adição nucleofílica a compostos carbonilicos

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Organic Chemistry 
 4th Edition 
Paula Yurkanis Bruice 
Irene Lee 
Case Western Reserve 
University 
Cleveland, OH 
©2004, Prentice Hall 
AdiçãoAdição NucleofílicaNucleofílica a a CompostosCompostos 
CarbonílicosCarbonílicos 
1 
AdiçãoAdição nucleofílicanucleofílica a a adeídosadeídos e e cetonascetonas 
Catálise ácida: 
2 
AdiçãoAdição de de ÁguaÁgua à à aldeídosaldeídos e e cetonascetonas: : formaçãoformação de de hidratoshidratos 
3 
Por que os valores de Keq são tão diferentes? 
4 
ConstantesConstantes de de equilíbrioequilíbrio parapara a a formaçãoformação de de hidratoshidratos 
A constante de equilíbrio da reação depende da 
estabilidade relativa dos reagentes e produtos 
5 
ConstantesConstantes de de equilíbrioequilíbrio de de hidrataçãohidratação: : ExplicaçãoExplicação 
EfeitoEfeito +I do +I do grupogrupo alquílicoalquílico 
TensãoTensão estéricaestérica 
Um aldeído tem carga parcial 
positiva maior na carbonila do 
que uma cetona 
6 
ReatividadeReatividade de de CompostosCompostos CarbonílicosCarbonílicos 
Impedimento estérico maior no 
hidrato (sp3, 109o) que no 
composto carbonílico (sp2, 120o) 
DDGGRR 
DDGGPP 
DDGG11
‡‡
 
DDGG22
‡‡
 
 FatoresFatores eletrônicoseletrônicos e estéricos e estéricos contribuemcontribuem parapara aa maiormaior 
reatividadereatividade de de aldeídosaldeídos 
7 
R1 e R2 grandes 
R1 e R2 pequenos 
Efeitos eletrónicos: Maior separação de 
carga na carbonila, substituintes doadores 
diminuem a carga, estabilizando a carbonila 
mais do que o hidrato. 
Efeitos estéricos: Impedimento estérico 
maior no hidrato (sp3, 109o) que no composto 
carbonílico (sp2, 120o); substituintes grandes 
desfavorecem a formação do hidrato. 
Reagentes de Grignard reagem como nucleófilos com 
aldeídos e cetonas (além de outros compostos) 
8 
 AdiçãoAdição de de NucleófilosNucleófilos de de CarbonoCarbono a a 
CompostosCompostos CarbonílicosCarbonílicos 
Compostos Metalo-Orgânicos: Reagentes de Grignard 
reage como 
9 
 ReaçãoReação de de CompostosCompostos de Grignard com de Grignard com 
um um AldeídoAldeído e e umauma CetonaCetona: : 
FormaçãoFormação de de ÁlcooisÁlcoois SecundáriosSecundários e e PrimáriosPrimários 
Método geral para a síntese de álcoois: 
Primário: formaldeído + RMgX 
Secundário: aldeído + RMgX 
Terciário: cetona + RMgX 
ReaçõesReações com com outrosoutros NucleófilosNucleófilos de de CarbonoCarbono 
10 
11 
 AdiçãoAdição de de NucleófilosNucleófilos de de CarbonoCarbono a a 
CompostosCompostos CarbonílicosCarbonílicos 
X
RM + C O
R1
R2
R1
R2
R
R2
-
C
O
R
M
+ H2O R1 C OH
(I)
A reação é essencialmente irreversível: K >> 1 
RR--MM 
CarbánionCarbánion (R(R--)) éé umum aa basebase dede LewisLewis 
forteforte ee molemole 
MM++ éé umum ácidoácido dede LewisLewis duroduro (Li(Li++,, MgMg22++)) 
Produto de adição I:Produto de adição I: 
RR--OO-- :: basebase dede LewisLewis maismais fracafraca ee duradura:: 
••ligaçãoligação dede RR--OO-- comcom MM++ energeticamenteenergeticamente 
maismais favorávelfavorável ((duroduro comcom duroduro)) 
••KK deslocadodeslocado completamentecompletamente parapara aa direitadireita 
••reaçãoreação essencialmenteessencialmente irreversívelirreversível 
12 
Ácidos e Bases de Lewis Duros e Moles 
ALmole + BLmole ALmole BLmole K
ALduro + BLduro ALduro BLduro K
ALmole + BLduro ALmole BLduro K
KALduro + BLmole ALduro BLmole
Base mole EN() P () 
facilmente 
oxidável 
PE não ligado 
Base dura EN () P () não oxidável PE muito ligado 
Ácido mole EN () P () 
densidade de 
carga + () 
PE orbitais p ou d (átomo 
central grande) 
Ácido duro EN () P () 
densidade de 
carga + () 
não tem PE (átomo central 
pequeno) 
EN: Eletronegatividade; P: Polarizabilidade; (): baixo; (): alto; PE: Par de Elétron 
13 
Bases Duras Bases Moles Bases Intermediárias 
Ácidos Duros Ácidos Moles Ácidos Intermediários 
H2O OH
-
 F
-
AcO
-
 SO42
-
 Cl
-
CO32
-
 NO3
-
 ROH
RO
-
 R2O NH3
RNH2
R2S RSH RS
-
I
-
 R3P (RO)3P
CN
-
 RCN CO
C2H4 C6H6
H
-
 R
-
ArNH2 C5H5N
N3
-
 Br
-
NO2
-
H
+
 Li
+
 Na
+
K
+
 Mg2+ Ca2+
Al3+ Cr3+ Fe3+
BF3 B(OR)3 AlMe 3
AlCl3 AlH3 SO3
RCO
+
 CO2
HX (moléculas com 
ponte de hidrogênio)
Cu
+
 Ag
+
 Pd 2+ 
Pt2+ Hg2+ BH3 
GaCl3 I2 Br2
CH2 (carbenos)
Fe3+ Co2+ Cu2+ 
Zn2+ Sn2+ Sb3+ 
BMe3 SO2 R3C+ 
NO+ C6H5+
Ácidos e Bases de Lewis Duros e Moles 
ReduçãoRedução de de AldeídosAldeídos e e CetonasCetonas 
Outro agente redutor é o LiAlH4 14 
15 
(i) Com hidretos metálicos complexos: NaBH(i) Com hidretos metálicos complexos: NaBH44, LiAlH, LiAlH4 4 etc.etc. 
 essencialmente adição de H
C
OBH3
H
-
Na
-
X
Na
+
 BH4 + C O
•O oxigênio carbonílico ocupa o lugar de coordenação do H-, no hidreto 
complexo; os outros hidretos ainda são disponíveis. 
•a reação é essencialmente irreversível e normalmente não há a ocorrência de 
reações laterais. 
(ii) Redução de Meerwein(ii) Redução de Meerwein--PonndorfPonndorf 
C
R1
R2
O- M+
H
+ C
R4
R3
O C
R1
R2
O + CH
R3
R4
O- M+ 
•consiste de uma adição de hidreto a partir do alcoolato ao composto carbonílico; 
•o alcóxido sofre “adição inversa” e é oxidado (oxidação de Oppenauer). 
Deslocamento do equilíbrio: uso de excesso de um dos reagentes. 
ReduçãoRedução de de AldeídosAldeídos e e CetonasCetonas: : MecanismosMecanismos 
+ 
NaBH4 LiAlH4 
aldeídos 
cetonas 
ésteres 
ácidos 
C HR
O
C R´R
O
C OR´R
O
C OHR
O
C HR
OH
H
C R´R
OH
H
C HR
OH
H
C R´R
OH
H
C OHR
H
H
C OHR
H
H
+ HOR´
C NH2R
O
C NH2R
H
H
Os hidrogênios em azul são da água utilizada para terminar a reação. 
amidas 
16 
EstereoquímicaEstereoquímica de de ReaçõesReações de de AdiçãoAdição 
NucleofílicaNucleofílica 
17 
18 
Definição de Faces Re e Si de CarbonilasDefinição de Faces Re e Si de Carbonilas 
19 
ReduçãoRedução de de 22--ButanonaButanona 
FormaçãoFormação do Par de do Par de EnantiómerosEnantiómeros 
de 2de 2--ButanolButanol 
20 
ReaçãoReação de de PropanalPropanal com com BrometoBrometo de de 
MetilmagnêsioMetilmagnêsio 
FormaçãoFormação do Par de do Par de EnantiómerosEnantiómeros 
de 2de 2--ButanolButanol 
21 
MecanismoMecanismo dada ReaçãoReação de de WolffWolff--KishnerKishner: : 
uma hidrazonauma hidrazona 
ReduçãoRedução de de GruposGrupos CarbonílicosCarbonílicos parapara o o 
AlcanoAlcano: : ReaçãoReação de de WolffWolff--KishnerKishner 
22 
ReduçãoRedução de de GruposGrupos CarbonílicosCarbonílicos parapara o o 
AlcanoAlcano: : ReduçãoRedução de de ClemmensenClemmensen 
ReduçReduçãoão de de ClemmensenClemmensen 
ácido ácido parapara--propilbenzeno propilbenzeno 
sulfônicosulfônico 
ReaçãoReação dada compostoscompostos carbonílicoscarbonílicos com com 
nucleófilosnucleófilos de O e N: de O e N: ReaçõesReações de de adiçãoadição -- eliminaçãoeliminação 
23 
C
R
R
O + Nuc H C
R
R
OH
Nuc
H
+ C
R
R
Nuc + H2O
C
R
R
Nuc + Nuc H C
R
R
Nuc
Nuc
+ H
+
C
R
R
OH
Nuc
+
Mecanismo geralde Adição – Eliminação: 
AdiçãoAdição de de ÁlcooisÁlcoois à à CompostosCompostos 
CarbonílicosCarbonílicos: : FormaçãoFormação de de AcetaisAcetais e e CetaisCetais 
24 
Mecanismo para formação de acetais e cetais com catálise ácida: 
Acetais e cetais são estáveis em meio básico. Porque? 
estabilidade do 
carbocátion 
25 
+ H
+
 + R'OH
hemi - acetal
C
R1
R2
O C
R2
R1
OH
OR'
C
R2
R1
OH
OR'
C
R2
R1
O R'
C
R1
R2
O R' + R'OH C
R1
R2
OR'
OR' 
R2
C O R'
R1
 + H+
 cetal
+ H2O
Mecanismo para formação de acetais e cetais com catálise ácida: 
importância da catálise ácida para a eliminação de água 
•a formação do cetal é catalisado por ácido (não por base)  eliminação de água 
•cetais estáveis em condições neutros ou básicos e sofrem reação inversa em meio ácido; 
•hemi-cetais não são estáveis suficientes normalmente para serem isolados; 
•porém: hemi-cetais cíclicos de açucares estáveis, exemplo:  e -glucose: 
mutarotação; medindo a velocidade de conversão pela rotação ótica; 
26 
Formação de DitioFormação de Ditio--acetais e acetais e --cetaiscetais 
Redução de ditiocetais: transformação de C=O em CHRedução de ditiocetais: transformação de C=O em CH22 
27 
Utilização de Ditianas: AlqilaçãoUtilização de Ditianas: Alqilação 
pKa ~ 30 
átomo de carbono 
eletrofílico 
átomo de carbono 
nucleofílico 
1,3-propanoditiol 
catalisador 
ácido de Lewis 
um ditiano 
rendimento 84 % 
AdiçãoAdição de de AminasAminas à à CompostosCompostos CarbonílicosCarbonílicos: : 
FormaçãoFormação de de IminasIminas 
28 
Formação de iminas: Formação de iminas: 
C O + H2NR C
NHR
OH
C
OH
NHR
C N
R
+ H2O
C N
OH
C N
N C
O
NH2
H
C N
N R
H
oximas semicarbazonas hidrazonas
MecanismoMecanismo dada FormaçãoFormação de de IminasIminas 
29 
(2) C
O
NH2R
C
OH
NHR
(3) C
OH
NHR
H A C N
H
R + A + H2O
pH < 4
pH > 4
(4)
C N R + A
H
C N
R
+ HA
(1) C O + RNH2 C
O
NH2R
pH < 4
pH > 4
: velocidade do passo alto/baixo
pH: 5-7: passo 3 limitante; 
pH < 4: passo 1 limitante; [RNH2] livre  
FormaçãoFormação de de IminasIminas nana ReaçãoReação de de AldeídosAldeídos e e CetonasCetonas com com 
AminasAminas primáriasprimárias 
30 
MecanismoMecanismo de de FormaçãoFormação de de IminasIminas: : 
intermediáriointermediário 
tetrahedral tetrahedral neutroneutro 
umauma iminaimina protonadaprotonada umauma iminaimina 
31 
FormaçãoFormação de de EnaminasEnaminas nana ReaçãoReação de de AldeídosAldeídos e e CetonasCetonas 
com com AminasAminas secundáriassecundárias 
MecanismoMecanismo de de FormaçãoFormação de de EnaminasEnaminas: : 
intermediáriointermediário tetrahedral tetrahedral 
neutroneutro: : carbinolaminacarbinolamina 
carbinolaminacarbinolamina 
NN--protonadaprotonada 
carbinolaminacarbinolamina 
OO--protonadaprotonada 
eliminaçãoeliminação
dede águaágua 
IntermediárioIntermediário nãonão podepode perderperder 
prótonpróton do N: do N: eliminaçãoeliminação de de 
prótonpróton do do carbonocarbono  
UtilizaçãoUtilização de de AcetaisAcetais e e CetaisCetais comocomo 
GruposGrupos de de ProteçãoProteção 
32 
GrupoGrupo de de 
ProteçãoProteção 
ReaçãoReação de Wittig: de Wittig: MétodoMétodo eficienteeficiente e e geralgeral 
parapara formaçãoformação de de alcenosalcenos 
33 
uma fosfônio ilida Trifenilfosfinóxido 
 
34 
Síntese de Síntese de MetilenociclohexenoMetilenociclohexeno 
Wittig: 
Outros Métodos: 
metilenociclohexenometilenociclohexeno 
menor 
menor 
MecanismoMecanismo dada ReaçãoReação de Wittigde Wittig 
Formação do sal de Fosfônio e da Ilida de Fôsforo: 
Estabilização da Ilida de Fôsforo: 
Adição (nucleofílica) da Ilida de Fôsforo ao Composto Carbonílico: 
uma fosfônio ilida 
uma fosfônio ilida 
trifenilfosfina 
umauma reaçãoreação de de 
ciclociclo--adiçãoadição 
[2+2][2+2] 
35