Adicao-Nucleofilica-na-Carbonila

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30/11/2008
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS
DISCIPLINA DE MECANISMOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS
Santa Maria, novembro de 2008.
REAÇÕES DE ADIÇÃO 
NUCLEOFÍLICA NA CARBONILA
2
Reações de Substituição Nucleofílica Aromática
 1. Introdução
 2. Estrutura
 3. Reatividade
 4. Reações 
 4.1.1. Adição Simples 
 4.1.2. Adição Eliminação 
 4.1.3. Substituição
 4.2. Reações de Nucleófilos de Carbono 
 4.1. Reações de Nucleófilos Heteroatômicos 
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Referências Bibliográficas
1. Solomons, T. W. G.; Fryhle, C. B. Organic Chemistry, 
John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2008.
2. Clayden, J. Organic Chemistry, Oxford University Press 
Inc., New York, 2001.
3. Costa, P., et al ; Substâncias Carboniladas e 
Derivados; Série Química Orgânica; Bookman; Porto 
Alegre; 2003.
4. Carey and Sundberg, Advanced Organic Chemistry
Parte A Structure and Mechanisms; Parte B; Reactions
and Synthesis, kluwer Academic/Plenum Publishers, 
New York, 2001.
4
1.Introdução
Aspirina™ 1899
Felix Hoffmann
Salicina-Isolada em 1829 a partir 
da casca do chorão Salgueiro
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Adição Nucleofílica na Carbonila
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7
COX 1
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O mecanismo de ação passa 
pelo ataque nucleofílico da 
Serina-530 na carbonila do 
éster do AAS
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HN
H
O COX
COX
OH
O
HO
O
OH3C
HN
H
O COX
COX
O
O
CH3
O
HO
HO
Mecanismo da Acetilação da COX
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10
1.Estrutura
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1.Estrutura
A polarização e a possibilidade de estruturas de ressonância explicam a 
reatividade de compostos carbonílicos com Nu e E.
 
 
O
R
++ --
Híbrido de ressonância
R
R
O..
..
::
R
R
O
R
R
O..
..
..
..
A B C
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Reatividade
• Adição nucleofílica
• Enolização
• Ativação
C O
R
H
R
Nu:
H+
B:
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• Ativação
• Ativação: Teoria Da Ligação de Valência
OH
R R
OH
R R
Carbonila Protonada
O
R R
O
R R
Carbonila Neutra
14
3- Reatividade de compostos carbonílicos na 
adição nucleofílica
- Ativação da carbonila pela transferência de próton;
- A reatividade da espécie nucleofílica;
- A estabilidade do intermediário tetraédrico.
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Reatividade dos compostos carbonílicos
amplificada em meio ácido
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Intermediário Tetraédrico
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EM TERMOS GERAIS SÃO TRÊS POSSIBILIDADES
DO MECANISMO DE ADIÇÃO
→Adição catalisada por ácido, protonação seguida do 
ataque nucleofílico
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EM TERMOS GERAIS SÃO TRÊS POSSIBILIDADES
DO MECANISMO DE ADIÇÃO
→Adição nucleofílica seguida de protonação
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EM TERMOS GERAIS SÃO TRÊS POSSIBILIDADES
DO MECANISMO DE ADIÇÃO
→Ao mesmo tempo que um nucleófilo ataca um H+ é 
transferido
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DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL 
PARA ENERGIA POTENCIAL
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21
O
R
R R R
O
 
 
O
R
RNu
Nu
Nu
• Mecanismo de Adição
– A influência dos substituintes
• Efeito estérico
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– Relativa reatividade: Aldeídos versus 
Cetonas
• Aldeídos são geralmente mais reativos
que cetonas
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b-Efeito eletrônico: hiperconjugação
2.2- Eletrofilicidade global
R Cl
O
H H
O
H3C 
O
 H
> > >
R OR'
O
H3C CH3
O
R NH2
O
> >
H H
O
H3C H
O
H3C CH3
O
> >
Adição Nucleofílica na Carbonila
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O
Br
O
H
O
CH3
O
OEt
O
N
Brometo de Benzoíla Aldeído Benzóico Acetofenona Benzoato de Etila N,N-Dimetilbenzamida
Reatividade adição nucleofílica
Adição Nucleofílica na Carbonila
Reatividade de diferentes compostos carbonílicos
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• Acidez do Hα
– Equilíbrio cetoenólico
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R1
R2
HH
O
R1
R2
OH
H
Forma Cetônica Forma Enólica
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Acidez de hidrogênios -carbonilas
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27
27
• Acidez do Hα
– Equilíbrio cetoenólico
R1 R2
O O
H
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28
Equilíbrio ceto-enólico
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Acidez do Hα
– Formação de enolatos
R1
R2
O
H
+ B: R1
R2
O
R1
R2
O
Formas canônicas em enolatos, carga negativa localizada no 
Oxigênio
+ BH
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição Nu x Formação de 
Enolatos
– Competitividade
– Escolha do reagente; + Nu 
do que básico, ou vice-
versa, promove reação 
quimiosseletiva.
C O
R
H
R
Nu:
B:
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Aspectos Estereoquímicos da Adição
• Faces proquirais
• Se R1 e R2 não apresentarem 
quiralidade o grupo carbonila é 
enantiotópico
O
R2
R1
si
re
O
HH
Me
Me
OH
HH
Me
Me
OH
HH
Me
Me
CN
CN
(ataque pela face Si)
(ataque pela face Re)
32
32
Adição Nucleofílica na Carbonila
• Aspectos Estereoquímicos da Adição
O
R2
R1
OH
R2
R1
Nu
Faces Proquirais Enantiotópicas
Nu/H+
*
O
R
R
OH
R
R
Nu
Faces Homotópicas
Não há formação de centro estereogênico
Nu/H+
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Aspectos Estereoquímicos da Adição
– Faces Diasterotópicas
O
R1
R3R2
R4
OH
R3R2
R4 +Nu
R1
OH
R3R2
R4R1
Nu
NuH+
Adição Nucleofílica na Carbonila
• Reações de Adição Nu a Carbonila
• Adição de Nu Heteroatômicos
• Adição de Nu de Carbono
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de Nu Heteroatômicos
– Adição simples
• Adição de Água
• Adição de Álcoois
– Adição – Eliminação
• Adição de aminas
• Adição de hidroxilamina
• Adição de Hidrazina
• Adição de semicarbazidas
– Substituição
• Hidrólise de ésteres
• Aminólise de ésteres
• Hidrólise de amidas
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição simples
• Adição de água: Formação hidratos
O
RR
OH
R R
O OH
H2O
R R
HO OH
+ OH
Catálise Básica
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O
RR
HX
OH
RR
H2O
R R
HO OH2
R R
HO OH
+ HX
Catálise Ácida
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição simples
– Adição de água: Formação hidratos
Composto 
carbonílico
K(em água,25ºC)
CH2O 2,28 x 103
CH3CHO 1,06
(CH3)3CCHO 0,23
CF3CHO 2,9 x 104
C6H5CHO 8 x 10-3
CH3COCH3 1,4 x 10-3
C6H5COCH3 9,3 x 10-6
FCH2COCH3 0,11
CF3COCF3 1,2 x 106 37
38
Hidratação
→K depende de R1 e R2
→ K << 1 : cetonas e aldeídos aromáticos 
→ K ~ > 1: aldeídos alifáticos
→ K  : R1 R2 grupos volumosos e grupos + 
I/+ M (estabilização da carbonila) 
→ K: R1 , R2 grupos -I/-M 
(desestabilização da carbonila)
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição simples
• Adição de Álcoois: Formação de acetais
O
R1 R2
+ ROH H
R1 R2
HO OR
Hemiacetal
RO
R1 R2
H
R1 R2
O ORH
R
R1 R2
RO ORROH
Acetal
39
40
R1
R''O
R2
OR'
H
R1
R''O
R2
OR'
H
R1
OR''
R2
HOR'
R1
OR''
R2
H2O
R1
R''O
R2
O
H
H
R1
R''O
R2
OH
H
R1
R''O
R2
OH
H
R1
OH
R2 R1
O
R2
H
Hidrólise de Acetais em Meio Ácido
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41Adição – Eliminação
Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição – Eliminação
– Adição de aminas: formação e hidrólise de 
iminas e enaminas
R1
R2
O
H
RNH2
RRNH
R1
R2
R1
R2
NN
H
R R
H
Enamina Imina
H2O + + H2O
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• Adição de aminas primárias e 
secundárias
Aldeídos e cetonas reagem com aminas primárias (amônia) 
para formar iminas.
Eles reagem com aminas secundárias para formar 
enaminas.
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de aminas. Catálise ácida:
R1
R2
OH
H
RNH2
R1
R2
OHN
H
H
R
R1
R2
OH2NH
R
R1
R2
N
H
H R
R1
R2
N
H
R H
R1
R2
N
H
R
R1
R2
N
H
R
Imina Z Imina E
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– Enaminas
• Reações com aminas 2as
45
45
Adição de aminas Secundárias.
Reatividade de Aldeídos versus
Iminas
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Reações de derivados de aminas 
primárias
R1
R2
O
H
RNHNH2
H2N NHNH2
O
NH2OH
R1
R2
N
H
R1
R2
N
H
R1
R2
N
H
OH
H2O +
NH
H2N
O
+ H2O
+ H2O
Semicarbazonas
Oximas
NH
R
Hidrazonas
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Substituição
– Hidrólise de ésteres
O
O
H3OOH
OH
O
O
O
HOHO
+ +
V= k [H3O+] [éster]
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Substituição
– Hidrólise de ésteres: catálise ácida
O
O
+ H3O+ O
OH
O
OH
+ H2O
O
OH
O
HH
O
OH
OH H
OH
O
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Substituição
– Hidrólise de ésteres: catálise básica
G
O
O
OH
G
O
O
OH
G
OH
O
O
G
O
O
HO+ +
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Substituição
–Preparação de amidas
O
R OR1
+ R2NH2 R2H2N R
O OR1
R2HN R
HO OR1
R2HN R
O OR1 O
R2HN R
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Substituição
–Hidrólise de amidas
O
R NH2
+ OH
O
R O
+ NH3
Meio básico
O
R NH2
+ H3O
O
R OH
+ NH4
Meio ácido
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de Nu de Carbono
–Adição de cianeto
–Adição de organometálicos
–Adição de ilídeos de Fósforo
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de Cianeto:
– Formação de cianoidrinas e α-aminonitrilas
O
R R
HCN
R R
HO CN
R R
HO CO2H
R R
HO NH2
B - Hidróxiaminas 
ou B- aminoálcool
a - hidróxiácidos
hidrólise redução
a - hidróxinitrila
ou cianoidrina
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de Organometálicos:
– Formação de álcoois e aminas
• Onde os mais usados em síntese orgânica: 
RMgX e RLi
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de Organometálicos:
– Formação de álcoois e aminas
• Onde os mais usados em síntese orgânica: 
RMgX e RLi
O
R1 R2
+ R : MgX
O
R1 R2
Mg
R
X
R1 R2
R OMgX H3O+
R1 R2
R OH
N
R1 R2
+ R : MgX
R1 R2
R NHR3
R3
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Mecanismo para reação de Organolítios
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de ilídeos de fósforo:
– Reação de Wittig (1954)→ obtenção de 
olefinas para fins acadêmicos e 
industriais a partir de cetonas e 
aldeídos.
– Anteriormente o procedimento seguia 2 
etapas: adição Nu e posterior eliminação, 
no entanto a etapa de eliminação não é 
regiosseletiva.
– A reação de Witting produz olefinas de 
forma regiosseletiva. (Prêmio Nobel 
1979)
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de ilídeos de fósforo:
O
1. CH3MgBr
2. H3O+
OH
CH3
- H2O
CH2 CH3
+
Reação de Witting
O
Ph3P CH2
CH2
+
Ph3P O+
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de ilídeos de fósforo:
–Formação das fosforanas
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Adição Nucleofílica na Carbonila
• Adição de ilídeos de fósforo:
–Um mecanismo proposto
Ph3P CH2
O
R R
Ph3P CH2
CO
R
R
Ph3P CH2
CO
R
R
R R
CH2
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Betaína Oxofosfetana