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315 18 Reações de aldeídos e cetonas O grupo carbonila faz parte de varias funções orgânicas que estão presentes na natureza e na indústria química desempenhando papel importante. Os aldeídos, RCHO, e cetonas, RCOR1, são responsáveis pelo aroma e sabor de muitos alimentos. No sistema biológico participam das funções de muitas enzimas. O centro reativo das estruturas carboniladas esta no grupo carbonila, - C = O, que devido ao efeito de ressonância permite uma variedade de reações de adição. O R R1 R e R1 são radicais alquilas. Formula geral de uma cetona O CH3 CH3 Acetona Propanona O CH3CH2 CH3 Butanona O R H R é um radical alquila. Formula geral de um aldeído O CH3 Propanal O CH3CH2 H Etanal H 18.1 Aldeído por oxidação de álcool primário Os aldeídos podem ser preparados a partir de álcool primário por oxidação com clorocromato de piridínio, C5H5NH+CrO3Cl (PCC). R H2 C O H C5H5NH+CrO3Cl CH2Cl2 R C H O Álcool primário Aldeído H C5H5NH+CrO3Cl CH2Cl2 O Álcool primário Aldeído H2 C O H C 316 CH2Cl2 O Benzaldeído H2 C O H PCC C H Álcool benzílico CH2Cl2 O PCC OH H 18.2 Aldeído por oxidação de alceno Os alcenos com hidrogênios vinílicos através de clivagem oxidativa produzem aldeídos. A reação ocorre com o ozônio em presença de dimetilsulfeto, mecanismo estudado no capítulo 11. C C H H HH + O3 C O C OOH H H H CH3 - S - CH3 C H H O + CH3SCH3 O 2 Metanal O alceno cíclico, com hidrogênios vinílicos produz um dialdeído. + O3 CH3 - S - CH3 O O O O HH O PentanodialCiclopenteno 18.3 Aldeído por redução de cloretos de acila O cloreto de acila pode ser reduzido a aldeído por meio da reação de redução efetuada com tri-ter-butóxialuminio e lítio. 1-Li Al H[(O-t-bu)3]3, Et2O, -78oC 2- H2O C Cl O Cloreto de benzoíla C H O Benzaldeído Desenvolvimento do mecanismo. Na primeira etapa, o par de elétrons do oxigênio se desloca e faz conexão no metal lítio. Este movimento eletrônico permite a separação entre o lítio e alumínio que se encontram presentes na estrutura do hidreto de t-butóxialuminio e lítio. 317 C Cl O Benzaldeído LiAlH[OC(CH3)3]3 C Cl O Li+ + AlH[OC(CH3)3]3 O processo de redução inicia com o deslocamento do hidreto para o carbono da carbonila. C Cl O Li+ Al[OC(CH3)3]3 H C Cl O Li H Al[OC(CH3)3]3+ O átomo de alumínio presente no t-butóxialuminio se manifesta como um ácido de Lewis e recebe o par de elétrons do oxigênio. C Cl O Li + H Al[OC(CH3)3]3 C Cl O Li H Al[OC(CH3)3]3 + C O LiCl H Al[OC(CH3)3]3 + A adição de água provoca a hidrolise do complexo de alumínio levando a formação do aldeído. + C O H Al[OC(CH3)3]3 H2O C O H 18.4 Aldeído por redução de ésteres Os ésteres e nitrilas podem ser reduzidos a aldeído com o uso do reagente redutor hidreto de dibutóxialuminio, DIBAL-H. É importante utilizar na reação, quantidades controladas dos reagentes, afim de evitar a super-redução e não esquecer de utilizar baixa temperatura. CH3CH2 C O CH3 O Al ( i-Bu) ( i-Bu)H CH3CH2 C O CH3 O Al ( i-Bu) ( i-Bu)H+ Par de elétrons do oxigênio é deslocado para o orbital vazio do alumínio. 318 CH3CH2 C O CH3 O Al ( i-Bu) ( i-Bu)H O ( i-Bu)( i-Bu) H+ Al CH3CH2 C O CH3 CH3CH2 C H O+ Al + OCH3 ( i-Bu)2 O deslocamento de hidreto para o centro eletrofílico da carbonila leva a redução CH3CH2 C H O+ Al + OCH3 ( i-Bu)2 H2O várias etapas CH3CH2 C H O Aldeído propanal 18.5 Cetonas a partir de arenos O R C Cl Cloreto de acila O R Anel aromático + AlCl3 C Cetona aromática + HCl Este método de obtenção de cetona segue o processo de reação desenvolvido pelos químicos Charles Friedel e James Crafts. Esta reação é conhecida com o nome de acilação de Friedel-Crafts, e tem o objetivo de gerar cetonas aromáticas pela introdução de um grupo acila no anel aromático. A outra reação descoberta por eles é a alquilação de Friedel- Crafts que tem a finalidade de introduzir radical alquila no anel aromático. Nesta reação o anel aromático é um substrato rico em elétrons e sendo assim, mostra afinidade por eletrófilos (E+). O eletrófilo desta reação é gerado de um cloreto de acila. O +R C Cl Cloreto de acila O R C Radical acila O R C Eletrófilo acila + O R C Mais estável O benzeno é um substrato pouco reativo e por esta razão esta reação ocorre na presença de um catalisador. O catalisador utilizado é o cloreto de alumínio, que inicia o mecanismo preparando o eletrófilo. Qualquer eletrófilo ao interagir com o anel aromático quebra a aromaticidade do anel. + E+ Anel aromático E Anel não aromático 319 No final do mecanismo a aromaticidade do anel é recuperada por uma base. Desenvolvimento do mecanismo. Primeira etapa preparação do eletrófilo. O + R C Cl Cloreto de acila Al Cl Cl Cl O R C Cl AlCl3 + O R C Cl AlCl3+ Eletrófilo O par de elétrons do cloro é deslocado para o orbital vazio do alumínio. O complexo formado é rompido na ligação carbonila–cloro gerando o eletrófilo. Na segunda etapa o eletrófilo formado recebe o par de elétrons do anel aromático. + O RO R C Anel aromático C + etapa lenta intermediário estabilizado por ressonância O RC+ ++ O RC O RC Formas de ressonância do intermediário + O RC ou A próxima etapa do mecanismo tem como finalidade recuperar a aromaticidade do anel, este procedimento é realizado por uma base de Lewis. O + RC O RC H Cl - AlCl3 etapa rápida + HCl + AlCl3 No final da reação é adicionada água a mistura reacional com o objetivo de liberar o catalisador, que fica conectado ao oxigênio da carbonila formando um complexo. + O RC AlCl3 O RC AlHCl3 3 H2O O RC + Al (OH)3 + 3 HCl 18.6 Cetonas por oxidação de alcenos 320 Os alcenos sem hidrogênios vinílicos através de clivagem oxidativa produzem cetonas. A reação ocorre com o ozônio em presença de dimetilsulfeto. C C R R1 R1R + O3 C O C OOR R R1 R1 CH3 - S - CH3 C R R O + CH3SCH3 O C R1 R1 O+ + O3 CH3 - S - CH3O O O OO Ciclopenteno sem hidrogênios vinílicos - produto dicetona R R R R R R Dicetona 18.7 Cetonas por oxidação de álcool secundário As cetonas podem ser preparadas a partir de álcool secundário por oxidação com clorocromato de piridínio, C5H5NH+CrO3Cl (PCC). R H C O H C5H5NH+CrO3Cl CH2Cl2 R C OÁlcool secundário R1 R1 Cetona 18.8 Cetonas a partir de alcinos A adição de água a alcinos em presença de ácido forte e ions mercúrio Hg+2, forma como produto álcool vinílico que se tautomeriza para uma cetona ou etanal se o alcino for o etino. R R H O R- C C - R + H - OH HgSO4 H2SO4 H OHR R tautomerização C C H CetonaEnol Alcino Tautomerização do enol para cetona. H OR R Enol H2O - H + H O R RH + + H2O HO R RH + + H3O Cetona protonada Cetona H H H O CH3- C C - CH3 + H - OH HgSO4 H2SO4 H OHCH3 CH3 tautomerização C C H2-Butino CH3 CH3 Butanona 321 18.9 Adição nucleofílica em aldeídos e cetonas Este tipo de adição ocorre devido ao efeito de ressonância presente no grupo carbonila. A ressonância promove na estrutura um dipolo elétrico que permite a entrada de um nucleófilo no centro positivo, localizados no carbono da carbonila, e um eletrófilo no centro negativo, localizado no oxigênio. Deslocalização dos elétrons pi + Aqui entra o nucleófilo Aqui entra o eletrófilo H3C C H3C O H3C C H3C O + O nucleófilo tem que possuir na sua estrutura par de elétrons disponível, desta forma pode aparecer como uma molécula neutra com par de elétrons não ligante ou como uma estrutura aniônica. Aparecem como nucleófilos neutros em reações orgânicas o metanol, CH3OH, a água, H2O, o tiol, RSH, amina RNH2 e outros. Como exemplo de nucleófilo carregado negativamente temos os seguintes ânions: hidróxi, -OH, amideto, -NH2, alcóxi, RO- e outros. Algumas reações de adição nucleofílica se desenvolvem de forma reversível e utilizam ao longo do mecanismo nucleófilos neutros ou nucleófilos carregados negativamente. Os aldeídos são mais reativos que as cetonas e isto se deve a efeito estérico e de polaridade. O efeito estérico é maior nas cetonas, pelo fato de apresentarem dois radicais alquilas ligados a carbonila. Estes radicais dificultam a aproximação do nucleófilo, enquanto que, na estrutura dos aldeídos o efeito estérico é menor por existir apenas um radical alquila conectado ao grupo carbonila. Dois grupamentos metila dificultando a entrada do nucleófilo. Bloqueio estérico maior. Um grupamento metila bloqueio estérico menor. Reação mais rápida. Cetona Aldeído O efeito da polaridade esta relacionada com a estabilidade do centro catiônico formado em decorrência da ressonância. Na cetona o centro catiônico se localiza em um carbono secundário, enquanto que, no aldeído o centro catiônico reside em um carbono primário, conferindo a estrutura maior energia. 322 Cetona Aldeído + Cátion em carbono secundário. Menor energia. Cátion em carbono primário. Maior energia. + 18.10 Adição nucleofílica catalisada por ácido Como o catalisador é um ácido vai procurar o centro básico do substrato carbonilado, que se encontra no oxigênio da carbonila. Cetona Aldeído Centro de maior densidade eletrônica- centro básico C O R R1 R1 = H Aldeído H - A Ácido de Lewis Par de elétrons do centro básico da estrutura captura o hidrogênio ionizável do ácido, através de uma reação ácido-base. Base de Lewis C O R R1 + H C OH R R1 + + A Base conjugadaCátion oxônio O carbono de um cátion oxônio é mais ativado para receber o ataque de um nucleófilo do que o carbono da carbonila. C O R R1 + H C OH R R1 + Cátion oxônio Mais suscetível ao ataque do nucleófilo C O R R1 C O R R1 + Mais ativado para receber o nucleófilo Menos suscetível ao ataque do nucleófilo Menos ativado para receber o nucleófilo Na segunda etapa, o nucleófilo ataca o centro catiônico (centro eletrofílico) ativado pelo catalisador. 323 C OH R R1 R1 = H Aldeído H - Nu R R1 + Base conjugada do catalisador ácido + H - Nu OH A R R1 OH Nu + H - A Catalisador recuperado 18.11 Formação de hemiacetal A reação de um aldeído ou uma cetona com um álcool forma um composto denominado de hemiacetal. Como a reação será desenvolvida por meio de catálise ácida, é necessário iniciar o processo com a forma ácida do reagente. O HR O HR H O HR + Base Ácido Ácido conjugado + R - O Base conjugada Par ácido-base utilizado no mecanismo H O HR + Ácido conjugado O HR Base Desenvolvimento do mecanismo. Na primeira etapa o catalisador, um ácido de Lewis, recebe o par de elétrons do oxigênio da carbonila e forma o cátion oxônio. C O R R1 R1 = H Aldeído Base de Lewis C O R R1 + H C OH R R1 + + R - OH Base conjugadaCátion oxônio H O HR + C O R R1 + H Cátion oxônio O HR H O HR + O H R R R1 + OH R R1 OH OR Nucleófilo promovendo o ataque no centro eletrofílico O H R + Hemiacetal 324 18.12 Adição nucleofílica catalisada por base A base forte presente no meio reacional ataca o centro eletrofílico do substrato, formando um alcóxido como intermediário tetraédrico, que por ser básico captura um hidrogênio ionizável. C O R R1 Cátion oxônio R R1 O R R1 OH Base forte promovendo o ataque no centro eletrofílico + B B H - B B B O hemiacetal pode também ser formado através de catalise básica. C O R R1 Cátion oxônio R R1 O R R1 OH Base forte promovendo o ataque no centro eletrofílico + RO RO H - OR OR OR 18.13 Formação de acetal É um mecanismo que envolve duas moléculas e álcool para uma do composto carbonilado. Na primeira fase do mecanismo forma-se o hemiacetal e posteriormente o acetal. C O R R1 R1 = H Aldeído Base de Lewis C O R R1 + H C OH R R1 + + R - OH Base conjugadaCátion oxônio H O HR + C O R R1 + H Cátion oxônio O HR H O HR + O H R R R1 + OH R R1 OH ORO H R + Hemiacetal O hemiacetal formado na presença do ácido de Lewis tem o oxigênio da hidroxila protonado. Após a protonação, ocorre um deslocamento de elétrons que leva a formação do cátion oxônio altamente reativo. 325 C O R R1 + RH O HR + + R R1 OH OR + R R1 OH2 H2O Protonação da hidroxila Cátion oxônio reativoOR Uma segunda molécula de álcool, na função de nucleófilo, ataca o carbono do íon oxônio por ser um centro eletrofílico. C O R R1 + R O HR H O HR + O H R + O H R R R1 ORCátion oxônio reativo OR R R1 OR Acetal + Os acetais são utilizados em síntese orgânica como grupos protetores de aldeídos e cetonas, pelo fato de serem estáveis em soluções básicas. 18.14 Formação de imina Os aldeídos e cetonas reagem com aminas primárias (R – NH2) formando compostos denominados de imina (R – CH = N R). A reação é desenvolvida através de catalise ácida e o produto formado é uma mistura de isômeros (E) e (Z). C O R R1 R1 = H Aldeído + H2N - R2 H3O + C N R R1 R2 + H2O Imina,isômeros (E) e (Z) Amina primária No desenvolvimento do mecanismo, a etapa importante ocorre no momento em que o aminoálcool protonado perde uma molécula de água formando o íon imino. C O R R1 R1 = H Aldeído H2N - R2 + RR1 Amina primária O Cetona Intermediário dipolar H N H R2 Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio. Reaçãoácido-base intramolecular. RR1 OH N H R2 Aminoálcool O aminoálcool na presença do ácido de Lewis tem sua hidroxila protonada formando o aminoálcool protonado. 326 + RR1 OH N H R2 Aminoálcool O H HH + RR1 OH2 N H R2 Aminoálcool protonado + C N R R1 R2 H Íon imínio + H2O A água captura o hidrogênio ionizáveldo íon imínio levando a formação da imina. ++ C N R R1 R2 H Íon imínio H2O C N R R1 R2 + H3O Imina isômeros (E) e (Z) Se o mecanismo de reação for desenvolvido com um amina secundária, R2 NH, o produto formado é uma enamina. O mecanismo é idêntico ao da formação de imina, sendo que, no estágio de formação do íon imínio não existe próton sobre o nitrogênio que possa ser perdido, neste momento, é retirado o próton do carbono vizinho (carbono alfa). C O CH3 R - HN - R + CH3 Amina secundária O Cetona Intermediário dipolar H N R R Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio. Reaçãoácido-base intramolecular. OH N R R Aminoálcool CH3 H3C CH3H3C CH3 H3C + R OH N R Aminoálcool O H HH + OH2 N Aminoálcool protonado + C N Íon imínio R R H3C R RH3C CH3 CH3 + H2O + C N Íon imínio R RH3C H2C H OH2 C N R RH3C H2C Enamina + H3O + 327 Qual produto se obtém, quando a butanona reage com a metilamina sob catalise ácida. Formação do aminoálcool. C O CH3 H2N - CH3 + O H N H CH3 OH N H CH3 Aminoálcool CH3 CH3 CH2CH3 CH3CH2Butanona Metilamina CH3CH2 Formação do íon imínio. CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH2 CH3CH2 + OH N H Aminoálcool O H HH + OH2 N H Aminoálcool protonado + C N H Íon imínio CH2CH3 CH3 Formação da imina. CH3CH3CH3 CH3CH2 CH3CH2 CH3 ++ C N H Íon imínio H2O C N + H3O Imina A reação a seguir envolve o substrato butanona e o reagente nucleofílico dimetilamina. C O CH3 + O H N CH3 OH N CH3 Aminoálcool CH3 CH3 CH2CH3 CH3CH2Butanona CH3CH2 N CH3 CH3H Dimetilamina O par de eletrons não ligante do nitrogenio ataca o centro eletrofílico formando um intermediário dipolar. Intermediário dipolar promove uma reação ácido-base intramolecular. Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável ligado ao nitrogênio, formando o aminoálcool H3CH3C 328 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH2 CH3CH2 + OH N H3C Aminoálcool O H HH + OH2 N H3C Aminoálcool protonado + C N Íon imínio CH2CH3 CH3 Protonação da hidroxila do aminoálcool. O par de elétrons do oxigênio captura um hidrogênio ionizável da água protonada. A deslocalização do par de elétrons do nitrogênio rumo ao oxigênio positivo, promove a formação da dupla ligação e liberação da água. + H2O CH3 H2C + C N Íon imínio CH2CH3 CH3 H H2O CH3 H2C C N Enamina CH2CH3 CH3 + H3O + 18.15 Redução de Wolff-Kishner Esta reação tem o objetivo de desoxigenar aldeídos e cetonas, levando o grupo carbonila, -C = O, a ser transformado em –CH2. O processo acontece em duas fases: na primeira fase o substrato que pode ser um aldeído ou uma cetona reage com o nucleófilo hidrazina gerando uma hidrazona, que será utilizada na segunda fase como substrato da reação com base forte (NaOH). A base forte promove a remoção de nitrogênio da estrutura através de um mecanismo denominado de redução de Wolff-Kishner. Primeira fase: formação da hidrazona. C O R R1 R1 = H Aldeído H2N - NH2 + RR1 O Cetona Intermediário dipolar H N H NH2 RR1 OH N H NH2Hidrazina Par de elétrons do nitrogênio faz conexão no carbono da carbonila (carbono eletrofílico). Par de elétrons disponível do oxigênio captura o hidrogênio ionizável conectado no nitrogênio. 329 + R R1 OH N H NH2 O H HH + RR1 OH2 N H NH2 + C N R R1 NH2 H + H2O Protonação do grupo hidroxila Deslocamento do par de elétrons do nitrogênio com eliminação de água. NH2R R1 NH2 ++ C N H Desprotonação da hidrazona H2O C N + H3O Hidrazona R R1 Segunda fase: Eliminação de nitrogênio com base forte. NH2 C N + Hidrazona R R1 NaOH trietilenoglicol 200oC RCH2R1 + N21 Alcano Mecanismo de eliminação de nitrogênio. N C N Hidrazona R R1 H H OH N C N R R1 H C N N HR R1 A base forte captura um hidrogênio da hidrazona efetuando a desprotonação. O deslocamento do par de elétrons transporta a carga negativa para o carbono sp2. C N N HR R1 H O H CH N N HR R1 O carbânion formado é uma base de Lewis e captura um hidrogênio da água. + OH CH N NR R1 CH N N HR R1 + OH A base captura o último hidrgênio conectado ao nitrogênio. + H2O 330 O deslocamento do par de elétrons, libera N2 e gera um carbânion CH N NR R1 CH R R1 + N2 H O HCH R R1 A reação encerra com carbânio, base de Lewis, capturando o hidrogênio da água. CH2 R R1 + OH 18.16 Reação de Wittig Georg Wittig em 1979 recebeu o prêmio Nobel de Química por seu trabalho em compostos orgânicos contendo fósforo. A reação de Wittig tem como objetivo transformar um aldeído ou uma cetona em um alceno. O reagente transformador do aldeído ou cetona em um alceno é um composto químico chamado de ilídeo de fósforo, fosforano ou ainda ileto de fósforo. Os iletos de fósforo são preparados através de duas reações. A primeira é uma reação SN2 entre um halometano, haloalcano primário ou secundário (raramente) com o nucleófilo trifenilfosfina. A segunda reação envolve um processo ácido-base, onde uma base de Lewis captura um hidrogênio ionizável. Primeira reação. P H H H Br SN2 P + H H H + Br Par de elétrons não ligante do fósforo ataca a retaguarda do brometo de metila. Grupo despedido ou retirante Segunda reação. P + H H H Li CH2CH2CH2CH3 THF + P H H P + H H Metilenotrifenilfosforano Ileto de fósforo + C4H10 + Li+ Com o ileto de fósforo preparado é possível desenvolver o mecanismo de reação de Wittig. O mecanismo será efetuado com a propanona que será transformada em um alceno. 331 P + H H H3C C H3C O CH2 P + O C CH3 CH3 3 CH2 P O C CH3 CH3 3 Betaína de fósforo Oxa-fosfa-ciclobutano Oxafosfetano CH2 P O C CH3 CH3 3 Oxa-fosfa-ciclobutano Oxafosfetano CH2 C CH3 CH3 P O 3+ Alceno Óxido de trifenilfosfina A reação a seguir mostra o mecanismo de transformação do butanal. P + H H CH3CH2CH2 C H O CH2 P + O C H CH2CH2CH3 3 CH2 P O C H CH2CH2CH3 3 Betaína de fósforo Oxafosfetano CH2 P O C H CH2CH2CH3 3 Oxa-fosfa-ciclobutano Oxafosfetano CH2 C H CH2CH2CH3 P O 3 + Alceno 1-penteno Óxido de trifenilfosfina Nesta reação o aldeído ou a cetona é transformado em alceno pela substituição do oxigênio do reagente carbonílico pelo =CH2, =CHR ou = CR2 do ileto. C O CH2CH3 CH3CH2 3-pentanona (Ph)3P - CHCH3 + THF C CHCH3 CH2CH3 CH3CH2 Veio do ileto Veio da cetona + (Ph)3P = O 3-Etil-2-penteno 18.17 Adição de reagente de Grignard O reagente de Grignard tem fórmula geral RMgX e é obtido através da reação entre um haleto orgânico e o magnésio metálico em presença de éter anidro. Segue a preparação de alguns reagentes de Grignard. 332 H3C H2 C C H2 Cl + Mg éter anidroH3C H2 C CH2 MgCl Haleto orgânico primário Cloreto de propila Reagente de Grignard Cloreto de propilmagnésio H2C H2 C CH CH3 Br Haleto orgânico secundário 2-bromobutano + Mg éter anidro H2C H2 C C H MgBr CH3 Brometo de s-butilmagnésio + Mg éter anidro H3C C CH3 H3C Cl Haleto orgânico terciário 2-cloro-2-metilpropano H3C CMgCl H3C H3C Cloreto de t-butilmagnésio O reagente de Grignard reage com aldeídos e cetonas produzindo álcool. O reagente de Grignard é uma fonte geradora de nucleófilo carbânion, pelo fato do grupo alquila na estrutura do reagente de Grignard, se encontrar extremamente polarizado perto do magnésio que é um metal e, portanto eletropósitivo. O mecanismo começa com o Mg+2 efetuando uma complexação no oxigênio do grupo carbonila. Este processo deixa o centro eletrofilico do carbono da carbonila mais ativado e pronto para receber o ataque do carbânion. Desenvolvimento do mecanismo. H3C C H3C O H3C H2 C CH2 MgCl O Mg+2 por ser um ácido de Lewis faz a complexação no par de elétrons do oxigênio H3C C H3C O MgCl H3C H2 C CH2+ Carbânion propila H3C C H3C O MgCl H3C H2 C CH2 Nucleófilo carbânion propila atacando o centro eletrofílico. H3C C H3C CH3CH2CH2 OMgCl Intermediário tetraédrico 333 H3C C H3C CH3CH2CH2 OMgCl H O H Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água, formando o álcool terciário. H3C C H3C CH3CH2CH2 OH + Mg (OH)Cl Álcool terciário Sal básico A reação do reagente de Grignard com aldeído formado por dois ou mais carbonos, produz álcool secundário. A reação com o formaldeido leva a formação de álcool primário. H3C C H O H3C H2 C CH2 MgCl Complexação do magnésio no para de elétrons do oxigênio do aldeído. H3C C H O MgCl H3C H2 C CH2+ Carbânion propila H3C C H O MgCl H3C H2 C CH2 Nucleófilo carbânion propila atacando o centro eletrofílico. H3C C H CH3CH2CH2 OMgCl Intermediário tetraédrico H3C C H CH3CH2CH2 OMgCl H O H Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água, formando o álcool secundário. H3C C H CH3CH2CH2 OH + Mg (OH)Cl Álcool secundário Sal básico Desenvolvimento do mecanismo para o substrato aldeído fórmico. H C H O H3C H2 C CH2 MgCl Complexação do magnésio no para de elétrons do oxigênio do aldeído fórmico H C H O MgCl H3C H2 C CH2+ Carbânion propila 334 H C H O MgCl H3C H2 C CH2 Nucleófilo carbânion propila atacando o centro eletrofílico do aldeído fórmico. H C H CH3CH2CH2 OMgCl Intermediário tetraédrico H C H CH3CH2CH2 OMgCl Intermediário tetraédrico H O H Par de elétrons do oxigênio captura o hidrogênio ionizável da água,formando o álcool primário. H C H CH3CH2CH2 OH + Mg (OH)Cl Álcool primário Sal básico 18.18 Reações aldólicas As reações aldólicas ocorrem entre dois compostos carbonílicos iguais ou diferentes. Um composto carbonilico participa da reação como substrato eletrofílico, equanto que, o outro exerce a função de reagente nucleofilico. Vamos analisar um composto carbonílico e procurar na estrutura um centro eletrofílico e um centro capaz de se transformar em um nucleófilo. Aqui existe ligação sigma e ligação pi. A ligação pi é responsavel pelo efeito de ressonância que torna o carbono da carbonila um centro eletrofílico ou catiônico. αα Os hidrogênios conectados nos carbonos alfa ( )α são dotados de fraca acidez e podem ser capturados por base forte e gerar um carbânion (nucleófilo). Carbonila - C = O Propanona Usando a propanona como exemplo é possível encontrar o centro eletrofílico da propanona-substrato. 335 αα Propanona-substrato Deslocamento de elétrons pi para o oxigênio + Aqui no centro eletrofílico (+) ocorre a conexão do reagente nucleofílico(-) Ao longo do mecanismo esta situação fica indicada pelas setas curvas, que indicam o movimento de um par de elétrons. Esta análise mostra que a propanona-substrato será atacada pelo nucleófilo no carbono da carbonila, exatamente onde reside o centro eletrofílico. Agora vamos analisar a segunda molécula de propanona que será responsável pela formação do nucleófilo.A segunda estrutura da propanona, será transformada em um reagente nucleofílico com a ajuda de uma base forte. Propanona B B é uma base forte H2C C H3C O H2C C H3C O H C H3C O H2C Íon enolato é o nucleófilo. A conexão no centro eletrofílico (+) da propanona substrato será realizada pelo carbono aniônico (-), obedecendo a lei da atração. Tranformação da propanona em nucleófilo Observe como pode ser efetuada esta conexão. H2C C H3C O H3C C H3C O Um ânion alcóxidoH3C C H3C O C H2 C CH3 O Par de elétrons do carbono efetuando a conexão no centro eletrofílico e formando o ânion alcóxido H3C C H3C O C H3C O CH2 Um ânion alcóxidoH3C C H3C O C H2 C CH3 O Par de elétrons do oxigênio é deslocado para o carbono, para que os eletrons pi efetuem a conexão no centro eletrofílico, formando o alcóxido. O sentimento do mecanismo já foi lançado, agora vamos realizar o mecanismo completo de condensação. Para começar vamos condensar duas moléculas de acetaldeído. 336 H3C C H O2 10% NaOH H2O , 5oC H3C C H OH C H2 C H O 3-hidróxibutanal Veio do aldeído-substrato Veio do aldeído que se transformou em nucleófilo Mecanismo. Primeira etapa: preparação do nucleófilo íon enolato. H2C C H O H2C C H O H C H O H2C Íon enolato é o nucleófilo. Tranformação do acetaldeído em nucleófilo OH + H2O Na segunda etapa, o nucleófilo íon enolato ataca o centro eletrofílico do aldeído- substrato. H2C C H O H3C C H O Um ânion alcóxidoH3C C H O C H2 C H O Par de elétrons do carbono efetuando a conexão no centro eletrofílico e formando o ânion alcóxido. Na terceira etapa, o íon alcóxido (base de Lewis) captura um hidrogênio ionizável da molécula de água (ácido de Lewis). Um ânion alcóxido H3C C H O C H2 C H O H3C C H OH C H2 C H O 3-hidróxibutanal H O H + OH O produto de uma condensação aldólica entre duas moléculas de aldeído produz um hidróxi- aldeído que recebe a denominação de aldol. Aquecendo o 3-hidroxibutanal, que se encontra no meio básico, acontece à desidratação e a formação de um aldeído insaturado. Desidratação do aldol. 337 O C H C C H OHH3C H H ∆ H3C C C H CH H O + H2O + OH 2-butenal / crotonaldeído OH Como ficaria o desenvolvimento do mecanismo para a síntese do 2-etil-3- hidróxiexanal. Escrevendo a estrutura fica fácil de descobrir o aldeído que será condensado. No lugar da hidroxila antes existia uma carbonila. Separando a estrutura no carbono hidroxilado, se encontra o aldeído de partida. O C H C C H OHCH3CH2CH2 H CH2CH3 Butanal substrato 1 234 12 3 4 Butanal que se transformou em enolato CH3CH2CH2 C H O 2 NaOH, dil O C H C C H OHCH3CH2CH2 H CH2CH3 Mecanismo de condensação de duas moléculas de butanal. Preparação do nucleófilo.C C H O HC C H O H C H O C Íon enolato é o nucleófilo. OH + H2O CH3CH2 HCH3CH2 H CH3CH2 Conexão do nucleófilo íon enolato no butanal-substrato C C H O C C H O CH3CH2 H CH3CH2 H2 C H2 H2 C CH H C C O H3C CH2CH3 O H Formação do hidróxi-aldeído 338 C H2 H2 C CH H C C O H3C CH2CH3 O H H O H C H2 H2 C CH H C C OH H3C CH2CH3 O H + OH 2-etil-3-hidróxiexanal 18.19 Reações aldólicas cruzadas A reação aldólica cruzada ocorre entre dois aldeídos diferentes, e provoca a formação de vários produtos, não sendo indicada para o uso em síntese orgânica. A reação entre o etanal e o propanal fornece quatro produtos diferentes. C C H O H3C C H O CH3 H2 H O H+ OH H2O H3C CH C H2 C OH 3-Hidróxibutanal H3C H2 C CH CH C OH CH3 O + 3-Hidróxi-2-metilpentanal H O H3C CH C C OH H CH3 3-Hidróxi-2-metilbutanal + HH3C H2 C CH H2 C C OH O 3-Hidróxipentanal Analisando a estrutura de cada produto é possível descobrir os aldeídos que foram condensados. H O H H3C CH C H2 C OH H3C H2 C CH CH C OH CH3 OEtanal Etanal Formada pela condensação de duas moléculas de etanal Propanal Pro pan al Formada pela condensação de duas moléculas de propanal H O H3C CH C C OH H CH3 HH3C H2 C CH H2 C C OH O Formados pela condensação de uma molécula de propanal e uma de etanal Etanal Propanal Propanal Etanal 339 18.20 Reações de Claisen-Schmidt A reação de Claisen-Schmidt usa como um dos componentes de reação, uma cetona, que se condensa rapidamente com o benzaldeído na presença do hidróxido de sódio. Nas reações de Claisen-Schmidt, que utilizam o benzaldeído como substrato, a desitradação ocorre espontaneamente. C O H H3C C H3C O+ OH 100oC H C C H C CH3 O 4-Fenil-3-buten-2-ona BenzalacetonaBenzaldeído Acetona Mecanismo Primeira etapa: Preparação do nucleófilo íon enolato. H2C C H3C O H2C C H3C O H C H3C O H2C Íon enolato é o nucleófilo. Tranformação da propanona em nucleófilo OH + H2O Na etapa seguinte o nucleófilo formado, íon enolato, desloca o par de elétrons do carbono alfa para o centro eletrofílico do substrato-benzaldeído, formando assim, a junção entre as duas estruturas. O íon alcóxido formado é uma base de Lewis e captura um hidrogênio da água, formando uma hidróxi cetona. C O H H2C C H3C O C C H2 C CH3 OO H Íon enolato ataca o centro eletrofílico C C H2 C CH3 OO H H O H C C H2 C CH3 OOH H + OH 340 C C C CH3 OOH H H H OH H C C H C CH3 O + H2O + OH A reação a seguir mostra a formação da benzalacetofenona. C O H C H3C O+ OH 100oC H C C H C O Benzaldeído Acetofenona 1,3-Difenil-2-propen-1-ona Benzalacetofenona
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