Tópicos Especiais de análise espectro

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1
TÓPICO ESPECIAL
D
Reações Eletrocíclicas e 
de Cicloadição
cis-Tetrametilciclobuteno
D.1 INTRODUÇÃO
Existem muitas reações nas quais determinadas características de simetria de orbitais 
moleculares controlam o curso global da reação. Essas reações são frequentemente cha-
madas de reações pericíclicas porque elas ocorrem através de estados de transição cíclicos. 
Com a bagagem de conhecimento da teoria do orbital molecular que obtivemos dos 
Capítulos 1 e 13, especialmente como ela se aplica aos polienos conjugados (dienos, trie-
nos etc.), estamos em posição de examinar alguns dos aspectos intrigantes dessas reações. 
Examinaremos em detalhes dois tipos básicos: reações eletrocíclicas e reações de cicloadição.
D.2 REAÇÕES ELETROCÍCLICAS
Várias reações, como a mostrada aqui, transformam um polieno conjugado em um com-
posto cíclico.
Ciclobuteno1,3-Butadieno
Em muitas outras reações, o anel de um composto cíclico se abre e forma-se um polieno 
conjugado.
Ciclobuteno 1,3-Butadieno
As reações desses tipos são chamadas de reações eletrocíclicas.
 Nas reações eletrocíclicas, as ligações σ e π são interconvertidas. Em nosso primeiro 
exemplo, uma ligação π do 1,3-butadieno transforma-se em uma ligação σ no ciclobu-
2 TÓPICO ESPECIAL D
teno. No nosso segundo exemplo, o inverso é verdadeiro: uma ligação σ do ciclobuteno 
transforma-se em uma ligação π no 1,3-butadieno.
 As reações eletrocíclicas têm vários aspectos característicos:
1. Elas necessitam apenas de calor ou luz para se iniciar.
2. Seus mecanismos não envolvem radical ou intermediários iônicos.
3. As ligações são formadas e quebradas em uma única etapa concertada envolvendo 
um estado de transição cíclico.
4. As reações são estereoespecíficas.
 Os exemplos que se seguem demonstram essa última característica das reações eletro-
cíclicas.
CH3
CH3
H
Hcalor
hν
CH3
CH3
CH3
CH3
H
H
CH3
CH3
H
H
H
H
cis-5,6-Dimetil-1,3-
ciclo-hexadieno
cis-3,4-Dimetilciclobuteno
trans,cis,trans-2,4,6-Octatrieno
trans,trans-2,4-Hexadieno
 Em cada um desses exemplos, uma única forma estereoisomérica do reagente produz 
uma única forma estereoisomérica do produto. A ciclização fotoquímica concertada do 
trans,trans-2,4-hexadieno, por exemplo, produz apenas o cis-3,4-dimetilciclobuteno; ela 
não produz o trans-3,4-dimetilciclobuteno.
CH3
CH3
H
(não é formado)H
trans-3,4-Dimetilciclobuteno
CH3
CH3
H
H
trans,trans-2,4-Hexadieno
hν
 As reações eletrocíclicas que estudaremos aqui e as reações de cicloadição concertadas 
que estudaremos na próxima seção eram pouco entendidas pelos químicos antes de 1960. 
Nos anos que se seguiram, vários cientistas, mais notavelmente K. Fukui, no Japão, H. C. 
Longuet-Higgins, na Inglaterra, e R. B. Woodward e R. Hoffmann, nos Estados Unidos, 
nos forneceram uma base para o entendimento de como essas reações ocorrem e por que 
elas ocorrem com uma estereoespecificidade notável.
 Todos esses cientistas trabalharam a partir da teoria do orbital molecular. Em 1965, 
Woodward e Hoffmann formularam suas descobertas teóricas em um conjunto de regras 
que não apenas habilitaram os químicos a entender as reações que já eram conhecidas, 
mas que também previam corretamente o resultado de muitas reações que não haviam 
sido tentadas.
 As regras de Woodward–Hoffmann são formuladas apenas para reações concertadas. 
As reações concertadas são reações nas quais as ligações são quebradas e formadas simul-
taneamente e, portanto, não ocorrem intermediários. As regras de Woodward–Hoffmann 
são baseadas nesta hipótese: Nas reações concertadas os orbitais moleculares do reagente são 
continuamente convertidos nos orbitais moleculares do produto. No entanto, esta conversão 
de orbitais moleculares não é uma conversão aleatória. Os orbitais moleculares têm sime-
trias características. Uma vez que eles têm simetrias características, existem restrições nas 
Hoffmann e fukui rece-
beram o Prêmio Nobel de 
1981 por esse trabalho.
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 3
quais os orbitais moleculares do reagente podem ser transformados em orbitais molecu-
lares específicos do produto.
 De acordo com Woodward e Hoffmann, diz-se que determinados caminhos de rea-
ção são permitidos por simetria, enquanto outros são proibidos por simetria. No entanto, 
dizer que um caminho específico é proibido por simetria não significa que a reação não 
ocorrerá. Significa simplesmente que, se a reação fosse ocorrer por um caminho proibido 
por simetria, a reação concertada teria uma energia livre de ativação muito mais alta. A 
reação pode ocorrer, mas ela provavelmente ocorrerá de uma maneira diferente: por meio 
de outro caminho, que seja permitido por simetria, ou por meio de um caminho não 
concertado.
 Uma análise completa das reações eletrocíclicas utilizando as regras de Woodward–
Hoffmann exige uma correlação de simetrias características de todos os orbitais molecu-
lares de reagentes e produto. Tais análises estão além do objetivo de nossa abordagem 
aqui. Entretanto, descobriremos que uma abordagem simplificada pode ser tomada, uma 
abordagem que é fácil de visualizar e, ao mesmo tempo, é acurada em muitos casos. Nessa 
abordagem simplificada de reações eletrocíclicas, focaremos nossa atenção apenas no orbi-
tal molecular ocupado de mais alta energia (HOMO) do polieno conjugado. Essa abordagem 
é baseada em um método desenvolvido por Fukui, chamado método do orbital de fronteira.
D.2A Reações Eletrocíclicas de Sistemas com 
4n Elétrons π
Vamos começar com uma análise da interconversão térmica do cis-3,4-dimetilciclobuteno 
no cis,trans-2,4-hexadieno mostrada aqui.
calor
CH3
CH3
H
H
cis-3,4-Dimetilciclobuteno
CH3
CH3
H
H
cis,trans-2,4-Hexadieno
 As reações eletrocíclicas são reversíveis, e assim o caminho para a reação direta é o 
mesmo que para a reação inversa. Nesse exemplo é mais fácil ver o que acontece aos 
orbitais se seguirmos a reação de ciclização, cis,trans-2,4-hexadieno → cis-3,4-dimetilci-
clobuteno.
 Nessa ciclização uma ligação π do hexadieno é transformada em uma ligação σ do 
ciclobuteno. Mas qual ligação π? E como ocorre essa conversão?
 Vamos começar examinando os orbitais moleculares π do 2,4-hexadieno e, em parti-
cular, o HOMO do estado fundamental (mostrado na Fig. D.1a).
 A ciclização com a qual estamos preocupados no momento, a cis,trans-2,4-hexadieno 
⇌ cis-3,4-dimetilciclobuteno, necessita apenas de calor. Concluímos, consequentemente, 
que os estados excitados do hexadieno não estão envolvidos, porque isso demandaria 
absorção de luz. Se focarmos no ψ2 – o HOMO do estado fundamental –, veremos como 
os orbitais p em C2 e em C5 podem ser transformados em uma ligação σ no ciclobuteno.
 Forma-se um orbital molecular σ ligante entre o C2 e o C5 quando os orbitais p 
giram no mesmo sentido (ambos no sentido horário, como mostrado, ou ambos no sentido 
anti-horário, o que leva a um resultado equivalente). O termo conrotatório é utilizado para 
descrever esse tipo de movimento dos dois orbitais p, um em relação ao outro.
ψ2
43
(+)(+) (−)(−)
(+)
(−)(+)
(−)
43
2 5
Movimento conrotatório
(leva à interação
ligante entre o
C2 e o C5)
H H
CH3
H
CH3
H
CH3
CH3 CCCC
ψ2 C
CH3 C C
HH
H
CH3H
C
Orbital molecular ocupado de mais 
alta energia (HOMO) do estado 
fundamental.
4 TÓPICO ESPECIAL D
 O movimento conrotatório permite que os lóbulos do orbital p com o mesmo sinal 
de fase se sobreponham. Ele também coloca os dois grupos metila do mesmo lado da 
molécula no produto, isto é, na configuração cis. Observe que, se o movimento conrota-
tório ocorre na direção oposta (no sentido anti-horário), os lobos de mesma fase ainda se 
sobrepõem, e os grupos metilas ainda são cis.
movimento
conrotatório
(leva à interação ligante)
ψ2 H
H H
CH3
H
CH3
CH3
CH3 CCCC
 O caminho com o movimento conrotatório dos grupos metila é consistente com o 
que sabemos ser verdadeiro a partir de experimentos: a reação térmica levaà interconversão 
de cis-3,4-dimetilciclobuteno e cis,trans-2,4-hexadieno.
calor
Movimento
conrotatório
cis-3,4-Dimetilciclobutenocis,trans-2,4-Hexadieno
H
3CH
H
3CH
H
H CH3
CH3
 Agora podemos examinar outra interconversão 2,4-hexadieno ⇌ 3,4-dimetilciclobu-
teno: uma interconversão que ocorre sob a influência da luz. Essa reação é mostrada aqui.
FIGURA D.1 Os orbitais moleculares π do 2,4 
hexadieno. (a) A distribuição eletrônica do estado 
fundamental. (b) A distribuição eletrônica do 
primeiro estado excitado. (O primeiro estado 
excitado é formado quando a molécula absorve um 
fóton de luz de comprimento de onda apropriado.) 
Observe que os orbitais do 2,4-hexadieno são 
semelhantes àqueles do 1,3-butadieno mostrados 
na Fig. 13.4.
ψ1ψ1
ψ2
Estado
fundamental
(a)
O
M
’s
 li
ga
nt
es
Estado
excitado
(b)
ψ2
(HOMO)
O
M
’s
 a
nt
ili
ga
nt
es
(HOMO)
ψ3* ψ3* 
ψ4*ψ4*
(+)
(−)
(+)
(−)
(+)
(−)
(−)
(+)
C
CC
C
(–)
(+)
(+)
(−)
(−)
(−)
(+)
(+)
C
CC
C
(+)
(−)
(+)
(+)
(−)
(−)
(+)
(−)
C
CC
C
(+)
(+)
(+)
(+)
(−)
(−)
(−)
(−)
C
CC
C
[ DICA ÚTIL ]
Utilize um kit molecular de modo 
a explorar a estereoquímica que 
resulta do movimento conrotatório 
ou disrotatório nesses e em outros 
exemplos.
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 5
Movimento
disrotatório
hν
cis-3,4-Dimetilciclobutenotrans,trans-2,4-Hexadieno
H
3CH
H
3CH
3CH
HH
CH3
Na reação fotoquímica, o cis-3,4-dimetilciclobuteno e o trans,trans-2,4-hexadieno são 
interconvertidos. A interconversão fotoquímica ocorre com os grupos metila girando em 
sentidos opostos, isto é, com os grupos metila sofrendo movimento disrotatório.
 A reação fotoquímica pode também ser entendida considerando-se os orbitais do 
2,4-hexadieno. No entanto, nessa reação – uma vez que está envolvida a absorção de 
luz – queremos olhar o primeiro estado excitado do hexadieno (Fig. D.1b). Queremos 
examinar ψ3*, porque no primeiro estado excitado ψ3* é o orbital molecular ocupado de 
mais alta energia.
Orbital molecular
ocupado de mais alta
energia do primeiro
estado excitado
ψ3*
C
H
H
CH3
CH3
H
H
C
C
C
Descobrimos que o movimento disrotatório dos orbitais em C2 e em C5 de ψ3* permite 
que os lóbulos de mesmo sinal se sobreponham e formem um orbital molecular sigma 
ligante entre eles. O movimento disrotatório dos orbitais, obviamente, também necessita 
do movimento disrotatório dos grupos metila, e, mais uma vez, isto é consistente com o 
que encontramos experimentalmente. A reação fotoquímica resulta na interconversão do 
cis-3,4-dimetilciclobuteno no trans,trans-2,4-hexadieno.
cis-3,4-Dimetilciclobutenotrans,trans-2,4-Hexadieno
43
52
Movimento disrotatório
(leva à interação
ligante entre C2 e C5)
ψ3*
HH H
CH3
H
CH3
CH3CH3 CCCC
 Uma vez que ambas as interconversões que apresentamos até aqui envolvem o cis-3,-
4-dimetilciclobuteno, podemos resumi-las da seguinte maneira:
CH3
CH3
trans, trans-2,4-Hexadieno
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
cis-3,4-Dimetil-
ciclobuteno
cis, trans-2,4-Hexadieno
hν
disrotatório
calor
conrotatório H
H
H
H
6 TÓPICO ESPECIAL D
Vemos que essas duas interconversões ocorrem com estereoquímica exatamente oposta. 
Vemos também que a estereoquímica das interconversões depende de se a reação é reali-
zada através da aplicação da luz ou do calor.
 A primeira regra de Woodward–Hoffmann pode ser formulada da seguinte maneira:
1. Uma reação eletrocíclica térmica envolvendo 4n elétrons π (em que n = 1, 2, 
3, ...) ocorre com movimento conrotatório; a reação fotoquímica ocorre com 
movimento disrotatório.
Ambas as interconversões que estudamos envolvem sistemas de 4 elétrons π e ambas 
seguem essa regra. Muitos outros sistemas de 4n elétrons π têm sido estudados desde que 
Woodward e Hoffmann enunciaram a sua regra. Descobriu-se que praticamente todos 
esses sistemas seguem essa regra.
Qual o produto que você esperaria de uma ciclização fotoquímica concertada do cis,trans- 
2,4-hexadieno?
CH3
CH3
cis, trans-2,4-Hexadieno
H
H
(a) Mostre os orbitais envolvidos na seguinte reação eletrocíclica térmica.
H
3CHCH3 CH3
CH3CH3
H
3CH
200 °C
3CH
H
H
3CH
(b) Os grupos giram de uma maneira conrotatória ou disrotatória?
Você pode sugerir um método para realizar uma conversão estereoespecífica do trans,trans- 
2,4-hexadieno no cis,trans-2,4-hexadieno?
Os seguintes 2,4,6,8-decatetraenos sofrem fechamento de anel para dimetilciclooctatrie-
nos quando aquecidos ou irradiados. Que produto você esperaria a partir de cada uma das 
reações?
(a) 
3CHH3CH H
?
 (b) 
3CHH3CHH
calor
?
PROBLEMA DE REVISÃO D.1
PROBLEMA DE REVISÃO D.2
PROBLEMA DE REVISÃO D.3
PROBLEMA DE REVISÃO D.4
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 7
D.2B Reações Eletrocíclicas de Sistemas com (4n + 2) 
Elétrons π
A segunda regra de Woodward–Hoffmann para as reações eletrocíclicas é enunciada da 
seguinte maneira:
2. Uma reação eletrocíclica térmica envolvendo (4n + 2) elétrons π (em que n = 
0, 1, 2, ...) ocorre com movimento disrotatório; a reação fotoquímica ocorre com 
movimento conrotatório.
De acordo com essa regra, o sentido da rotação das reações térmicas e fotoquímicas de 
sistemas com (4n + 2) elétrons π é o contrário daquele para sistemas correspondentes 
com 4n elétrons. Portanto, podemos resumir ambos os sistemas da maneira mostrada na 
Tabela D.1.
(b) 
H3CH
3CHH
3CHH3CH H
 (c) 
HH
Para cada uma das reações vistas a seguir, (1) diga se está envolvido um movimento con-
rotatório ou disrotatório dos grupos e (2) diga se você esperaria que a reação ocorresse sob 
a influência de calor ou de luz.
(a) 
H
3CH2CO
H
3CH2CO
3CH2CO
3CH2CO
H
H
TABELA D.1 REGRAS DE WOODWARD–HOFFMANN PARA REAÇÕES 
ELETROCÍCLICAS
Número de Elétrons π Movimento Regra
4n Conrotatório Termicamente permitida, fotoquimicamente proibida
4n Disrotatório Fotoquimicamente permitida, termicamente proibida
4n + 2 Disrotatório Termicamente permitida, fotoquimicamente proibida
4n + 2 Conrotatório Fotoquimicamente permitida, termicamente proibida
 As interconversões vistas a seguir do trans-5,6-dimetil-1,3-ciclo-hexadieno e dos dois 
diferentes 2,4,6-octatrienos ilustram as interconversões térmicas e fotoquímicas de siste-
mas com 6 elétrons π (4n + 2, em que n = 1).
CH3
CH3
H
H
trans-5,6-Dimetil-1,3-
ciclo-hexadieno
trans,cis,trans-2,4,6-
Octatrieno
CH3
H
CH3
H
hν
calor
trans,cis,cis-2,4,6-
Octatrieno
CH3
H
CH3
H
PROBLEMA DE REVISÃO D.5
8 TÓPICO ESPECIAL D
Na reação térmica a seguir, os grupos metila giram de uma maneira disrotatória.
transtrans, cis, cis 
H
3CHH
3CH
disrotatório)
(movimento
calor
3CH HC 3H H
Na reação fotoquímica, os grupos giram de uma maneira conrotatória.
trans, cis, trans trans
H
3CHH
3CH
hν
conrotatório)
(movimento
3CHHC 3H H
 Podemos entender como essas reações ocorrem se examinarmos os orbitais molecu-
lares π mostrados na Fig. D.2. De novo, devemos prestar atenção no orbital molecular 
ocupado de mais alta energia. Para a reação térmica de um 2,4,6-octatrieno, o orbital 
ocupado de mais alta energia é o ψ3 porque a molécula reage no seu estado fundamental.
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
CHCH3
CH
CH3CH
CH
CHCH
ψ1
ψ2
ψ3
ψ4*
ψ5*
ψ6*
HOMO
HOMO
Orbitais
ligantes
Orbitais
antiligantes
Primeiro estado
excitado
Estado
fundamental
FIGURA D.2 Os orbitais moleculares 
π do 2,4,6-octatrieno. O primeiro 
estado excitado é formado 
quando a molécula absorve luz de 
comprimento de onda apropriado. 
(Estes orbitais moleculares são 
obtidos utilizando-se procedimentos 
que estão além do objetivo de 
nossas discussões.)
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 9
O HOMO (ψ3) do estado fundamental do
do trans,cis,cis-2,4,6-octatrieno
C C
C C
H HCH3 CH3
C C
 Vemos na figura a seguir que o movimento disrotatório de orbitais em C2 e em C7 
do ψ3 permite a formação de um orbital molecularsigma ligante entre eles. O movimen-
to disrotatório de orbitais, obviamente, também requer o movimento disrotatório dos 
grupos ligados a C2 e a C7. O movimento disrotatório dos grupos é o que observamos 
na reação térmica: trans,cis,cis-2,4,6-octatrieno → trans-5,6-dimetil-1,3-ciclo-hexadieno.
CH3
H
H
CH3
calor
O movimento
disrotatório leva à
interação ligante.
HOMO do
estado
fundamental
transtrans, cis, cis
ψ3
54
63
8
72
1
HCH3
C
HCH3
C
 Quando consideramos a reação fotoquímica, trans,cis,trans-2,4,6-octatrieno ⇌ trans- 
5,6-dimetil-1,3-ciclo-hexadieno, queremos focar nossa atenção no ψ4*. Na reação foto-
química, a luz provoca a promoção de um elétron do ψ3 para o ψ4*, e, assim, o ψ4* passa 
a ser o HOMO. Devemos também olhar a simetria dos orbitais em C2 e em C7 de ψ4*, 
porque esses são os orbitais que formam uma ligação σ. Na interconversão mostrada aqui, 
o movimento conrotatório dos orbitais permite que os lóbulos de mesmo sinal se sobre-
ponham. Portanto, podemos entender por que o movimento conrotatório dos grupos é o 
que observamos na reação fotoquímica.
hν
O movimento
conrotatório leva à
interação ligante.
HOMO do
primeiro
estado
excitado
ψ4 do trans,cis,trans-2,4,6-Octatrieno
HH CH3CH3
CH3
H
H
CH3
trans
Forneça a estereoquímica do produto que você esperaria de cada uma das seguintes reações 
eletrocíclicas.
(a) 
calor
CH3
CH3
H
H
 (b) 
CH3
CH3
H
H
Você pode sugerir um método estereoespecífico para a conversão do trans-5,6-dimetil-1, 
3-ciclo-hexadieno no cis-5,6-dimetil-1,3-ciclo-hexadieno?
PROBLEMA DE REVISÃO D.6
PROBLEMA DE REVISÃO D.7
10 TÓPICO ESPECIAL D
Quando o composto A é aquecido, o composto B pode ser isolado da mistura da reação. 
Ocorre uma sequência de duas reações eletrocíclicas; a primeira envolve um sistema de 4 
elétrons π, e a segunda envolve um sistema de 6 elétrons π. Esboce ambas as reações ele-
trocíclicas e forneça a estrutura do intermediário que intervém.
BA
calor
H
H
H
H
D.3 REARRANJOS DE COPE E DE CLAISEN
Os rearranjos de Cope e de Claisen são reações eletrofílicas que envolvem moléculas que 
têm duas ligações duplas separadas por três ligações simples. Um rearranjo de Cope 
começa com um 1,5-dieno e leva a outro 1,5-dieno. Um rearranjo de Claisen começa 
com um alil vinil éter e leva a um composto carbonilado γ-insaturado.
Rearranjo de Cope
de um 1,5-dieno
Rearranjo de Claisen de
um alil vinil éter
OO [3,3]
calor
[3,3]
calor
 Os rearranjos de Cope e Claisen são classificados como rearranjos [3.3] sigmatró-
picos, pois uma ligação σ (a ligação em vermelho acima) se rearranja para uma posição 
na qual, em cada extremidade, está separada por três átomos da sua posição inicial. O 
rearranjo é promovido pelo aquecimento, e todas as mudanças de ligação ocorrem simul-
taneamente – isto é, são reações concertadas. Tanto o rearranjo de Cope quanto o de 
Claisen envolvem seis elétrons: dois elétrons σ e quatro elétrons π, o que dá um caráter 
aromático aos elétrons deslocalizados do estado de transição, pois 6 é um número que se 
encaixa na regra de Hückel (Capítulo 14). Podemos indicar o fluxo de elétrons e os esta-
dos de transição para exemplificar rearranjos de Cope e de Claisen como é visto a seguir:
Rearranjo de Cope
‡
3,3-Dimetil-
1,5-hexadieno
Estado de
transição
aromático
2-Metil-2,6-
heptadieno
O rearranjo de Cope é um 
equilíbrio que favorece o 
produto termodinamicamente 
mais estável.
Rearranjo de Claisen
‡
Alil vinil éter Estado de
transição aromático
4-Pentenal
calor
O OO
Um rearranjo de Claisen 
favorece a formação do 
produto carbonilado porque 
ele é termodinamicamente 
mais estável do que o alil vinil 
éter.
PROBLEMA DE REVISÃO D.8
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 11
Que reagente levaria a cada um dos produtos por rearranjo de Cope ou de Claisen?
(a) 
calor
? (b) 
calor
O
?
D.4 REAÇÕES DE CICLOADIÇÃO
Existem várias reações de alquenos e polienos nas quais duas moléculas reagem para for-
mar um produto cíclico. Essas reações, chamadas reações de cicloadição, são mostradas a 
seguir.
Uma cicloadição [4 + 2]
(aduto)
Ciclo-hexeno
(dienófilo)
AlquenoDieno
+
Uma cicloadição [2 + 2]
CiclobutanoAlqueno
+
Alqueno
 Os químicos classificam as reações de cicloadição com base no número de elétrons 
π envolvidos em cada componente. A reação de dois alquenos para formar um ciclobu-
tano é uma cicloadição [2 + 2]; a reação de um dieno com um alqueno para formar um 
ciclo-hexeno é chamada de cicloadição [4 + 2]. Já estamos familiarizados com a cicloa-
dição [4 + 2], porque ela é uma reação de Diels–Alder que estudamos na Seção 13.10.
 As reações de cicloadição assemelham-se às reações eletrocícilicas nos seguintes impor-
tantes aspectos:
1. As ligações sigma e pi são interconvertidas.
2. As reações de cicloadição necessitam apenas de calor e luz para que se iniciem.
3. Não estão envolvidos intermediários radicalares ou iônicos nos mecanismos para 
cicloadições concertadas.
4. As ligações são formadas e quebradas em uma única etapa concertada envolvendo 
um estado de transição cíclico.
5. As reações de cicloadição são muito estereoespecíficas.
 Como poderíamos esperar, as reações de cicloadição concertadas assemelham-se às 
reações eletrocíclicas em um outro aspecto importante: Os elementos de simetria dos orbi-
tais moleculares interagindo permitem-nos explicar suas estereoquímicas. Os elementos 
Preveja o produto de cada uma das reações vistas a seguir:
(a) 
Calor
 (b) 
Calor
(c) 
calor
O
 (d) 
calor
CO2
−
CO2
−
OH
O
Prefenato
Clorismato
(um metabólito
crucial em plantas e
micro-organismos)
PROBLEMA DE REVISÃO D.9
PROBLEMA DE REVISÃO D.10
12 TÓPICO ESPECIAL D
de simetria dos orbitais que estão interagindo também nos permitem explicar duas outras 
observações que fizemos sobre as reações de cicloadição:
1. As reações fotoquímicas de cicloadição [2 + 2] ocorrem rapidamente, enquan-
to as cicloadições térmicas [2 + 2] ocorrem apenas sob condições extremas. 
Quando as cicloadições térmicas [2 + 2] ocorrem, elas ocorrem através de mecanismos 
radicalares (ou iônicos), e não através de um processo concertado.
2. As reações térmicas de cicloadição [4 + 2] ocorrem rapidamente, e as cicloadi-
ções fotoquímicas [4 + 2] são difíceis.
D.4A Cicloadições [2 + 2]
Vamos começar com uma análise da cicloadição [2 + 2] de duas moléculas de eteno para 
formar uma molécula de ciclobutano.
2 
H2C CH2
H2C CH2
CH2
CH2
Nessa reação vemos que as duas ligações π são convertidas em duas ligações σ. Mas como 
essa conversão ocorre? Uma maneira de responder a essa pergunta é examinar os orbitais 
de fronteira dos reagentes. Os orbitais de fronteira são o HOMO de um reagente e o 
LUMO do outro reagente.
 Podemos ver como as interações dos orbitais de fronteira funcionam se examinarmos 
a possibilidade de uma conversão térmica concertada das duas moléculas de eteno no 
ciclobutano.
 As reações térmicas envolvem moléculas reagindo em seus estados fundamentais. 
Mostramos a seguir o diagrama de orbitais para o eteno no seu estado fundamental.
O estado fundamental do eteno
π* LUMO
Orbital
antiligante
π HOMO
Orbital
liganteCH2CH2
CH2CH2
 O HOMO do eteno no seu estado fundamental é o orbital π. Uma vez que esse orbi-
tal contém dois elétrons, ele interage com um orbital molecular vazio de outra molécula 
de eteno. O LUMO do estado fundamental do eteno é, obviamente, o π*.
Proibido por simetria
Interação
antiligante
LUMO de
outra molécula
de eteno
CH2
CH2
HOMO de
uma molécula
de eteno
CH2
π*π
CH2
 No entanto, vemos a partir do diagrama anterior, que a sobreposição do orbital π de 
uma molécula de eteno com o orbital π* de outra molécula de eteno não leva à ligação 
entre ambos os conjuntos de átomos de carbono porque os orbitais de sinais contrários 
REAÇÕES ELETROCÍCLICAS E DE CICLOADIÇÃO 13
sobrepõem-se entre o par de átomos de carbono superiores. Diz-se que essa reação é proi-
bida por simetria. O que isso significa? Isso significaque uma cicloadição térmica (ou no 
estado fundamental) do eteno seria improvável de ocorrer em um processo concertado. 
Isso é exatamente o que descobrimos de modo experimental; as cicloadições térmicas do 
eteno, quando elas ocorrem, o fazem através de mecanismos radicalares não concertados.
 O que, então, podemos decidir sobre a outra possibilidade – uma cicloadição foto-
química [2 + 2]? Se uma molécula de eteno absorve um fóton de luz de comprimento de 
onda apropriado, um elétron é promovido de π para π*. Nesse estado excitado o HOMO 
de uma molécula de eteno é o π*. O diagrama a seguir mostra como o HOMO de uma 
molécula de eteno no estado excitado interage com o LUMO de uma molécula de eteno 
no estado fundamental.
Interação
ligante
Interação
ligante
Permitido por simetria
LUMO
de uma molécula
de eteno no
estado fundamental
CH2
CH2
HOMO de
uma molécula
de eteno no
estado excitado 
CH2
CH2
 Descobrimos aqui que as interações ligantes ocorrem entre ambos os grupos CH2, isto 
é, os lóbulos de mesmo sinal sobrepõem-se entre ambos os conjuntos de átomos de car-
bono. Os diagramas de correlação completos também mostram que a reação fotoquímica 
é permitida por simetria e ocorreria rapidamente através de um processo concertado. Isso, 
além do mais, é o que observamos experimentalmente: O eteno reage rapidamente em 
uma cicloadição fotoquímica.
 A análise que acabamos de fornecer para a cicloadição [2 + 2] do eteno pode ser feita 
para qualquer cicloadição [2 + 2] de alqueno porque os elementos de simetria dos orbitais 
π e π* de todos os alquenos são os mesmos. 
Quais produtos você esperaria das seguintes reações de cicloadição concertadas? (Forneça 
as fórmulas estereoquímicas.)
(a) 2 cis-2-Buteno
(b) 2 trans-2-Buteno
Mostre o que acontece na seguinte reação:
D.4B Cicloadições [4 + 2]
As cicloadições [4 + 2] – reações de Diels–Alder – são reações térmicas. As considerações 
de interações de orbitais nos permitem explicar também esses fatos. Para ver como, vamos 
considerar o diagrama mostrado na Fig. D.3.
 Ambos os modos de sobreposição de orbitais mostrados na Fig. D.3 levam a intera-
ções e ambos envolvem os estados fundamentais dos reagentes. O estado fundamental de 
um dieno tem dois elétrons em ψ2 (o seu HOMO). A sobreposição mostrada na Fig. D.3a 
permite que esses dois elétrons fluam para o LUMO, π*, do dienófilo. A sobreposição 
mostrada na Fig. D.3b permite que dois elétrons fluam do HOMO do dienófilo, π, para 
o LUMO do dieno, ψ3*. Diz-se que essa reação térmica é permitida por simetria.
PROBLEMA DE REVISÃO D.11
PROBLEMA DE REVISÃO D.12
14 TÓPICO ESPECIAL D
 Na Seção 13.11 vimos que a reação de Diels–Alder ocorre com retenção de configu-
ração do dienófilo. Uma vez que a reação de Diels-Alder é normalmente concertada, ela 
também ocorre com retenção de configuração do dieno.
R2H
R1 H
4R
H
3R
H
H1R
2RH
HH
4R3R
Retenção de
configuração
do dieno
Retenção de
configuração
do dienófilo
Quais produtos você esperaria das seguintes reações?
(a) ?
CH3
CH3
H
H
C
CN
CNNC
NC
C
(b) ?
H
CH3
CH3
H
C
CN
CNNC
NC
C
FIGURA D.3 Duas interações 
permitidas por simetria para uma 
cicloadição térmica [4 + 2]. (a) 
Interação ligante entre o HOMO de 
um dieno e o LUMO de um dienófilo. 
(b) Interação ligante entre o LUMO 
do dieno e o HOMO de um dienófilo.
Interação ligante
(permitida por simetria)
(b)
+
C C
CC
Interação ligante
(permitida por simetria)
(a)
HOMO
π
(dienófilo)
LUMO
ψ3*
(dieno)
LUMO
π*
(dienófilo)
HOMO
ψ2
(dieno)
+
C C
CC
PROBLEMA DE REVISÃO D.13
Polímeros de Crescimento 
em Etapas
Náilon 6,6
Vimos, no Tópico Especial C, que moléculas grandes com muitas subunidades que se 
repetem – chamadas polímeros – podem ser preparadas através de reações de adição de 
alquenos. Estes polímeros, que observamos, são chamados de polímeros de crescimento de 
cadeia ou polímeros de adição.
 Outro amplo grupo de polímeros foi chamado de polímeros de condensação, mas 
hoje é mais frequentemente chamado de polímeros de crescimento em etapas. Estes 
polímeros, como seu antigo nome sugere, são preparados através de reações de conden-
sação – reações nas quais as subunidades monoméricas são unidas através de eliminações 
intermoleculares de pequenas moléculas tais como água ou álcoois. Dentre os polímeros 
de condensação mais importantes estão as poliamidas, os poliésteres, as poliuretanas e as 
resinas de formaldeído.
E.1 POLIAMIDAS
A seda e a lã são polímeros naturais que os humanos têm utilizado por séculos para fabri-
car artigos de vestuário. Eles são exemplos de uma família de compostos que são chamados 
de proteínas – um grupo de compostos que abordaremos em detalhes no Capítulo 24. 
Neste ponto precisamos apenas observar (veja a seguir) que as subunidades de proteínas 
que se repetem são derivadas de α-aminoácidos e que estas subunidades são unidas por 
ligações de amida. As proteínas, portanto, são poliamidas:
R′
O
H
R″
O
H
R″′
O
N
N
H
O
N
R
N
H
ligações de amida
O
R
OH
N2H
Um α-aminoácido
Uma parte de uma cadeia de poliamida
como ela pode ocorrer em uma proteína.
TÓPICO ESPECIAL
E
2 TÓPICO ESPECIAL E
 A busca de um material sintético com propriedades similares àquelas da seda levou à 
descoberta de uma família de poliamidas sintéticas denominadas náilons.
 Um dos mais importantes náilons, chamado náilon 6,6 (mostrado na figura de aber-
tura deste capítulo) pode ser preparado a partir do ácido dicarboxílico de seis carbonos, 
o ácido adípico, e da diamina de seis carbonos, hexametilenodiamina (hexano-1,6-dia-
mina). No processo comercial, estes dois compostos são deixados reagir em proporções 
equimolares de modo a produzir um sal 1:1. A seguir, o aquecimento do sal 1:1 (sal de 
náilon) a uma temperatura de 270 °C e a uma pressão de 250 psi (libras por polegada 
quadrada) faz com que ocorra a polimerização. As moléculas de água são perdidas à medi-
da que as reações de condensação ocorrem entre os grupos 
O
O
C e −N
+
H3 do sal para 
fornecer a poliamida.
H
3NH
H
O
N
O
N
H
O
N
O
−O ( )3( )2
Náilon 6,6
(uma poliamida)
n−1
+
O
–O
O
−O
3NH
N+3H +
sal 1:1 (sal de náilon)
n
(polimerização)
calor
2NH
N2H
O
OH
O
HO +
HexametilenodiaminaÁcido adípico
 O náilon 6,6 produzido desta maneira tem massa molecular de aproximadamente 
10.000, tem ponto de fusão de cerca de 250 °C e, quando fundido, pode ser processado 
em fibras a partir do fundido. As fibras são, então, esticadas até aproximadamente quatro 
vezes o seu comprimento original. Isto orienta as moléculas lineares de poliamida de tal 
forma que elas fiquem paralelas aos eixos das fibras e permita que se formem ligações 
de hidrogênio entre os grupos —NH— e C=O em cadeias adjacentes. O estiramento, 
chamado “desenho frio”, aumenta enormemente a força das fibras.
 Outro tipo de náilon, o náilon 6, pode ser preparado através de uma polimerização de 
abertura de anel da ε-caprolactama:
( )n
O
H
N
O
H
N
O
H
N
3NH
O
O–
Náilon 
-Caprolactama
250 °C
O)2−H(
NH
O
+
(uma amida cíclica)
+
O2H
NH
O
 Neste processo, a ε-caprolactama é deixada reagir com água, convertendo parte dela 
em ácido ε-aminocaproico. A seguir, o aquecimento dessa mistura a 250 °C retira a água 
à medida que a ε-caprolactama e o ácido ε-aminocaproico (ácido 6-amino-hexanoico) 
POLÍMEROS DE CRESCIMENTO EM ETAPAS 3
reagem para produzir a poliamida. O náilon 6 também pode ser convertido em fibras 
através da fiação por fusão.
As matérias-primas para a produção do náilon 6,6 podem ser obtidas de várias maneiras, 
como indicado a seguir. Escreva as fórmulas estruturais para cada composto cuja fórmula 
molecular é dada nas sínteses vistas a seguir do ácido adípico e da hexametilenodiamina:
A QUÍMICA DE... Um Estoque de Matéria-Prima Verde para Alimentar a Produção 
de Náilon
Bilhões de libras de ácido adípico são necessários por ano 
como estoque de matéria-prima para alimentar a síntese 
de náilon. Atualmente, a fonte industrialpredominante de 
ácido adípico é através de uma síntese a partir de benzeno. 
Entretanto, o benzeno é conhecido como um carcinogêni-
co, sendo derivado de uma fonte natural não renovável, o 
petróleo. No Problema de Revisão E.1, a síntese industrial 
do ácido adípico a partir do benzeno é esboçada. Esta sínte-
se, além de começar com um 
material de partida indesejável, 
também produz N2O na etapa 
final. O óxido nitroso é um gás 
que provoca o efeito estufa 
e que destrói a camada de 
ozônio. O prejuízo ambiental 
da síntese do ácido adípico 
a partir do benzeno fez com 
que os químicos procurassem 
rotas alternativas. Um método 
promissor é aquele desenvol-
vido por John W. Frost e Karen 
Draths da Michigan State Uni-
versity, que utilizaram a bio-
logia molecular e a química 
orgânica para criar uma rota 
não prejudicial ao ambiente 
para o ácido adípico.
 A preparação engenhosa 
de Frost e Draths do ácido 
adípico envolve uma bactéria 
geneticamente construída. To-
das as bactérias (bem como 
as plantas e alguns outros mi-
cro-organismos) utilizam um 
caminho metabólico natural 
chamado de caminho do áci-
do chiquímico para converter 
a glicose em aminoácidos 
aromáticos e outros metabólitos essenciais. Frost e Draths 
utilizaram técnicas de fatiamento de gene para criar a bacté-
ria Escherichia coli geneticamente alterada que, em vez de 
produzir os produtos finais normais do caminho do ácido 
chiquímico, produz o ácido cis,cis-mucônico [ácido (2Z,4Z)- 
2,4-hexadiendioico]. O ácido cis,cis-mucônico pode, por sua 
vez, ser convertido em ácido adípico (ácido 1,6-hexanodioico) 
por meio de uma hidrogenação catalítica simples.
H2, catalisador
Ácido chiquímico
COOH
HOOC
HOOC
HOOC
HO
OH
Caminho
geneticamente
modificado
COOH
HO
OH
COOH
HO
OH
OH
Ácido adípico
(1,6-hexanodioico)
Ácido (cis,cis)-mucônico
[ácido (2Z,4Z)-2,4-
hexadiendioico]
A cada ano, bilhões de libras
de ácido adípico são
necessárias para a
síntese do náilon.
CatecolÁcido
protocatecuico (PCA)
Ácido
desidrochiquímico (DHS)
L-Fenilalanina, L-tirosina,
L-triptofano e outros
metabólitos
D-Glicose
Caminho
natural do
ácido
chiquímico COOH
O
OH
OH
(Continua)
(a) Benzeno 
H2, cat.
C6H12 
O2, cat.
C6H12O + C6H10O 
HNO3, cat.
Ácido adípico + N2O
 (larga)
(como uma mistura)
IV: ∼3300 cm 1 IV: ∼1714 cm 1
(b) Ácido adípico
2 NH3
um sal
calor 350 °C
C6H12N2O2 
catalisador
4 H2
C6H8N2 hexametilenodiamina
catalisador
(c) 1,3-Butadieno 
Cl2
C4H6Cl2 
2 NaCN
Ni
C6H6N2 
H2
hexametilenodiaminaC6H8N2 
4 H2
catalisador
(d) Tetraidrofurano
2 HCl
C4H8Cl2 
2 NaCN
 hexametilenodiaminaC6H8N2 
4 H2
catalisador
PROBLEMA DE REVISÃO E.1
4 TÓPICO ESPECIAL E
Um dos mais importantes poliésteres é o poli(tereftalato de etileno), um polímero que é 
comercializado sob os nomes de Dacron, Terylene e Mylar:
O
O
O
O
O
O
O
O
n
Poli(tereftalato de etileno) ou PET
(Dacron, Terylene ou Mylar)
 Pode-se obter o poli(tereftalato de etileno) por meio de uma esterificação direta cata-
lisada por ácido do etileno glicol e do ácido tereftálico:
O
OH
O
HO
OH
HO
+ H2OPET
Poli(tereftalato de etileno)
+
Ácido tereftálicoEtileno glicol
calor
HA
 Outro método para a síntese do poli(tereftalato de etileno) é baseado nas reações de 
transesterificação – reações nas quais um éster é convertido em outro. Uma síntese comer-
cial utiliza duas transesterificações. Na primeira, o tereftalato de dimetila e o excesso de 
etileno glicol são aquecidos a 200 °C na presença de um catalisador básico. A destilação 
da mistura resulta na perda de metanol (p.eb. 64,7 °C) e na formação de um novo éster, 
um éster formado a partir de 2 mol de etileno glicol e 1 mol de ácido tereftálico. Quando 
este novo éster é aquecido a uma temperatura mais alta (~280 °C), o etileno glicol (p.eb. 
198 °C) destila e ocorre a polimerização (a segunda transesterificação):
OH
HO
O
O
O
O
OH
2 HO
O
3OCH
O
CO3H 200 °C
base
Etileno glicolTereftalato de dimetila
+ 
2 CH3OH+ 
 Apesar de não adaptado ainda a uma escala industrial, 
o método de Frost e Draths representa o tipo de inovação 
que promete ter uma influência relevante na relação da in-
dústria com o ambiente. A mistura da química orgânica com 
a biotecnologia deu a eles o Presidential Green Chemistry 
Challenge Award de 1998. (Para mais informações, veja 
Cann, M. C.; e Connelly, M. E., Real World Cases in Green 
Chemistry; American Chemical Society: Washington DC, 
2000, e as referências lá citadas.)
E.2 POLIÉSTERES
POLÍMEROS DE CRESCIMENTO EM ETAPAS 5
OH
n HO
O
O
O
O
OH
HO
O
O
O
O
n
+n
PET
 O poli(tereftalato de etileno) assim produzido funde a aproximadamente 270 °C. Ele 
pode ser transformado no processo de fiação por fusão em fibras para produzir o Dacron 
ou o Terylene; ele também pode ser transformado em filme, forma que é comercializado 
como Mylar.
As transesterificações são catalisadas por ácidos ou por bases. Utilizando a reação de trans- 
esterificação que ocorre quando o tereftalato de dimetila é aquecido com o etileno glicol 
como um exemplo, esboce mecanismos razoáveis para (a) a reação catalisada por base e (b) 
a reação catalisada por ácido.
Kodel é outro poliéster que experimenta larga utilização comercial:
n
O
O
O
O
Kodel
O Kodel é também produzido através da transesterificação. (a) Que éster metílico e que 
álcool são necessários para a síntese do Kodel? (b) O álcool pode ser preparado a partir do 
tereftalato de dimetila. Como isto pode ser feito?
O aquecimento de anidrido ftálico e glicerol juntos produz um poliéster chamado resina 
de gliptal. Uma resina de gliptal é especialmente rígida porque as cadeias de polímeros 
apresentam “ligações cruzadas”. Escreva uma parte da estrutura de uma resina de gliptal e 
mostre como a ligação cruzada ocorre.
Lexan, um “policarbonato” de massa molecular alta, é fabricado por meio da mistura de 
bisfenol A com fosgênio na presença de piridina. Sugira uma estrutura para o Lexan.
O
ClCl
OHHO
FosgênioBisfenol A
PROBLEMA DE REVISÃO E.2
PROBLEMA DE REVISÃO E.3
PROBLEMA DE REVISÃO E.4
PROBLEMA DE REVISÃO E.5
6 TÓPICO ESPECIAL E
As familiares “resinas epóxi” ou “colas epóxi” normalmente consistem em dois compo-
nentes que são algumas vezes rotulados “resina” e “endurecedor”. A resina é fabricada 
deixando-se que o bisfenol A reaja com um excesso de epicloroidrina, Cl
O
, na 
presença de uma base até que um polímero de massa molecular baixa seja obtido. (a) Qual 
é a provável estrutura para esse polímero? (b) Qual é o propósito de se utilizar um exces-
so de epicloroidrina? (c) O endurecedor, normalmente, é uma amina como o composto 
mostrado a seguir. Que reação ocorre quando a resina e o endurecedor são misturados?
2NH
H
N
N2H
A QUÍMICA DE... Um Método de Reciclagem Verde do PET
É essencial que reciclemos os polímeros para assim con-
servarmos as fontes naturais e minimizarmos os rejeitos. Os 
polímeros que não podem ser reciclados são incinerados ou 
enviados para aterros. No caso do PET, poli(tereftalato de 
etileno), a reciclagem de seus fragmentos para nova utilização 
em recipientes de alimentos e de bebidas apresenta um de-
safio especial, porque apenas o PET reciclado de alta pureza 
é aceitável para o empacotamento de alimentos. Felizmente, 
a Companhia DuPont desenvolveu uma maneira de despo-
limerizar o PET em monômeros de alta pureza que podem 
ser reciclados para sintetizar PET. Chamado de processo de 
Petretec, o método da DuPont depende de uma reação de 
transesterificação entre metanol e PET:
(2) CH3OH,
pressão, calor 
(1) dissolução em DMT
com aquecimento
n
O OH
HO
OCH3H3CO
O
O
O
O
O
+ 
Fragmentos de PET
[poli(tereftalato de etileno)]
DMT
(tereftalato
de dimetila)
Etileno
glicol
 O fragmento de PET é primeiramente dissolvido em 
tereftalato de dimetila líquido (DMT), um dos monômeros 
utilizados para fabricar o PET. Esta solução é aquecida e o 
metanol é adicionado sob alta pressão. Ocorre uma reação de 
transesterificação, na qual as unidadesde etileno glicol que 
uniam os grupos tereftalatos no polímero PET são liberadas 
em troca da formação do éster dimetílico do ácido tereftálico 
(DMT). A mistura resultante de DMT, etileno glicol e excesso de 
metanol pode ser separada e purificada, e o DMT e o etileno 
glicol submetidos a uma nova polimerização para formar o 
novo PET. A DuPont tem uma fábrica capaz de reciclar 100 
milhões de libras de PET por ano pelo processo Petretec, e 
é possível uma produtividade total ainda maior. O método 
Petretec, portanto, é uma grande promessa de um método 
verde na química de polímeros. (Para mais informações, veja 
Cann, M. C.; e Connelly, M. E., Real World Cases in Green 
Chemistry; American Chemical Society: Washington DC, 2000, 
e as referências lá citadas.)
Uma uretana é o produto formado quando um álcool reage com um isocianato:
O
O
R′
N
HR C
Álcool Um isocianato Um uretana
(um carbamato)
R—OH + O C N—R′
E.3 POLIURETANAS
PROBLEMA DE REVISÃO E.6
POLÍMEROS DE CRESCIMENTO EM ETAPAS 7
A reação ocorre da seguinte maneira:
A
N
C
H
ORN
N
H A
O
C
H
R′
O
R′
C OROHR
O
O
R′
O
R′
N
HR C
Uma uretana também é chamada de carbamato porque formalmente ela é um éster de um 
álcool (ROH) e de um ácido carbâmico (R′NHCO2H).
 As poliuretanas normalmente são preparadas deixando-se um diol reagir com um 
di-isocianato. O diol é tipicamente um poliéster com grupos terminais —CH2OH. O 
di-isocianato é normalmente o 2,4-di-isocianato tolueno:*
H
H
O
NO
polímero 
O
O
3CH
N
OH
polímero 
HO
O OCNC
Uma poliuretana
2,4-Di-isocianato
tolueno
N
CH3
n
+
Uma poliuretana típica pode ser produzida da seguinte maneira. O ácido adípico é poli-
merizado com um excesso de etileno glicol. O poliéster resultante é, então, tratado com 
2,4-di-isocianato tolueno. (a) Escreva a estrutura da poliuretana. (b) Por que é utilizado 
um excesso de etileno glicol na produção do poliéster?
 As espumas de poliuretanas, como as utilizadas em travesseiros e estofamentos, são 
fabricadas através da adição de pequenas quantidades de água à mistura da reação durante 
a polimerização com o di-isocianato. Alguns dos grupos isocianato reagem com a água 
para produzir o dióxido de carbono, e este gás age como o agente espumante:
R−N=C=O + H2O R−NH2 + CO2 
E.4 COPOLÍMEROS DE FENOL-FORMALDEÍDO
Um dos primeiros polímeros sintéticos a ser produzido foi um polímero (ou resina) 
conhecido como baquelite. A baquelite é produzida através de uma reação de condensação 
entre o fenol e o formaldeído; a reação pode ser catalisada por ácidos ou bases. A reação 
catalisada por base provavelmente ocorre da maneira geral mostrada aqui. A reação pode 
ocorrer nas posições orto e para do fenol.
*  O 2,4-di-isocianato tolueno é um produto químico perigoso que já provocou problemas respiratórios agudos entre 
os trabalhadores que sintetizavam poliuretanas.
PROBLEMA DE REVISÃO E.7
8 TÓPICO ESPECIAL E
Geralmente, a polimerização é realizada em dois estágios. A primeira polimerização pro-
duz um polímero fundível de massa molecular baixa chamado de resol. O resol pode ser 
moldado na forma desejada, e então a polimerização adicional produz um polímero de 
massa molecular muito alta, o qual, por causa de sua união altamente cruzada, não pode 
ser fundido.
A utilização de um fenol para-substituído como o p-cresol produz um polímero de fe-
nol-formaldeído que é termoplástico em vez de termofixo. Isto é, o polímero permanece 
fundível; ele não se torna impossível de fundir. O que explica isto?
Esboce um mecanismo geral para a polimerização catalisada por ácido de fenol e formal-
deído.
PROBLEMA DE REVISÃO E.8
PROBLEMA DE REVISÃO E.9
Tióis, Ilídeos de Enxofre e 
Dissulfetos
Cistina
O enxofre está diretamente abaixo do oxigênio no Grupo VIA da tabela periódica e, como 
poderíamos esperar, existem análogos de enxofre dos compostos de oxigênio que estuda-
mos nos capítulos anteriores.
 Exemplos importantes de compostos organossulfurados são os seguintes:
+
Íons
trialquilssulfônios
R—S—R″
Dissulfetos
R—S—S—R′
Tiofenóis
ArSH
Ácidos sulfônicos
R—S—OH
O
Ácidos sulfínicos
R—S—OH
Tiocetonas
R—C—R′
S
Sulfonas
R—S—R′
OO
OO
Sulfóxidos
R—S—R′
Tioéteres 
R—S—R′
Tióis
R′
O
R—SH
 O análogo de enxofre de um álcool é chamado tiol ou mercaptana. O nome mercap-
tana vem da frase em latim mercurium captans, que significa “capturador de mercúrio”. 
As mercaptanas reagem com íons mercúricos e com os íons de outros metais pesados para 
formarem precipitados.
 Vários tióis simples são mostrados a seguir:
SH
2-Propeno-1-tiol
(alil mercaptana,
encontrado no alho)
SH
3-Metil-1-butanotiol
(produzido por gambás)
SH
1-Propanotiol
(encontrado
nas cebolas) 
SH
Etanotiol
(adicionado ao
gás natural)
TÓPICO ESPECIAL
F
2 TÓPICO ESPECIAL F
 Os compostos de enxofre, em geral, e os tióis de massa molecular baixa, em particu-
lar, são famosos por seus odores desagradáveis. O 3-metil-1-butanotiol é um constituinte 
desagradável do líquido que os gambás utilizam como uma arma de defesa. O 1-propano-
tiol é liberado de cebolas recentemente cortadas, e a alil mercaptana é um dos compostos 
responsáveis pelo odor e sabor do alho.
 Aparte seus odores, os compostos análogos de enxofre e oxigênio mostram outras dife-
renças químicas. Elas surgem principalmente das seguintes características dos compostos 
de enxofre:
1. O átomo de enxofre é maior e mais polarizável do que o átomo de oxigênio. Como 
resultado, os compostos de enxofre são nucleófilos mais poderosos, e os compostos 
contendo grupos —SH são ácidos mais fortes do que os seus análogos de oxigênio. O 
íon etanotiolato ( ⋅⋅ CH3CH2⋅S⋅⋅⋅
− ), por exemplo, é um nucleófilo muito mais forte quan-
do ele reage nos átomos de carbono do que o íon etóxido ( ⋅⋅⋅−CH3CH2⋅O⋅⋅ ). Por outro 
lado, uma vez que o etanol é um ácido mais fraco do que o etanotiol, o íon etóxido é 
a base mais forte dentre as duas bases conjugadas.
2. A energia de dissociação de ligação da ligação S—H dos tióis (~365 kJ mol–1) é 
bem menor do que a energia para a ligação O—H dos álcoois (~430 kJ mol–1). A 
fraqueza da ligação S—H permite que os tióis sofram uma reação de acoplamento 
oxidativo quando eles reagem com agentes moderadamente oxidantes; o produto é 
um dissulfeto:
Um tiol Um dissulfeto
2 RS−H + H2O2 RS−SR + 2 H2O
Os álcoois não sofrem uma reação análoga. Quando os álcoois são tratados com agen-
tes oxidantes, ocorre oxidação da ligação C—H mais fraca (~380 kJ mol–1) em vez de 
na ligação O—H mais forte.
3. Uma vez que os átomos de enxofre são facilmente polarizáveis, eles podem esta-
bilizar uma carga negativa em um átomo adjacente. Isto significa que os átomos de 
hidrogênio nos átomos de carbono que são adjacentes a um grupo alquil-lítio são mais 
ácidos do que aqueles adjacentes a um grupo alcoxila. O tioanisol, por exemplo, reage 
com o butilítio da seguinte maneira:
− Li+ + ButanoSCH2BuLiSCH3 +
Tioanisol
O anisol (CH3OC6H5) não sofre uma reação análoga. O grupo S O dos sulfóxidos e 
o enxofre positivo dos íons sulfônio são ainda mais eficientes na deslocalização da carga 
negativa em um átomo adjacente:
CH3
CH3
CH2
S+
CH3
CH3
CH3
S
CH3 CH2
S
O
S
CH3 CH2
Um ilídeo de enxofre
−
+
HBr)−(
base
Brometo de
trimetilsulfônio
2H+ 
−
O
−
Sulfóxido de dimetila
NaH
O
S
CH3CH3
Os ânions formados nas reações que acabamos de fornecer são de uso sintético. Eles 
podem ser utilizados para sintetizar epóxidos, por exemplo (veja Seção F.3).
TIÓIS, ILÍDEOS DE ENXOFRE E DISSULFETOS 3
F.1 PREPARAÇÃO DE TIÓIS
Os brometos e iodetos de alquila reagem com hidrogenossulfeto de potássio para formar 
tióis. (O hidrogenossulfeto de potássio pode ser gerado passando-se H2S gasoso através de 
uma solução alcoólica de hidróxido de potássio.)
EtOH
aquecimento
R−Br + KOH + H2S 
(excesso)
R−SH + KBr + H2O
O tiol que se forma é suficientemente ácido para formar um íon tiolato na presença de 
hidróxido de potássio. Desse modo, se não é utilizadoum excesso de H2S na reação, o 
produto principal da reação será um tioéter. O tioéter resulta das seguintes reações:
−SSH R + KOHR
− Br SS R + KBrR
 K+ + H2O
 K+ + RR
Tioéter
 Os haletos de alquila também reagem com tioureia para formar os sais (estáveis) de 
S-alquilisotiourônio. Estes podem ser empregados para preparar tióis.
O
C
N 2HN2H
S
C
N 2HN2H
+O3H
HO− aquoso,
e então
Ureia
SH
(90%)
Etanotiol
2CH3CH+ 
Tioureia 
(95%)
Brometo de
S-etilisotiourônio
+ Br−3 CH2CH
EtOH
Br2CH3CH+ 
S
C
N 2HN2H
F.2 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS TIÓIS
Os tióis formam ligações de hidrogênio muito fracas; suas ligações de hidrogênio não 
são nem de perto tão fortes quanto aquelas dos alcoóis. Por causa disso, os tióis de massa 
molecular baixa têm pontos de ebulição mais baixos do que os alcoóis correspondentes. 
O metanotiol tem um ponto de ebulição de 6 °C, enquanto o metanol ferve a 65 °C. O 
etanotiol entra em ebulição a uma temperatura 40 °C mais baixa do que o etanol (37 °C 
contra 78 °C). A fraqueza relativa das ligações de hidrogênio entre as moléculas de tióis é 
também evidente quando comparamos os pontos de ebulição do etanotiol e o seu isômero 
sulfeto de dimetila:
Me2S
p.eb. 38 °C
SH
p.eb. 37 °C
4 TÓPICO ESPECIAL F
F.3 A ADIÇÃO DE ILÍDEOS DE ENXOFRE A ALDEÍDOS E CETONAS
Os ilídeos de enxofre também reagem como nucleófilos no carbono da carbonila de aldeí-
dos e cetonas. O intermediário que se forma normalmente decompõe-se em um epóxido 
em vez de se decompor em um alqueno:
2CH
HC
2)3S(CH
H
2CH
C
H
C
O
O
+
Ilídeo de enxofre estabilizado
por ressonância
Iodeto de
trimetilsulfônio
I−
CH3SOCH3,
0 °C
Na CH2SOCH3 CH2(CH3)2S—CH2(CH3)2S
+
—CH3(CH3)2S
+ −
−
+
 +
 + CH3I(CH3)2S
−
S(CH3)2
+
−O
CH2S(CH3)2
(75%)
Benzaldeído
Mostre como você poderia usar um ilídeo de enxofre para preparar
(a) 
O
 (b) O
[ DICA ÚTIL ]
Na Seção 11.13 discutimos métodos 
para a síntese de epóxidos a partir 
de alquenos.
F.4 TIÓIS E DISSULFETOS EM BIOQUÍMICA
Os tióis e os dissulfetos são importantes compostos nas células vivas, e em muitas reações 
de oxidação-redução bioquímicas eles são interconvertidos:
2 RSH 
[O]
[H]
R−S−S−R
O ácido lipoico, por exemplo, um importante cofator nas oxidações biológicas, sofre esta 
reação de oxidação-redução:
O
OH
SHSH
Ácido desidrolipoico
O
OH
SS
Ácido lipoico
[O]
[H]
Os aminoácidos cisteína e cistina são interconvertidos de uma maneira similar:
O
OH
2NH
SS
2NH
O
HO
Cistina
2NH
SH
O
HO
Cisteína
[H]
[O]
 Como veremos no Capítulo 24, as ligações de dissulfeto das unidades de cistina são 
importantes na determinação das formas globais das moléculas de proteínas.
PROBLEMA DE REVISÃO F.1
TIÓIS, ILÍDEOS DE ENXOFRE E DISSULFETOS 5
Dê as estruturas para os produtos das seguintes reações:
(a) 
S
2NHN2H
Br
(b) Produto de (a) + OH−/H2O, e então H3O+ →
(c) Produto de (b) + H2O2 →
(d) Produto de (b) + NaOH →
(e) Produto de (d) + brometo de benzila →
O dissulfeto de alila, CH2=CHCH2S—SCH2CH=CH2, é outro importante compo-
nente do óleo de alho. Sugira uma síntese do dissulfeto de alila começando com o brometo 
de alila.
S
S
Dissulfeto de alila
Começando com um álcool alila, esboce uma síntese de British Anti-Lewisite (BAL, um 
antídoto para o envenenamento por mercúrio e contra compostos de arsênio uma vez 
usados como gases de guerra).
SH
OHHS
British Anti-Lewisite (BAL)
Uma síntese de ácido lipoico (veja a estrutura que acabamos de fornecer) é esboçada aqui. 
Forneça os reagentes e os intermediários que faltam.
OH
Et2COCl
Cl
Et2COCl (d)
(c)(b)
H2CO
S
S
(2) H3O
+
(1) Na, NH3 líq. 
Et2CO
O
Cl
NaBH4CH2 CH2 (a) C10H17ClO3
O2 ácido lipoico(e) C8H16S2O2
AlCl3
PROBLEMA DE REVISÃO F.2
PROBLEMA DE REVISÃO F.3
PROBLEMA DE REVISÃO F.4
PROBLEMA DE REVISÃO F.5
Tioésteres e Biossíntese 
de Lipídeos
Pirofosfato de 3-metil-3-butenila
G.1 TIOÉSTERES
Os tioésteres (ou tiol ésteres) podem ser preparados por meio da reação de um tiol com 
um cloreto de acila:
SR′
O
R
SMe
O
Cl
O
Cl
O
R
MeSH
piridina
SH
Tioéster 
 + HCl
 + pir . HCl
 + R′
 Apesar de os tioésteres não serem normalmente utilizados nas sínteses de laboratório, 
eles são de grande importância nas sínteses que ocorrem dentro das células vivas. Um dos 
tioésteres importantes na bioquímica é a “acetilcoenzima A”:
Tioéster 
Acetilcoenzima A
OH2−O3PO
OO
P
OS
O
O−
PN
O
+
N
NN
N
3NH
O
O−
OHH
N
O
OHO
TÓPICO ESPECIAL
G
2 TÓPICO ESPECIAL G
 A parte importante dessa estrutura bastante complicada é o tioéster no começo da 
cadeia; por causa disso, a acetilcoenzima A é normalmente abreviada como se segue:
SCoA
O
e a coenzima A é abreviada como CoA—SH.
 Em determinadas reações bioquímicas, uma acilcoenzima A funciona como um agente 
acilante; ela transfere um grupo acila para um outro nucleófilo em uma reação que envolve 
um ataque nucleofílico no carbono acila do tioéster. Por exemplo,
O
R
O
R
enzima
O + CoA SHP
O−
O−
O−
O
O−O P
OH
SCoA
Um fosfato de acila
Essa reação é catalisada pela enzima fosfotransacetilase.
 Os hidrogênios α do grupo acetil da acetilcoenzima A são consideravelmente ácidos. 
A acetilcoenzima A, como consequência, também funciona como um agente alquilante 
nucleofílico. A acetilcoenzima A, por exemplo, reage com o íon oxaloacetato para formar 
o íon citrato em uma reação que lembra uma adição aldólica:
−
2CO
OH
C2O
− CO2
−
O
−
−
2CO
C2O
O
SCoA
Íon
citrato
Íon
oxaloacetato
+ + CoASH
 Alguém pode perguntar: “Por que a natureza fez uso tão notável de tioésteres?” Ou: 
“Contrariamente aos ésteres comuns, quais vantagens os tioésteres oferecem à célula?” 
Para responder a essas perguntas podemos considerar três fatores:
1. Os contribuintes de ressonância do tipo (b) na reação vista a seguir estabilizam um 
éster normal e tornam o grupo carbonila menos susceptível ao ataque nucleofílico:
O
OROR
(a)
O
−
+
(b)
Essa estrutura faz uma
importante contribuição.
Por outro lado, os tioésteres não são tão eficientemente estabilizados por um contri-
buinte de ressonância similar porque a estrutura (d) dentre as seguintes necessita de 
sobreposição entre o orbital 3p do enxofre e o orbital 2p do carbono. Uma vez que essa 
sobreposição não é grande, a estabilização por ressonância por (d) não é tão eficiente. 
Entretanto, a estrutura (e) tem uma contribuição mais importante – uma contribui-
ção que torna o grupo carbonila mais susceptível ao ataque nucleofílico.
SR
O
−
+
O
SR
+
−
SR
O
(e)
Essa estrutura torna
o átomo de carbono
da carbonila suscetível
ao ataque nucleofílico.
(c) (d)
Essa estrutura não
é um contribuinte
importante.
[ DICA ÚTIL ]
Essa reação é o ponto de entrada 
para as unidades C2 no ciclo 
metabólico do ácido cítrico, e ela 
forma o composto homônimo do 
caminho.
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 3
2. Uma contribuição de ressonância pela estrutura similar (g) torna os hidrogênios α 
dos tioésteres mais ácidos do que aqueles de ésteres normais:
O
SR
−
SR
O
−
O
SR
H
−AH
(g)
A contribuição dessa
estrutura estabiliza o
ânion de um tioéster.
−
(f)
A
3. A ligação carbono–enxofre de um tioéster é mais fraca do que a ligação carbono–
oxigênio de um éster normal; o −SR é um grupo de saída melhor do que o −OR.
 Os fatores 1 e 3 tornam os tioésteres agentes acilantes eficientes; o fator 2 os torna 
agentes alquilantes nucleofílicos eficientes. Consequentemente, não devemos nos sur-
preender quando encontrarmos reações similares à seguinte:
O
SR
OO
SR
O
SR
HSR
Nessa reação, 1 mol de um tioéster age como um agente acilante e o outro age como um 
agente alquilante (veja Seção G.2).
G.2 BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS
As membranas celulares, as gorduras e os óleos contêm ésteres de ácidos carboxílicos 
de cadeia longa (principalmente C14, C16 e C18), chamados ácidos graxos. Os ácidos 
graxos são lipídeos, uma família muito hidrofóbica de biomoléculas que estudaremos no 
Capítulo 23. Umexemplo de um ácido graxo é o ácido hexadecanoico, também chamado 
de ácido palmítico:
O
OH
Ácido palmítico
 O fato da maioria dos ácidos graxos naturais ser constituída de um número par de 
átomos de carbono sugere que eles são montados a partir de unidades de dois carbonos. 
A ideia de que estas podem ser unidades de acetato (CH3CO2−) foi publicada há muito 
tempo, em 1893. Muitos anos mais tarde, quando os compostos marcados radioativamen-
te tornaram-se disponíveis, foi possível testar e confirmar essa hipótese.
 Quando um organismo é alimentado com ácido acético marcado com carbono-14 
no grupo carboxila, os ácidos graxos que ele sintetiza contêm a marcação em átomos de 
carbono alternados começando com o carbono da carboxila:
O
OH
O
OH*
*******
*
A alimentação com ácido acético
marcado com 14C na carboxila . . .
produz ácido palmítico
marcado nestas posições.
4 TÓPICO ESPECIAL G
Contrariamente, a alimentação com ácido acético marcado no carbono metila produz um 
ácido graxo marcado no outro conjunto de átomos de carbono alternados:
O
OH
O
OH
* *******
*
A alimentação com ácido acético
marcado com 14C no metila . . .
produz ácido palmítico
marcado nestas posições. 
Sabe-se, agora, que a biossíntese de ácidos graxos começa com a acetilcoenzima A:
SCoA
O
A estrutura em bastão vista a seguir mostra as posições das unidades de dois carbonos 
incorporadas ao ácido palmítico a partir da acetilcoenzima A:
OH
O
 A parte acetil da acetilcoenzima A pode ser sintetizada na célula a partir do ácido 
acético; ela também pode ser sintetizada a partir de carboidratos, proteínas e gorduras:
SCoA
O
O
OH
Acetilcoenzima A
SHCoA
Gorduras
Proteínas
Carboidratos 
 Apesar de o grupo metila da acetilcoenzima A já ser ativado frente a reações de con-
densação, em virtude de ser uma parte de um tioéster (Seção E.1), a natureza a ativa 
novamente convertendo-a na malonilcoenzima A:
SCoA
O
SCoA
OO
HO
acetilcoenzima A carboxilase*
+ CO2
Malonil-CoAAcetil-CoA
 As etapas seguintes na síntese de ácidos graxos envolvem a transferência de grupos 
acila do malonil-CoA e do acetil-CoA para o grupo tiol de uma coenzima chamada pro-
teína transportadora de acila ou ACP–SH:
SCoA
O
S —ACP
O
S —ACP
OO
HOSCoA
OO
HO
Acetil-S-ACPAcetil-CoA 
Malonil-S-ACPMalonil-CoA
+ CoASH
+ CoASH+ ACP—SH
+ ACP—SH
* Esta etapa também requer 1 mol de trifosfato de adenosina (Seção 22.1B) e uma enzima que transfere o dióxido 
de carbono.
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 5
 O acetil–S–ACP e o malonil–S–ACP, então, se condensam entre si para formar o 
acetoacetil–S–ACP:
+ ACP—SHS—ACP
O
S—ACP
OO
S—ACP
OO
HO
Acetoacetil-S-ACPMalonil-S-ACPAcetil-S-ACP
+ CO2 
+
A molécula de CO2 que é perdida nesta reação é a mesma molécula que foi incorporada 
no malonil-CoA na reação da acetil-CoA carboxilase.
 Essa notável reação tem uma forte semelhança com a síntese do éster malônico que 
vimos anteriormente (Seção 18.7) e merece comentário especial. Pode-se imaginar, por 
exemplo, uma síntese mais econômica de acetoacetil–S–ACP, isto é, uma condensação 
simples de 2 mol de acetil–S–ACP:
Entretanto, estudos desta última reação têm revelado que ela é altamente endotérmica e 
que a posição de equilíbrio localiza-se muito para a esquerda. Em contraste, a condensação 
do acetil–S–ACP e do malonil–S–ACP é altamente exotérmica, e a posição de equilíbrio 
localiza-se bem para a direita. A termodinâmica favorável da condensação utilizando o 
malonil–S–ACP ocorre porque a reação também produz uma substância altamente estável: 
o dióxido de carbono. Assim, a descarboxilação do grupo malonil fornece a condensação 
com assistência termodinâmica.
 As próximas três etapas na síntese do ácido graxo transformam o grupo acetoacetila da 
acetoacetil–S–ACP em um grupo butirila (butanoíla). Essas etapas envolvem (1) redução 
do grupo ceto (utilizando NADPH* como um agente redutor), (2) desidratação de um 
álcool e (3) redução de uma ligação dupla (mais uma vez, utilizando NADPH).
+ NADP++ NADPH + H+
O
S—ACP
Butiril-S-ACPCrotonil-S-ACP
+ H2O
O
S—ACP
O
S—ACP
O
S—ACP
OH
O
S—ACP
OH
S—ACP
OO
Crotonil-S-ACP
Redução da Ligação Dupla
Desidratação do Álcool
Redução do Grupo Ceto
β-Hidroxibutiril-S-ACP
+ NADP++ NADPH + H+
β-Hidroxibutiril-S-ACPAcetoacetil-S-ACP
 Essas etapas completam um ciclo da síntese global de ácidos graxos. O resultado 
líquido é a conversão de duas unidades de acetato em uma unidade de butirato de quatro 
carbonos do butiril–S–ACP. (Essa conversão requer, naturalmente, a intervenção crucial 
de uma molécula de dióxido de carbono.) Nesse ponto, inicia-se um outro ciclo e a cadeia 
é aumentada em mais dois átomos de carbono.
* O NADPH é o fosfato de nicotinamida adenina dinucleotídeo (forma reduzida), uma coenzima muito semelhante, em 
estrutura e função, ao NADH (veja “A Bioquímica de... Álcool Desidrogenase” nas Seções 12.3 e 14.10).
[ DICA ÚTIL ]
Observe a semelhança dessa reação 
com as sínteses de éster malônico 
que estudamos no Capítulo 18.
6 TÓPICO ESPECIAL G
 Realizações subsequentes do ciclo continuam a aumentar a cadeia em duas unidades 
de carbono, até que uma cadeia longa de ácido graxo seja produzida. A equação global 
para a síntese do ácido palmítico, por exemplo, pode ser escrita como a seguir:
 Um dos aspectos mais notáveis da síntese de ácidos graxos é que o ciclo inteiro parece 
ser realizado através de uma enzima dimérica multifuncional. A massa molecular dessa 
enzima, chamada ácido graxo sintetase, foi estimada como sendo 2.300.000.* A síntese 
começa com uma única molécula de acetil–S–ACP servindo como uma iniciadora. 
Então, na síntese do ácido palmítico, por exemplo, ocorrem condensações sucessivas de 
sete moléculas de malonil–S–ACP, com cada condensação seguida por redução, desidra-
tação e redução. Todas essas etapas, que resultam na síntese de uma cadeia C16, ocorrem 
antes de o ácido graxo ser liberado da enzima.
 A proteína transportadora de acila da Escherichia coli foi isolada e purificada; a sua 
massa molecular é de aproximadamente 10.000. Em animais, o transportador é parte da 
enzima multifuncional maior. Ambos os tipos de proteína transportadora contêm uma 
cadeia de grupos chamada grupo fosfopanteteína que é idêntica àquela da coenzima (Seção 
G.1). No ACP, essa cadeia está ligada a uma proteína (em vez de estar ligada a um fosfato 
de adenosina como o está na coenzima A):
H
N
O
OH
H
N
O
SH
OH
O
OO
P
20,2 Å
2-AminoetanotiolÁcido pantotênico
Grupo fosfopanteteína
Proteína
O comprimento do grupo fosfopanteteína é 20,2 Å, e tem sido postulado que ele age para 
transportar a cadeia acila em crescimento de um sítio ativo da enzima para o próximo 
(Fig. G.1).
* Quando isolada das células de fermento. Os ácidos graxos sintetases provenientes de fontes diferentes têm massas 
moleculares diferentes; aqueles isolados de fígados de pombos, por exemplo, têm uma massa molecular de 450.000.
FIGURA G.1 O grupo 
fosfopanteteína como braço 
balançando no complexo ácido 
graxo sintetase. (Adaptado de 
Biochemistry, Albert A. Lehninger. © 1970, 
Worth Publishers. Usado com permissão.)
R
O
O
R
O
C2HO
R
O
O
H
R
O
R
O
O
A cadeia lateral
4’-fosfopanteteína de ACP
20,2 Å
SH
Primeira
redução
Proteína
transportadora
Desidratação 
Segunda
redução
Transferência
de acila
Transferência
de malonila 
Condensação SS
S
S
S
S
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 7
G.3 BIOSSÍNTESE DE COMPOSTOS ISOPRENOIDES
Os compostos isoprenoides são uma outra classe de biomoléculas de lipídeos. Dentre elas 
estão produtos naturais, tais como o α-terpineol, o geraniol, a vitamina A, o β-caroteno, 
os esteroides (por exemplo, o colesterol, a cortisona, os estrógenos e a testosterona), e 
muitos compostos relacionados. Estudaremos em mais detalhes os terpenos no Capítulo 
23. Agora, no entanto, vamos considerar os aspectos de sua biossíntese que envolvem 
reações paralelas a algumas que estudamosrecentemente, bem como as reações que vimos 
em capítulos anteriores:
Geraniol
β-Caroteno
Vitamina Aα-Terpineol
OH
OH
HO
 A unidade construtiva básica para a síntese de terpenos e terpenoides é o pirofosfato 
de 3-metil-3-butenila. Os cinco átomos de carbono desse composto são a fonte de todas 
as “unidades de isopreno” nos compostos isoprenoides. (As unidades de isopreno nas 
estruturas anteriores estão mostradas em azul e vermelho.)
Pirofosfato de
3-metil-3-butenila
OH
P
OHOOHO
O
P
O
 Consideramos agora como o pirofosfato de 3-metil-3-butenila é biossintetizado na 
Seção G.4. Entretanto, primeiramente, vamos examinar a maneira pela qual as unida-
des C5 de isopreno são unidas. Uma primeira etapa necessária é a formação enzimática 
do pirofosfato de 3-metil-2-butenila a partir do pirofosfato de 3-metil-3-butenila. Essa 
isomerização estabelece um equilíbrio que torna ambos os compostos disponíveis para a 
célula:
Pirofosfato de
3-metil-3-butenila
Pirofosfato de
3-metil-3-butenila
OPP OPP = pirofosfatoOPP
 A união do pirofosfato de 3-metil-2-butenila e do pirofosfato de 3-metil-3-butenila 
envolve a formação enzimática de um cátion alílico. Aqui, o grupo pirofosfato funciona 
como um grupo de saída natural. Esse é um dos muitos exemplos onde a natureza confia 
8 TÓPICO ESPECIAL G
no grupo pirofosfato para processos bioquímicos. A condensação das duas unidades C5 
produz um composto C10 chamado pirofosfato de geranila:
Enz
+
+
+
OPP
)−OPP−(
Pirofosfato de geranila
OPP
(−H—Enzima)
OPP
H
+
OPP
H
+
OPP
H
+
+
 O pirofosfato de geranila é o precursor dos monoterpenos; a hidrólise de pirofosfato 
de geranila, por exemplo, produz o geraniol:
OH
Geraniol
Pirofosfato de geranila
HOH
 O pirofosfato de geranila também pode se condensar com o pirofosfato de 3-metil- 
3-butenila para formar o precursor C15 para os sesquiterpenos, pirofosfato de farnesila:
Farnesol 
outros sesquiterpenos
OH
Pirofosfato de farnesila 
OPP
−OPP−, −H+
Pirofosfato de geranila
H H
OPP+OPP
 O farnesol é um componente comum nos óleos essenciais de plantas e flores. Ele foi 
isolado de rosas, limões e gramas de citronela e do óleo de ambreto. Ele tem o aroma do 
lírio do vale. O farnesol funciona também como um hormônio em determinados insetos 
e inicia a transformação desde a lagarta em casulo até a mariposa. Ele é liberado pelos 
ácaros-fêmea como um atraente sexual para os ácaros-macho.
 Reações de condensação similares produzem os precursores para todos os outros ter-
penos (Fig. G.2). Além disso, um acoplamento redutivo cauda-cauda de duas moléculas 
do pirofosfato de farnesila produz o esqualeno, o precursor para o importante grupo de 
isoprenoides conhecidos como esteroides (Seções 23.4 e E.4).
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 9
(um esteroide) 
Colesterol Tetraterpenos 
pirofosfato de
3-metil-3-butenila
Esqualeno
Lanosterol C20-Pirofosfato Diterpenos 
Pirofosfato de farnesilaSesquiterpenos 
pirofosfato de
3-metil-3-butenila
Pirofosfato de geranila 
(C40)
(C20)
(C15) (C30)(C15-pirofosfato)
(C10-pirofosfato)(C10)
Monoterpenos 
Quando o farnesol é tratado com ácido sulfúrico, ele é convertido no bisaboleno. Esboce 
um mecanismo possível para essa reação.
Bisaboleno
Farnesol
H2SO4
G.4 BIOSSÍNTESE DE ESTEROIDES
Vimos na seção anterior que o composto C5 pirofosfato de 3-metil-3-butenila é a “unida-
de de isopreno” real que a natureza utiliza na construção dos terpenoides e carotenoides. 
Podemos agora estender o caminho biossintético em duas direções. Podemos mostrar 
como o pirofosfato de 3-metil-3-butenila (como os ácidos graxos) é, no final das contas, 
derivado das unidades de acetato, e como o colesterol, o precursor da maioria dos esteroi-
des importantes, é sintetizado a partir do pirofosfato de 3-metil-3-butenila.
 Nos anos 1940, Konrad Bloch, da Harvard University, utilizou experimentos marcados 
radioativamente para demonstrar que todos os átomos de carbono do colesterol podem ser 
derivados do ácido acético. Utilizando ácido acético marcado na metila, por exemplo, Bloch 
descobriu a seguinte distribuição de marcas no colesterol que foi sintetizado:
O
OH
C
C3H
C*
C*
C
C
C*
C
C*
C
C*C*
C
C*
C
C
C
C*
C*
C*
C
C*
C
C
C*
HO
*
*C
C*
C
C
*
 Bloch descobriu também que a alimentação com ácido acético marcado na carboxila 
leva à incorporação da marca em todos os outros átomos de carbono do colesterol (os 
átomos de carbono sem asteriscos da fórmula que acabamos de ver).
FIGURA G.2 Caminhos 
biossintéticos para terpenos e 
esteroides.
BlocH dividiu o Prêmio 
Nobel de 1964 em 
Fisiologia ou Medicina com 
Feodor Lynen pelo trabalho 
deles na biossíntese do 
colesterol e dos ácidos 
graxos.
PROBLEMA DE REVISÃO G.1
10 TÓPICO ESPECIAL G
 Subsequentes pesquisas desenvolvidas por diversos pesquisadores mostraram que o 
pirofosfato de 3-metil-3-butenila é sintetizado a partir de unidades de acetato através da 
seguinte sequência de reações:
O
SCoA
OHO
HO
O O
SCoA
O
SCoA
SHCoA
SH
H+2 + NADPH 2 
CoA+ NADP+2 
β-Hidroxi-β-metilglutaril-CoAAcetoacetil-CoA
+ 
Acetil-CoA
(C6)(C4)(C2)
O−
P
O−OO−
O
O−
P
O−OO−O
O
P
O
O−
P
O
H3OPOO
O
H
OH
OHO
HO
Pirofosfato de 3-metil-3-butenila
H2PO3
−+ CO2 
Ácido 3-fosfo-5-pirofosfomevalônico 
Três etapas sucessivas 
ADP3 
ATP3 
Ácido mevalônico 
(C5)
(C6)
(C6)
 A primeira etapa desse caminho sintético é direta. O acetil–CoA (a partir de 1 mol de 
acetato) e o acetoacetil–CoA (a partir de 2 mols de acetato) condensam-se para formar o 
composto C6, β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA. Essa etapa é seguida de uma redução enzi-
mática do grupo tioéster do β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA no álcool primário do ácido 
mevalônico. A enzima que catalisa essa etapa é chamada HMG-CoA redutase (HMG é o 
β-hidroxi-β-metilglutaril), e essa etapa é a limitante da velocidade na biossíntese do coles-
terol. A chave para encontrar esse caminho foi a descoberta de que o ácido mevalônico 
era um intermediário e que esse composto C6 poderia ser transformado no pirofosfato de 
3-metil-3-butenila de cinco carbonos através de fosforilações e descarboxilações sucessivas.
 Como vimos anteriormente (Seção G.3), o pirofosfato de 3-metil-3-butenila isomeri-
za-se para produzir uma mistura em equilíbrio que contém o pirofosfato de 3-metil-2-bu-
tenila, e esses dois compostos condensam-se para formar o pirofosfato de geranila, um 
composto C10. O pirofosfato de geranila, subsequentemente, condensa-se com outro mol 
de pirofosfato de 3-metil-3-butenila para formar o pirofosfato de farnesila, um composto 
C15. (O pirofosfato de geranila e o pirofosfato de farnesila são os precursores do mono- e 
sesquiterpenos; veja Seção G.3.)
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 11
OP2O6
3OP2O6
3
H2P2O7
2
OP2O6
3−
OP2O6
3−
pirofosfato de 3-metil-3-butenila
H2P2O7
2−
Pirofosfato de farnesila
Pirofosfato de geranila 
 Duas moléculas de pirofosfato de farnesila sofrem, então, uma condensação redutiva 
para produzir o esqualeno:
NADPH + H+Várias
etapas NADP+ + H2P2O72−
Esqualeno
2 OP2O6
3−
 O esqualeno é o precursor direto do colesterol. A oxidação do esqualeno produz o 
2,3-epóxido de esqualeno, o qual sofre uma notável série de fechamentos de anel, acompa-
nhada por migrações combinadas de metaneto e hidreto para produzir o lanosterol. O lanos-
terol é então convertido ao colesterol através de uma série de reações catalisadas por enzimas:
Esqualeno
15
14
18
19
107
116
2
3
H3C H3C
CH3
CH3
H
CH3
CH3
Enz—H
O
CH3CH3
(3S)-2,3-Óxido de esqualeno
(continua na página seguinte)
12 TÓPICO ESPECIAL G
B
H
H
CH3 CH3
CH3
CH3
8
9
18
17
14
13
10
H3C
HO
CH3
CH3CH3
H
13
17
+
18
8
910
H3C
H3C CH3
CH3
H
H
CH3
CH3
HO
CH3CH3
Lanosterol 
Cátion protosterila 
14
(−BH)
CH3
HCH3
HO
H H
Colesterol 
(representado por ambas as estruturas)
Colesterol
H
H
CH3 CH3
CH3
CH3
8
9
18
17
14
13
10
HO
CH3
(várias etapas enzimáticas)
G.5 COLESTEROL E DOENÇAS CARDÍACASUma vez que o colesterol é o precursor de hormônios esteroides além de um constituinte 
vital das membranas das células, ele é essencial para a vida. Por outro lado, o depósito de 
colesterol nas artérias é uma causa de doenças cardíacas e arteriosclerose, as duas principais 
causas de morte em humanos. Para um organismo permanecer saudável, deve haver um 
balanço complexo entre a biossíntese do colesterol e a sua utilização, de tal forma que o 
depósito arterial seja mantido em um mínimo.
 Para alguns indivíduos com altos níveis de colesterol no sangue, o remédio é tão sim-
ples quanto seguir uma dieta pobre em colesterol e em gorduras. Para aqueles que sofrem 
da doença genética hipercolesterolemia familiar (FH), são necessários outros meios de 
redução do colesterol sanguíneo. O medicamento envolve a utilização da droga lovastatina 
(também chamada Mevacor):
CO2
−
OH
HO
O
O
CH3CH3
H
Íon mevalonato
Lovastatina 
H3C
H3C
HO
O
O
TIOÉSTERES E BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS 13
 A lovastatina, uma vez que parte da sua estrutura lembra o íon mevalonato, pode apa-
rentemente se ligar ao sítio ativo do HMG-CoA redutase (Seção G.4), a enzima que cata-
lisa a etapa limitante da velocidade na biossíntese do colesterol. A lovastatina age como 
um inibidor dessa enzima e, consequentemente, reduz a síntese de colesterol. São possíveis 
reduções de até 30% nos níveis de colesterol sanguíneo com a terapia da lovastatina.
 O colesterol sintetizado no fígado é convertido em ácidos biliares que são utilizados 
na digestão, ou esterificados para transporte pelo sangue. O colesterol é transportado 
no sangue e absorvido nas células na forma de complexos de lipoproteína que recebem 
os nomes com base em suas densidades. As lipoproteínas de baixa densidade (LDLs) 
transportam o colesterol do fígado para os tecidos periféricos. As lipoproteínas de alta 
densidade (HDLs) transportam o colesterol de volta ao fígado, onde o excesso de coles-
terol é eliminado pelo fígado como ácidos biliares. As lipoproteínas de alta densidade 
vieram a ser chamadas de “colesterol bom” porque altos níveis de HDL podem reduzir 
os depósitos de colesterol nas artérias. Uma vez que altos níveis de LDL estão associados 
com o depósito arterial de colesterol que pode provocar doença cardiovascular, as LDL 
são chamadas de “colesterol ruim”.
 Os ácidos biliares que fluem do fígado para os intestinos, no entanto, são eficiente-
mente reciclados para o fígado. O reconhecimento disso levou a outro método de redução 
do colesterol, ou seja, a ingestão de resinas que se ligam aos ácidos biliares e, dessa forma, 
impedem que eles sejam reabsorvidos nos intestinos.
Alcaloides
Cocaína
A extração da casca, de raízes, folhas, sementes e frutas de plantas normalmente produz 
bases contendo nitrogênio chamadas de alcaloides. O nome alcaloide vem do fato de 
que essas substâncias são “semelhantes aos álcalis”; isto é, uma vez que são aminas, eles 
normalmente reagem com ácidos para produzir sais solúveis. Os átomos de nitrogênio de 
muitos alcaloides estão presentes em anéis heterocíclicos. No entanto, em alguns casos o 
nitrogênio pode estar presente como uma amina primária ou como um grupo amônio 
quaternário.
 Quando administrados em animais, muitos alcaloides produzem efeitos fisiológicos 
surpreendentes, e os efeitos variam enormemente de alcaloide para alcaloide. Alguns 
alcaloides estimulam o sistema nervoso central, outros provocam paralisia; alguns elevam 
a pressão sanguínea, outros a diminuem. Determinados alcaloides agem aliviando a dor; 
outros agem como tranquilizantes; e outros ainda agem contra os micro-organismos infec-
ciosos. Muitos alcaloides são tóxicos quando a dosagem deles é suficientemente grande, 
e para alguns essas dosagens são muito pequenas. Mesmo assim, muitos alcaloides têm 
utilização na medicina.
 Os nomes sistemáticos são raramente utilizados para os alcaloides, e seus nomes 
comuns têm várias origens. Em muitos casos o nome comum reflete a fonte botânica do 
composto. O alcaloide estricnina, por exemplo, vem das sementes da planta Strychnos. Em 
outros casos os nomes são fantasiosos: O nome do alcaloide do ópio, morfina, vem de 
Morfeus, o antigo deus grego dos sonhos; o nome do alcaloide do tabaco, a nicotina, vem 
de Nicot, um antigo embaixador francês que enviava sementes de tabaco para a França. 
Uma característica que os nomes dos alcaloides têm em comum é a terminação –ina, 
refletindo o fato de que todos eles são aminas.
 Os alcaloides têm sido de interesse dos químicos por séculos, e durante anos milhares 
de alcaloides foram isolados. Muitos desses alcaloides tiveram suas estruturas determina-
das através da aplicação de métodos químicos e físicos, e em muitos casos essas estruturas 
foram confirmadas por sínteses independentes. Uma explicação completa da química dos 
TÓPICO ESPECIAL
H
Erythroxylum coca, um 
arbusto cujas folhas contêm 
aproximadamente 1% de cocaína.
©
 m
tc
ur
ad
o 
| 
iS
to
ck
P
ho
to
.c
om
2 TÓPICO ESPECIAL H
O alcaloide predominante na planta de tabaco é a nicotina:
H
3CH
N
N
Nicotina
O
OH
N
Ácido nicotínico
A nicotina vicia. Em doses muito pequenas a nicotina age como um estimulante, mas em 
doses muito grandes ela provoca depressão, náusea e vômito. Em doses ainda maiores ela 
é um veneno violento. Os sais de nicotina são utilizados como inseticidas.
 A oxidação da nicotina por ácido nítrico concentrado produz o ácido piridino-3-car-
boxílico, um composto chamado ácido nicotínico. Enquanto o consumo de nicotina não é 
benéfico para os homens, o ácido nicotínico é uma vitamina; ele é incorporado em uma 
importante coenzima, a nicotinamida adenina dinucleotídeo, chamada de NAD+ (a forma 
oxidada).
A nicotina tem sido sintetizada por meio da rota a seguir. Todas as etapas envolvem reações 
que já vimos anteriormente. Sugira os reagentes que poderiam ser utilizados para cada uma 
delas.
3CH
H
H
3CH
N
Br
N
H
3CH
N
OH
N
H
3CH
N
O
N
H
3CH
N
OHO
O
N
3CH
O
N
O
N
O
OEt
N
+
Br–
(±)-nicotina
(f)
(e)
(d)(c)
+
NO
(b)(a)
alcaloides ocuparia (e ocupa) volumes; temos espaço aqui para abordar apenas alguns 
poucos exemplos representativos.
G.1 ALCALOIDES CONTENDO UM ANEL PIRIDÍNICO OU PIRIDÍNICO 
REDUZIDO
PROBLEMA DE REVISÃO H.1
ALCALOIDES 3
 Vários alcaloides contêm um anel piperidínico. Esses incluem a coniína (do veneno 
cicuta, Conium maculatum, um membro da família das cenouras, Umbelliferae), a atropi-
na (da Atropa belladonna e outros gêneros da família vegetal Solanaceae), e a cocaína (da 
Erythroxylum coca):
O
H O
H
N
CH3
CO2CH3
Cocaína
HOH
H
O
O
N
CH3
Atropina
H
H
N
)-2-propilpiperidina]+[(
Coniína 
 A coniína é tóxica; sua ingestão pode provocar fraqueza, tontura, náusea, respiração 
cansada, paralisia e morte. A coniína é uma substância tóxica da “cicuta”, utilizada na 
execução de Sócrates (outros venenos podem ter sido incluídos também).
 Em doses pequenas, a cocaína diminui o cansaço, aumenta a atividade mental e dá 
um sentimento geral de bem-estar. No entanto, a utilização prolongada leva à dependên-
cia física e a períodos de depressão profunda. A cocaína é também um anestésico local e, 
por um período, foi utilizada como medicamento para esse fim. Quando sua tendência 
de provocar dependência foi descoberta, foram feitos esforços para desenvolver outros 
anestésicos locais. Isso levou, em 1905, à síntese da novocaína, um composto também 
chamado de procaína, que tem algumas das mesmas características estruturais da cocaína 
(por exemplo, os seus grupos éster benzoico e amina):
N
O
O
N2H
Novocaína
(procaína)
 A atropina é um veneno intenso. Em soluções diluídas (0,5–1,0%), ela é utilizada 
para dilatar a pupila dos olhos em exames oftalmológicos. Os compostos relacionados à 
atropina são contidos em cápsulas de liberação contínua em 12h, utilizadas para aliviar os 
sintomas do resfriado comum.
O principal alcaloide da Atropa belladonna é o alcaloide hiosciamina oticamente