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Tópico 7: alquenos e alquinos IC 370 // Química Orgânica I DQO // Inst. Química Conteúdo deste tópico: • Alquenos • Propriedades físicas e nomenclatura • Obtenção de alquenos • Reações de alquenos • Alquinos: propriedades, obtenção e reações Alquenos • Alquenos são hidrocarbonetos que apresentam pelo menos uma ligação dupla C-C • É comum encontrar “alcenos” na literatura em português, mas recomenda-se o uso de “alquenos” (tradução mais correta de alkene) • Em geral, as propriedades físico-químicas são semelhantes à de alcanos • Gases, líquidos ou sólidos dependendo do número de carbonos • Momento de dipolo muito baixo (são considerados apolares) • Reatividade distinta por causa da presença da ligação dupla • Questões conformacionais Alquenos: propriedades Alquenos: propriedades • Ligação π não apresenta giro livre • Posição da ligação dupla em um alqueno pode acarretar em diferenças de estabilidade Alquenos: propriedades • A estabilidade de um alqueno aumenta com o grau de substituição da ligação dupla • (i.e.: mais grupos alquil ligados em uma ligação dupla -> alqueno mais estável) • Como isso foi descoberto? • Estudos de hidrogenação de ligação dupla (1930s) • Alquenos que liberam mais energia ao serem hidrogenados são menos estáveis (analogia: energia potencial) • Repetindo-se os experimentos de calor de hidrogenação com vários alcenos, chegou-se à seguinte regra geral • Alquenos substituídos são mais estáveis que os sem substituintes • Grupos alquil são capazes de doar densidade eletrônica por efeito indutivo, estabilizando a ligação π • Alquenos trans são mais estáveis que alquenos cis • Principal fator é estérico Alquenos: nomenclatura • Semelhante à de hidrocarbonetos com sufixo +eno • Escolher a cadeia mais longa possível • A ligação dupla recebe a menor numeração possível, independente da posição de outros substituintes • Alquenos terminais não recebem numeração • Compostos com mais de uma ligação dupla recebem numeração para cada ligação dupla e o sufixo +dieno, +trieno, etc. • A estereoquímica da ligação dupla deve ser levada em conta na nomenclatura: • Caso cis/trans: quando o par de substituintes nos dois carbonos são idênticos • Caso geral: sistema E/Z, usando as regras de Cahn-Ingold-Prelog • Grupos de maior prioridade do mesmo lado: (Z) (“zusammen” ou juntos) • Grupos de maior prioridade em lados opostos: (E) (“entgegen” ou opostos) Obtenção de alquenos • Reações de eliminação • Não é o melhor método; existem hoje metodologias e reações bem mais eficientes e regioseletivas que não levam à misturas de produtos • Quando usadas, E2 é preferida em relação à E1 • E1 é utilizada quando o substrato não passa por rearranjo • Regioquímica em reações E2 • Quando há mais de um hidrogênio β disponível, pode ocorrer mistura de produtos • A escolha da base permite direcionar qual dos produtos será o preferencial • Regra de Zaitsev • Reações de eliminação tendem a favorecer o produto mais estável (alqueno mais substituído) • Reações E1 sempre seguem a regra de Zaitsev • Regra de Hoffmann • Em algumas reações de E2, quando a base é volumosa ou o grupo abandonador é volumoso ou o substrato é muito ramificado, o produto majoritário é o alqueno menos substituído • Consequência do requerimento antiperiplanar • Bases volumosas: KOtBu ou LDA Reações de adição eletrofílica em alquenos • Alquenos são substratos de várias reações de adição eletrofílica • A espécie chave envolvida é deficiente em elétrons (ácido de Lewis) • O próprio alqueno atua como base de Lewis • Muitas destas reações são regiosseletivas • Ex: reação de alcenos com HX (HCl gasoso puro ou HBr líquido) na ausência de luz ou peróxidos: • Nessas reações, o H sempre é inserido no carbono menos impedido • O mecanismo da reação explica: • Mecanismo da adição com HX (sem luz ou peróxidos) Regra de Markownikow: “a adição de HX em um alqueno ocorre de modo que o Hidrogênio é inserido no carbono menos substituído” • Expansão da Regra de Markownikov • Ex: adição de monocloreto de iodo a alquenos Postulado moderno da Regra de Markownikow: a adição de um reagente assimétrico a um alqueno ocorrerá de maneira que a porção positiva deste reagente é inserida de modo a formar o carbocátion mais estável possível” • Exceção à regra de Markownikow: • Adição de HBr em alcenos na presença de luz ou peróxidos • Envolve intermediários com elétrons desemparelhados (radicais) • Reações de adição em alquenos • Adição de HX • Hidratação de alquenos catalisada por ácidos • Hidrosulfatação • Adição de halogênio • Reação da haloidrina • Oximercuração/demercuração • Hidroboração/oxidação • Dihidroxilação de alquenos com Os ou Mn • Ozonólise de alquenos • Quebra oxidativa de alquenos com KMnO4 • Hidratação de alquenos cat. por ácidos • Segue a regra de Markownikow • Hidratação de alquenos: • Há a possibilidade de rearranjos (deslocamento 1,2) se houver a possibilidade de se formar um carbocátion mais estável • Hidratação de alquenos • Também é possível um rearranjo (deslocamento 1,2) onde ocorra expansão de ciclo • Casos mais comuns: ciclo de 4 -> 5 ou 5 -> 6 (por quê?) • Hidrosulfatação de alquenos • Adição de H2SO4 concentrado (i.e.: sem água) em alquenos • Segue a Regra de Markownikow • Aplicabilidade sintética de hidrosulfatos: hidrólise leva à formação de álcoois (o mecanismo é normalmente uma SN1) Adição de Halogênio (Br2 e Cl2) • Reação de alcenos com Br2 (líquido) ou Cl2 (gasoso) dando 1,2- dibrometos (dibrometo vicinal) como produto • Reação com Br2 é instantânea e há mudança de cor (teste de identificação) • Mecanismo não é Markownikow e passa por um intermediário cíclico de três membros (Bromônio ou Clorônio) • A estereoquímica relativa do dibrometo sempre é trans • Mecanismo O ataque do brometo sempre ocorre por trás das ligações C-Br do intermediário bromônio Este ataque lembra qual mecanismo? • Lembrete: a estereoquímica relativa do produto dibromado não é a estereoquímica final do produto Reação da Haloidrina • Variação da halogenação de alquenos • Presença de água além do halogênio • Mecanismo similar ao da halogenação, com formação do intermediário halônio (água entra depois no carbono menos substituído) • Estereoquímica da haloidrina sempre é trans Oximercuração/demercuração • Obtenção de álcoois a partir de alquenos mediados por mercúrio • Principal vantagem: não se observam rearranjos • Principal desvantagem: toxicidade e periculosidade do Hg • Duas etapas: oximercuração (adição de oxigênio e mercúrio ao alqueno) e demercuração (remoção do mercúrio em um processo redox) • É uma adição Markownikow (o Oxigênio sempre se insere no carbono mais substituído) e o produto formado tem estereoquímica relativa trans • Mecanismo da etapa de oximercuração • Alcoximercuração/demercuração • Variação da oximercuração utilizando álcoois em vez de água • Produto final é um éter; mecanismo é semelhante Hidroboração/oxidação • Síntese de álcoois a partir de alquenos utilizando borano (BH3) • O produto final é anti-Markownikow • A estereoquímica relativa do produto é sin (e não anti) • O mecanismo é concertado • Mecanismo • Regioquímica da adição do Boro é explicada por fatores estéricos e eletrônicos δ+δ- O Boro se insere de modo anti-Markownikow por: - Razões estéricas (grande volume do Boro) - Razões eletrônicas (a ligação H-B é polarizada em direção ao hidrogênio) δ+δ- • Dihidroxilação sin de alquenos • Uso de óxidos de Ósmio ou KMnO4 em meio básico à temperatura ambiente • A reação com permanganato é utilizada como teste de identificação Ozonólise de alquenos • Quebra oxidativa de um alqueno gerando aldeídos e cetonas (quando Zn ou dimetilsulfeto são utilizados) • Alquenos disubstituídos geram aldeídos; trisubstituídos geram cetonas • Alquenos terminais geram formaldeído como um dos produtos Quebra oxidativa de alquenos • Quebra oxidativa utilizando permanganatobásico a quente • Alquenos terminais geram CO2 Alquinos • Hidrocarbonetos apresentando pelo menos uma ligação tripla entre dois carbonos • Dois carbonos com hibridização sp • Nomenclatura • Semelhante à de alquenos • Geometria • Hibridização sp: linear com ângulos de 180º • As duas ligações π são ortogonais entre si • Acidez • Alquinos terminais apresentam ligação C-H com uma acidez fraca (pKa ≈ 25) • É possível remover o próton de alquinos terminais com bases bem fortes (ex: nBuLi, NaNH2) • Alcinetos são bases fortes e bons nucleófilos Obtenção de alquinos • A partir de acetileno e haletos de alquila • Uso inteligente da acidez da ligação C-H dos alquinos • Formação do alcineto e reação com haletos de alquila primários ou secundários • Mecanismo da segunda etapa: SN2 Reações de alquinos • Alquinos fazem várias das reações de adição de alquenos • Os mecanismos são os mesmos já abordados anteriormente • Reações de hidrogenação • Hidrogenação total: alquino -> alcano • Hidrogenação parcial: alquino -> alqueno
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