Química de heterociclos parte 2 furano tiofeno e obtenção

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Química de heterociclos
PARTE 2
(furano, tiofeno e obtenção)(furano, tiofeno e obtenção)
FF/ UFRJ - 2015
Referências:
http://www.nuigalway.ie/chemistry/level2/staff/f_aldabbagh/Fawaz.htm
http://www.chem.gla.ac.uk/staff/stephenc/UndergraduateTeaching.html
http://www.ark.chem.ufl.edu/Lectures/L1.pdf
http://www.chemtube3d.com/Main%20Page.html
Claudia M. Rezende
IQ/UFRJ
HETEROCICLO AROMÁTICO DE 5 MEMBROS: furano
-Aromático, 6 eletrons pipipipi, hibridizado sp2 e planar, com o par de eletron do O 
fazendo parte da nuvem pi. 
..
..
fazendo parte da nuvem pi. 
-O furano é rico em eletrons, faz substituição aromática eletrofílica com mais
facilidade que o benzeno ( como o pirrol).
-sua energia de conjugação é de 16 kcal/mol, menor que a do benzeno (36 
kcal/mol) e do pirrol (21 kcal/mol)- sexteto menos deslocalizado
(eletronegatividade do oxigenio)
-Tem propriedades químicas intermediárias entre um sistema deslocalizado, 
como o benzeno, e de um dieno cíclico como éter enólico.
- PE 31oC
Formas de ressonância:
Regioseletividade para reações de subst. arom. eletrofílica segue o pirrol: 
A substituição na posição vizinha ao heteroátomo (posição 2 ou α) é mais 
favorecida pois apresenta um maior número de estruturas de ressonância 
que em 3 ou beta.
Apesar de mais reativo que o benzeno, boa parte de suas reações (cloração, 
nitração, sulfonação) apresenta baixa importancia prática, pois é sensível a ácidos 
fortes , polimerizando; é dificil controlar o numero de substituintes, pode ocorrer 
adição ao anel E substituição
Furanos (e derivados) na natureza e alimentação:
2-Furfuriltiol- aroma do café
morfina
furazolidona:
bactericida
Furfural (furano-2-carboxaldeido) é seu derivado mais 
abundante e barato, matéria prima na indústria 
química. 
É obtido do refluxo da biomassas de vegetais com 
ácido diluído (a partir de rejeitos agrícolas e matéria 
prima para outros furanos) .
Revendo... formação de acetal e cetal
SAE no furano
1. PROTONAÇÃO (eletrofilo: H+ ) OU HIDROLISE DO FURANO
SAE no furano
1. Sulfonação
2. Acilação
3. halogenação
Figure 1. Synthetic 
Furano, um material de partida versátil
Furano é prontamente disponível e altamente reativo ; furano e seus derivados são úteis para uma ampla gama de alvos sintéticos . A síntese 
orgânica depende do desenvolvimento de estratégias inovadoras para a preparação eficiente de moléculas altamente complexas, incluindo 
produtos naturais biologicamente ativos e materiais. 
Figure 1. Synthetic 
diversity with furan.
Exemplos (http://booksite.elsevier.com/brochures/CompHeterocyclic/PDFs/00306.pdf 
1) Protonação
2) Reação com aldeidos ou cetonas
HETEROCICLO AROMÁTICO DE 5 MEMBROS: tiofeno
-Ocorre como impureza do benzeno pela destilação do alcatrão de hulha (líquido escuro vindo do 
tratamento do carvão a altíssima T; importante material para Ind Quimica)
-Aromático, 6 eletrons pipipipi, hibridizado sp2 e planar, com o par de eletron fazendo parte da nuvem pi. 
-O tiofeno é rico em eletrons, faz substituição aromática eletrofílica com mais facilidade que o benzeno.-O tiofeno é rico em eletrons, faz substituição aromática eletrofílica com mais facilidade que o benzeno.
-sua energia de conjugação é de 29 kcal/mol, próxima a do benzeno (36 kcal/mol) e maior que o pirrol (21 
kcal/mol).
-um possível fator para sua estabilidade é a participação de orbitais 3d no sistema pi
-Tem propriedades químicas intermediárias entre um sistema deslocalizado, como o benzeno, e de um 
dieno cíclico como éter enólico sulfurado
-PE 84oC
-É mais estável frente a ácidos que o furano, mas polimeriza na presença de ácidos fortes.
-Condições suaves permitem alcançar maior rendimento em subst arom eletrof[ilica
--ex na natureza: biotina ou vitamina H
Lucas
Nota
3p, na verdade
Ácidos minerais e concentrados devem ser evitados
MENOS REATIVO QUE OS OUTROS HETEROCICLOS DE 5 MEMBROS
SAE no tiofeno
S S
NO2
1. POCl3
HNO3, AcOH, Ac2O / -10 C
85%
S S
O
H
O
H NMe2
S S
Cl S Cl
Cl
+
3
2. Na2CO3, H2O
68%
43%
SO2Cl2, heat
10%
Pirrol furano tiofeno benzeno
Devido a maior capacidade de doação de elétrons do N em relação ao furano
Reatividade dos heterociclos aromaticos de 5 m frente a SArE
Devido a maior capacidade de doação de elétrons do N em relação ao furano
Ordem de estabilidade em função da maior energia de ressonância
Lucas
Nota
Thiophene is the least reactive of the three because the p orbital of the lone pair of electrons on sulfur that conjugates with the ring is a 3p orbital rather than the 2p orbital of N or O, so overlap with the 2p orbitals on carbon is less good.
O N
H
S
N
EAS
nucleophilic aromatic substitutionSubstituição nucleofílica aromática 
Subst Aromat Eletrofilica
Compostos Compostos HeterocHeterocíclicos íclicos -- OBTENÇÃOOBTENÇÃO
Considere-se o mecanismo de uma condensação catalisada por ácido que
envolve a reação de uma cetona com uma amina para dar uma imina:
R1 R1 R3
Cetona amina imina
O
R2
R1
H2N R3 N
R2
R1 R3H
O
R2
R1 H
H2N R3
H R1
R2 OHNHR3
- H - H2O
Compostos HeterocCompostos Heterocíclicosíclicos
A ligação imina está presente em vários compostos heterocíclicos e pode
ser formada por reação de um precursor acíclico contendo um grupo
carbonila e um grupo amina.
NR OR NH2
..
Na retrossíntese apresentada, a desconexão da ligação C−N
conduz ao enol que existe como o seu tautómero mais estável, a
cetona:
N
H
R OR NH2OHR NH2
..
ENOLIZAÇÃO:
Síntese de pirróis (síntese de Paal-Knorr): parte de um composto 1,4-
dicarbonílico e aminas primárias (ataque intramolecular)
Composto 1,4-dicarbonilado
Imina
(TAUTOMERISMO)
pirrol
Composto 1,4-dicarbonilado (TAUTOMERISMO)
Enamina
Ou via o mecanismo:
Outros Compostos Outros Compostos HeterocHeterocíclicosíclicos
Para a síntese de tiofenos, a fonte do heteroátomo poderá ser H2S (ou
P2S5); no caso de furanos, a simples condensação do composto 1,4-
dicarbonílico sob catálise ácida permite a obtenção do heterociclo
correspondente.
Ph Ph H Ph Ph
H2S
Ph Ph
SH
Obtenção de tiofenos:
OO
Ph Ph
OO
H
Ph Ph
OH2O
Ph Ph
OS
Ph O
S PhH
H
SPh
Ph
OH
SPh Ph
- H2O
- H2O
- H2O, H+
Obtenção de furanos:
Compostos HeterocCompostos Heterocíclicosíclicos
Ph Ph
OO
H2PO4
Ph
PhOH
O
H
- H
Exemplo:
OPhOPh Ph
OH
Ph
- H2O
- H
Outra síntese para pirrois: Síntese de Knorr
(partindo de ataque intermolecular, e não intra como antes)