preparação de aminas por alquilação da amônia
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 Até mesmo a amina terciária concorre com a amônia pelo agente alquilante.
haleto de 
alquila
sal de amônio 
quaternário
amina 
terciária
Preparação de aminas por alquilação da amônia
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 A substituição nucleofílica ocorre quando aminas primárias são tratadas com
haletos de alquila.
Reação de aminas com haletos de alquila
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 Uma segunda alquilação pode acontecer, convertendo a amina secundária em uma
amina terciária; e esta, pode ser convertida em um sal de amônio quaternário.
 Por causa de sua alta reatividade na substituição nucleofílica, o iodeto de metila é o
haleto de alquila mais usado para preparar sais de amônio quaternários.
Reação de aminas com haletos de alquila
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 O ânion haleto dos iodetos de amônio quaternários pode ser substituído pelo
hidróxido pelo tratamento com uma suspensão aquosa de óxido de prata.
 O AgI precipita e uma solução de hidróxido de amônio quaternário é formada.
A eliminação de Hofmann
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 Quando os hidróxidos de amônio quaternários são aquecidos, eles sofrem uma
eliminação β para formar um alceno e uma amina.
A eliminação de Hofmann
✓ Está reação foi desenvolvida por August W. Hofmann na metade do
século XIX.
✓ É um método sintético para a preparação de alcenos e uma ferramenta
analítica para a determinação estrutural.
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 A eliminação de Hofmann é regiosseletiva. A eliminação nos hidróxidos de
alquiltrimetilamônio leva a formação do alceno menos substituído.
A eliminação de Hofmann
✓ Um hidrogênio β menos impedido estericamente é removido na
eliminação de Hofmann.
✓ A regiosseletividade nas eliminações de Hofmann é o contrário da
regra de Zaitsev.
✓ As reações de eliminação dos hidróxidos de alquiltrimetilamônio
obedecem a regra de Hofmann.
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A eliminação de Hofmann
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 As aminas secundárias são oxidadas a hidroxilaminas secundárias, e aminas
terciárias são oxidadas a óxidos de aminas terciárias.
amina 
terciária
óxido de amina 
terciária
amina 
secundária
hidroxilamina 
secundária
+
Oxidação de aminas e reação de eliminação de Cope
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 Os óxidos de aminas terciárias sofrem reações similares à reação de eliminação de
Hofmann, denominada reação de eliminação de Cope.
óxido de amina 
terciária
hidroxilamina
Oxidação de aminas e reação de eliminação de Cope
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 O produto majoritário da eliminação de Cope, assim como da eliminação de
Hofmann, é aquele obtido a partir da remoção de um hidrogênio do carbono 
ligado ao maior número de hidrogênios.
Mecanismo:
Oxidação de aminas e reação de eliminação de Cope
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 O pirrol, o furano e o tiofeno são heterocíclicos de anéis de cinco membros.
pirrol furano tiofeno
estes 
elétrons p
fazem parte 
da nuvem 
estes 
elétrons p
fazem parte 
da nuvem 
estes elétrons 
estão em um 
orbital sp2
perpendicular 
aos orbitais 
Pirrol, furano e tiofeno
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 O pirrol é uma base extremamente fraca porque os elétrons no nitrogênio fazem
parte da nuvem .
Pirrol, furano e tiofeno
contribuintes de ressonância do pirrol
hibrido de ressonância
O ácido conjugado do pirrol possui pka = -3,8, ou seja, possui forte
tendência a perder próton.
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 A pirrolidina, uma amina
heterocíclica com anel de cinco
membros, tem um momento dipolar
de 1,57 D.
 O pirrol, uma amina heterocíclica
insaturada com anel de cinco
membros, tem um momento dipolar
de 1,80 D.
Pirrol, furano e tiofeno
pirrolpirrolidina
A habilidade do nitrogênio do pirrol de doar elétrons para o anel por
ressonância compensasua retirada de elétrons de forma indutiva.
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 Energias de ressonância relativas de algumas substâncias aromáticas.
Pirrol, furano e tiofeno
cicloexano
E
ne
rg
ia
 p
ot
en
ci
al
Hº = - 120 kJ/mol
+ H2
+ 2 H2
Hº = - 232 kJ/mol
benzeno + 3 H2
Hº = - 208 kJ/mol
+ 3 H2
Hº = - 360 kJ/mol
Energia de ressonância 
(estabilização) = 152 kJ mol-1.
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 Como o pirrol, o furano e o tiofeno são aromáticos, eles sofrem reações de
substituição aromática eletrofílica.
Pirrol, furano e tiofeno
lento rápido
2-bromofurano
2-metil-5-nitropirrol
O pirrol, o furano e o tiofeno sofrem
substituição eletrofílica aromática
preferencialmente no C-2.
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 O intermediário obtido pelo ataque de um substituinte na posição C-2 é mais
estável.
posição 2
posição 3
 Se as duas posições adjacentes ao heteroátomo estiverem ocupadas, a
substituição eletrofílicas ocorrerá na posição 3.
3-bromo-2,5-dimetilfurano
Pirrol, furano e tiofeno
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 O pirrol, o furano e o tiofeno são mais
reativos que o benzeno diante da
substituição eletrofílica aromática porque
têm maior capacidade de estabilizar a carga
positiva no carbocátion intermediário, desde
que o par de elétrons livres no heteroátomo
possa doar elétrons para o anel por
ressonância.
pirrol furano tiofeno benzeno
pirrol furano
tiofeno benzeno
Pirrol, furano e tiofeno
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 A reatividade relativa dos anéis de cinco membros se refletem nos ácidos de Lewis,
necessários para as reações de acilação de Friedel-Crafts.
 Ordem de acidez: AlCl3 > SnCl4 > BF3.
Pirrol, furano e tiofeno
pirrol
furano
tiofeno
benzeno
pirrol furano tiofeno benzeno
O pirrol é tão reativo que usa
anidrido em vez de cloreto de
acila mais reativo, o uso de
catalisador não é necessário.
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 O hibrido de ressonância do pirrol indica que há uma carga parcial positiva no
nitrogênio.
 Portanto, o pirrol é protonado preferencialmente no C-2 e não no nitrogênio.
 O pirrol é instável em soluções de ácidos fortes porque, uma vez protonado, pode
se polimerizar rapidamente.
polímero
Pirrol, furano e tiofeno
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 O pirrol é mais ácido (pka ~ 17) do que as aminas saturadas análogas (pKa ~ 36),
porque no pirrol o nitrogênio tem hibridação sp2 e, portanto, é mais eletronegativo
que o nitrogênio sp3 das aminas.
Pirrol, furano e tiofeno
A acidez do pirrol é aumentada em
consequência da estabilização de sua base
conjugada pela deslocalização de elétrons.
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Piridina
piridina
estes elétrons 
estão em um 
orbital sp2
perpendicular 
aos orbitais p
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 O íon piridinio é um ácido mais forte do que o íon amônio típico, porque o
hidrogênio ácido do íon piridinio está ligado a um nitrogênio sp2, que é mais
eletronegativo que um nitrogênio sp3.
íon piridinio
pka = 5,16
piridina
íon piperidinio
pka = 11,12
piperidina
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 A piridina é uma amina terciária, por isso sofre reações características de aminas
terciárias.
iodeto de N-metilpiridina
piridina N-óxido
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 A piridina é aromática. Assim como o benzeno apresenta
dois contribuintes de ressonância sem carga.
 Como o nitrogênio é retirador de elétrons, a piridina tem
três contribuintes de ressonância carregados que o
benzeno não tem.
contribuintes de ressonância da piridina
piridina
benzeno
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 O momento dipolar da piridina é 1,57 D.
 O nitrogênio retirador de elétrons está na parte final
negativa do dipolo.
piridina
benzeno
 Por ser aromática, a piridina (assim como o benzeno)
sofre reações de substituição aromáticas eletrofílica.
piridina
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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menos estável
menos estável
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
lento rápido
A SEAR na piridina ocorre no
C-3 porque o intermediário
mais estável é obtido.
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 O átomo de nitrogênio retirador de elétrons faz com que o intermediário obtido de
uma SEAR na piridina seja menos estável do que o carbocátion intermediário obtido
de uma SEAR do benzeno.
reatividade relativa diante da substituição aromática eletrofílica
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
3-bromopiridina
30%
ácido piridino-3-sulfônico
71%
3-nitropiridina
22%
✓ A piridina sofre SEAR
somente em condições
drásticas.
✓ Se o nitrogênio for
protonado sob condições
de reação, a reatividade
diminui.
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 A piridina possui reatividade similar a reatividade do benzeno desativado, portanto,
não sofre reações de Frieldel-Crafts.
não ocorre SEAR
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 O átomo de nitrogênio retirador de elétrons que desestabiliza o intermediário na
SEAR estabiliza-o nas reações de SNAR.
lento rápido
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
A piridina é mais reativa que o benzeno em reações de substituição
nucleofílica aromática (SNAR)
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 A SNAR da piridina ocorre no C-2 e no C-4.
mais estável
mais estável
posição 2
posição 3
posição 4
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 Se os grupos de saída no C-2 e C-4 são diferentes, o nucleófilo que se aproxima
substituirá preferencialmente a base mais fraca (o melhor grupo de saída).
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 As piridinas substituídas sofrem muitas das reações nas cadeias laterais sofridas
pelos benzenos substituídos.
 Piridinas alquil-substituídas, por exemplo, pode ser bromadas ou oxidadas.
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 Quando a 2-aminopiridina ou 4-aminopiridina é diazotada, forma-se a -piridona ou
a -piridona.
2-aminopiridina 2-hidroxipiridina
forma enol
-piridona 
forma ceto
4-aminopiridina 4-hidroxipiridina
forma enol
-piridona 
forma ceto
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 O nitrogênio retirador de elétrons faz com que os hidrogênios  dos grupos alquila
nas posições 2 e 4 do anel piridínico tenham aproximadamente a mesma acidez
dos hidrogênios  das cetonas.
Piridina
Heterociclos aromáticos de anéis de seis membros
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 Consequentemente, os hidrogênios  dos substituintes alquílicos podem ser
removidos por uma base, e os carbânions resultantes podem reagir como
nucleófilos.
condensação aldólica
reação SN2
Piridina
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Palavras-Chave e Conceitos
 Alquilação 
 Aminas
 Benzeno
 Eliminação de Cope
 Eliminação de Hofmann
 Furano
 Hibridação do nitrogênio
 Inversão da amina
 Momento dipolar
 Piridina
 Pirrol
 Pirrolidina
 Saís de amônio quaternário
 Substituição eletrofílica
 Substituição nucleofílica
 Tiofeno
 Catalisadores de transferência de 
fase
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