Resumo ORG 2 Bluma P2

Prévia do material em texto

ORG 2 Bluma P2 
2015.2 – EQ.UFRJ 
Atenção! A matéria da P2 engloba certos conceitos que teoricamente deveriam ser conhecidos por todos, ensinados 
para a P1, como por exemplo a oxidação. Apesar da prova cobrar conteúdo novo e proibir o uso de algumas reações velhas 
(como as envolvendo Grignard), é recomendado tratar a matéria como acumulativa. Sendo assim, estou disponibilizando o 
conteúdo da primeira prova juntamente deste arquivo. Diferentemente da P1, o conteúdo será disponibilizado em um arquivo 
somente e em ordem cronológica das matérias dadas 
Fenóis 
 Métodos de obtenção 
 
Mecanismo da segunda reação: 
 
Por ataque nucleofílico  reação de substituição 
 
Ataques nucleofílicos em cadeias aromáticas são difíceis pois elas mesmas são ricas em 
elétrons. Portanto para essa reação ocorrer, condições bruscas de temperatura e pressão são 
necessárias e devem ser especificadas na prova por não serem reações triviais. 
No entanto, ataques nucleofílicos podem ser facilitados e dificultados dependendo do quão 
ativado ou desativado o anel estiver. Logo: 
Anel ativado 
• Aumenta a reatividade de ataques 
eletrofílicos. 
• Diminui a reatividade de ataques 
nucleofílicos. 
Anel desativado 
• Aumenta a reatividade de ataques 
nucleofílicos. 
• Diminui a reatividade de ataques 
eletrofílicos. 
 
Só para lembrar: 
 
 
Orto-Para-Dirigente 
Natureza de G  Radicais saturados 
Exemplos de grupamentos  amina, 
hidroxila, metila, etila, cloreto, metóxi 
Meta-Dirigente 
Natureza de G Apresentam ligações dupla, 
tripla ou então ligações dativa 
Exemplos de grupamentos  nitro, sulfo, 
carbonilas e cianeto 
 
• Chamamos grupos orto-para dirigentes também de eletro-doadores. Eles ativam o 
anel 
• Chamamos grupo meta dirigentes também de eletro-receptores. Eles desativam o 
anel 
• Eletroretira
dores (Meta-
Dirigentes/Desa
tivantes) 
 
Eletrodoadores 
(Orto-Para-
Dirigentes/Ativantes) 
 
Atenção! O grupamento da acetanilida é também eletrodoador, mas menos reativa que o amino da anilina uma 
vez que o par de elétrons livre do nitrogênio passa tanto pelo benzeno quanto pelo carbono e o oxigênio. É 
recomendável converter anilina à acetanilida tratando com anidrido acético para se diminuir a reatividade do anel 
(ele se mantem um anel ativado, mas não tão ativado quanto antes) e evitar, por exemplo, poli halogenações. 
Podemos dizer que transformar a anilina em acetanilida é uma reação de proteção do grupamento amino. 
Reverter o amino protegido à amino é fácil se tratarmos com H3O+. 
Exemplos abaixo de reações abaixo com reatividade aumentada 
1) 
2) 
No caso da segunda reação das acima, o anel está tão desativado que não precisamos usar 
uma base tão forte e o OH(-) que ataca será o gerado pela hidrólise do íon carbonato. 
Reações  Formação de éter 
 
Lembrando que o fenol é também chamado de ácido fênico, portanto na presença de base 
ocorre uma reação ácido/base. Reagindo com um halogeneto de alquila formamos fenóxidos 
(muito mais fáceis de se formar que alcóxidos) 
Reações  Síntese de Kolbe 
 
Síntese do ácido salicílico. Formação do salicilato se reagir com álcool (simples reação de 
esterificação). 
O ataque do CO2 no carbono 2 se dá pela ressonância do fenol ou, no caso, do fenóxido. O 
grupo é orto para dirigente com preferência pela posição orto (carbonos 2 e 5) e portanto é 
preferencialmente nesse carbono que o CO2 “vai entrar”. 
 
A reação com anidrido gera uma função mista de ácido carboxílico com éster. 
Reações  Resina fenólica 
Como visto, o fenol (e por 
consequência, o fenóxido), são orto-
para indutores. Portanto reagir eles com 
uma carbonila, no caso, um 
formaldeído, nos fornece uma mistura 
de produtos. Visando transformar essa 
mistura de produtos em eletrófilos, 
podemos hidrogenar a hidroxila e ver a 
saída de água, formando: 
 
 
Esses cátions podem atacar anéis ativados de forma sucessiva até formar uma resina composta 
de vários anéis aromáticos interligados. Veja: 
 
Discussão sobre acidez 
Fenóis são chamados também de ácidos fênicos. Isso se deve ao fato de sua base 
conjugada ser estabilizada pela ressonância. Segundo Bronsted-Lowry, a acidez é definida 
como a capacidade de doar prótons (H+). Analogamente, a basicidade é a capacidade de 
receber esses prótons. 
O nome de sua base conjugada é fenôxido , e é o resultado da reitrada de um H+ da 
hidroxila do fenol. 
Um composto é tão mais ácido quanto mais estável for sua base conjugada. Em 
outras palavras, a acidez do fenol é baseada no quão bem o fenóxido consegue acomodar a 
carga negativa que ganha após doar o próton. 
Uma pergunta que podemos fazer é: porque ácidos carboxílicos são mais ácidos se o 
fenóxido tem mais híbridos de ressonância? A resposta pra isso é a localização da carga. Veja 
o caminho da deslocalização de cargas em um ácido carboxílico abaixo: cargas “passeiam” 
entre oxigênios, eletronegativos e naturalmente ótimos para acomodar cargas negativas. O 
efeito da ressonância definitivamente contribui para a estabilidade da base conjugada, no 
entanto, se comparado com ácidos carboxílicos, menos, uma vez que aqui a carga “passeia a 
maior parte do tempo” entre carbonos, que não acomodam a carga negativa tão bem quanto 
o oxigênio. 
 
A adição de grupamentos no fenol acentua ou reduz sua acidez. Grupos eletroretiradores 
tornam a saída do próton mais fácil, acentuando a acidez enquanto grupos eletrodoadores 
diminuem a acidez. Veja algumas constante de dissociação, cujas magnitudes são diretamente 
proporcionais à acidez. 
Radical Metil 
- CH3 
Radical Flúor 
- F 
Radical Cloro 
- Cl 
Radical Nitrônio 
- NO2 
Posição Ka (.10-10) Posição Ka (.10-10) Posição Ka (.10-10) Posição Ka (.10-10) 
O 0,63 O 15 O 77 O 600 
M 0,98 M 5,2 M 16 M 50 
P 0,67 P 1,1 P 6,3 P 690 
Ka do fenol (.10-10)  1,1 
 
Perceba que de forma genérica, a distância do grupamento pra hidroxila influencia de forma 
negativa no efeito do mesmo. Quanto mais longe o grupamento estiver, menor seu efeito. 
Vamos analisar cada um dos casos 
Metil 
Eletrodoador, reduz a acidez. Na posição orto ele está mais perto da hidroxila que na posição 
meta , portanto a queda da acidez do fenol deve ser mais acentuada em posição orto e é. 
Sendo 0,67 > 0,63 essa conclusão está correta. Em posição meta, o efeito eletrodoador é mais 
fraco apesar de mais perto porque nos híbridos de ressonância do fenóxido, não há carga 
localizada em posição meta. Apesar do efeito existir (queda de 1,1 para 0,98), não será tão 
intenso quanto nas outras posições 
Flúor e Cloro 
Halogênios em anéis aromáticos tem efeito eletroretirador por indução e eletrodoador por 
ressonância. Esses efeitos competem entre si. O tamanho do íon é crucial para essa análise. A 
diferença acentuada de tamanho das nuvens eletrônicas desses grupamentos e dos carbonos 
do anel dificulta o efeito de ressonância, tornando o efeito indutivo dominante. Sendo o 
Flúor o com a menor nuvem eletrônica (por ser o mais eletronegativo, puxa mais fortemente 
os elétrons que passam perto de seu núcleo e logo tem uma região de probabilidade alta de 
encontrar elétron - definição de nuvem eletrônica), ele também será o de menor volume. 
O efeito de ressonância aqui torna-se dominante em relação aos outros halogênios. Isso 
explica porque nas posições orto o cloro ter acidez maior que o flúor. Veja, se o flúor é 
pequeno, o efeito da ressonância é maior que o da indução e portanto ele é mais eletrodoador 
que eletroretirador. O efeito doador reduz acidez e o retirador acentua. O cloro é grande e 
portanto tem ressonância dificultada. O indutivo predomina e portanto a sua acidez éacentuada. 
Perceba que para o Flúor em posição orto, mesmo a ressonância sendo favorecida, a indução, 
resultado da eletrofilicidade do flúor, também continua tendo um papel considerável. A prova 
disso é o fato da acidez do orto flúor fenol, apesar de menor que a do orto cloro fenol, ser 
muitas vezes maior que a acidez do fenol. Podemos comparar quem tem efeito de ressonância 
eletroretirador maior entre os halogêneos, mas é um fato que mesmo que para alguns esse 
efeito seja pequeno se comparado ao eletrodoador, todos tem tendência a acentuar, em graus 
diferentes dependendo de qual halogênio e qual posição, a acidez do fenol.No entanto, em 
posição para, o efeito indutivo e de ressonância se anulam para o flúor, igualando a acidez com 
a do fenol puro. Tanto no flúor quanto no cloro, podemos visualizar a redução da acidez com o 
afastamento do halogênio da hidroxila 
Nitrônio 
O NO2 é um grupo eletroretirador muito 
forte e portanto consegue acentuar e muito 
a acidez do fenol. 
Ao contrário dos ácidos benzóicos, existe 
uma ressonância direta do fenolato com o 
anel aromático (nos ácidos, deve passar 
pelo carbono da carbonila primeiro). Com 
isso, substituintes com efeitos 
eletroretiradores por ressonância podem 
entrar também em ressonância direta com 
o fenolato. 
O fenolato orienta suas cargas nas posições 
orto e para e portanto conseguimos 
compreender porque a acidez é muito mais 
acentuada quando os nitrofenois são substituídos nessas posições. Existe no entanto uma leve 
diferença de acidez entre as posições orto e para sendo que a posição para aumenta mais a 
acidez dentre as 3 possíveis. 
Carbânions 
Cadeias carbônicas dotadas de cargas negativas, o que torna eles extremamente básicos e 
reativos uma vez que os carbonos não acomodam bem essa carga. 
O enolato 
Formado pela perda de um hidrogênio alfa em relação à uma carbonila. Todas as reações 
envolvendo carbânions envolvem enolato e formas diferentes de obtê-lo 
 
 
 
Halogenação de cetonas 
Trata-se da adição de halogênios em forma gasosa à enolatos 
 
A entrada do halogênio sempre ocorrerá no carbono alfa. A abstração do hidrogênio ácido 
(ou hidrogênio alfa) pode ocorrer por meio básico ou ácido. Acima foi usado o meio ácido. No 
meio básico, temos um problema. Veja: 
 
A reação parece simples. Porém a polihalogenação é possível e ocorre sempre no mesmo 
carbono. Isso se deve ao fato de que, depois da primeira substituição, os hidrogênios próximos 
ao bromo terão ainda mais facilidade para sair. Essa facilidade se deve ao fato do Bromo ser 
eletroretirador e portanto estabilizar a carga negativa do carbono vizinho formada com a saída 
do hidrogênio ácido. Somente em meio básico, teremos a redução da quantidade do número 
de carbonos: 
 
De forma geral temos 
 
Meio ácido 
𝑿𝟐 𝑯
+⁄ 
 
• Primeira adição do halogênio no carbono alfa com menos hidrogênio (produto 
preferencial da reação) 
 
Meio básico 
𝑿𝟐 𝑶𝑯
−⁄ 
 
• Primeira adição do halogênio no carbono alfa com mais hidrogênio 
• Retirada do carbono alfa onde a adição continuada (de difícil controle) da 
estrutura da molécula 
Condensação Aldólica 
Um dos dois tipos de condensação que vamos ver aqui. Válida para cetonas e aldeídos mas 
não para ácidos carboxílicos uma vez que o hidrogênio a ser abstraído não seria o do carbono 
alfa e sim o da hidroxila. Funciona no início da mesma forma que uma halogenação de cetonas. 
O que muda é que o equilíbrio de ressonância do enolato formato irá reagir com outras 
carbonilas cetônicas ou aldeídicas . 
 
Ocorrerá formação de um hidróxialdeído se R1 = H. Nesse caso, vale relembrar reações de 
redução para uma posterior desidratação desse hidroxialdeído: 
 
H2/Ni é forte, reduz completamente. Usado na redução de alcenos e alcinos (pode ser Pt ou 
Pd também, mas Ni é mais barato). H2/Ni Possui preferência pelos mesmos! Aldeídos com 
instauração, numa primeira reação, irão perder sua instauração ao invés de reduzir à álcool. 
Portanto por isso que temos que especificar que estamos usando uma redução forte para 
poder reduzir tanto a dupla quanto a função. Já NaBH4 reduz à álcool completamente 
aldeídos e cetonas. NaBH4 não ataca insaturações. 
A abstração de um hidrogênio ácido também pode ocorrer caso ele esteja conectado à um 
carbono vizinho de um grupamento eletroretirador diferente da carbonila. Portanto as reações 
abaixo podem ocorrer também e ambas podem reagir com carbonilas cetônicas e aldeídicas. 
 
Condensação de Claisen 
Análogo à condensação aldólica só que para ésteres. Ocorre abstração do hidrogênio alfa que 
gera um carbânion. Este por sua vez ataca a carbonila de outro éster. Ao invés de se formar 
hiroxialdeídos, formaremos cetoésteres. Veja a formação do acetoacetato de etila: 
 
O produto é iônico, de forma que a condensação de claisen de 2 mols de acetato de etila, após 
a adição de água, nos dá como produto um 3-ceto butanoato de etila. Como subprodutos, 
teremos NaOH e EtOH que reagem formando EtONa e H2O (catalisador e meio reacional). 
Outras reações que envolvem condensações são reaçõs com epóxidos, que geram 
carbocations para os carbânions gerados por condensação reagirem. Veja: 
 
A reação possui mesmo mecanismo para qualquer nucleófilo que ataque um epóxido. 
 
Como visto acima, um diéster fornece tanto hidrogênio alfa para ser abstraído quanto 
carbonila para o ataque, fazendo com que compostos cíclicos surjam. 
Em meio básico, e após a adição de H+ e calor para purificação, podemos descarbonilar um 
diéster. No entanto essa reação só é possível se uma carbonila estiver em posição beta em 
relação à outra. Tomando o mesmo exemplo anterior mas no entanto considerando que se 
trata de um grupamento ceto em posição ß em relação à carbonila do éster e não um diéster, 
temos:
 
Nesse processo, há liberação de gás carbônico gasoso [ CO2(g) ] 
No entanto, um malonato de etila sofre a mesma reação. Uma carbonila encontra-se em 
posição beta em relação a outra. Veja: 
 
Sínteses malônicas são de extremo interesse nessa parte da matéria uma vez que o carbânion 
formado é estável e a posição de uma das carbonilas é favorável para a reação acima. Isso faz 
com que possamos montar diversas estruturas grandes e “estranhas” e a partir da 
descarbonilação obter compostos mais simples de interesse. Potanto, unida à condensação de 
Claisen está a parte de Síntese Malônica da matéria. Veja abaixo a reação de 
síntese do malonato de etila. 
 
Assim como qualquer éster, o malonato consegue perder um hidrogênio e se transformar num 
nucleófilo, podendo reagir com carbocátions por exemplo. Até mesmo com epóxidos ele reage 
 
Podemos reagir também com halogenetos de alquila. Veja: 
 
Caso o mesmo seja disubstituído, uma reação de dois malonatos para um derivado pode 
acontecer. Veja: 
 
Por vezes pode ser interessante reagir para descarbonilar um composto formado pela reação 
com o malonato. Principalmente com reações como a anterior, pois teremos um ácido 
carboxílico dicarboxilado como produto. Veja: 
 
 
Novamente teremos gás carbônico como produto, porém dessa vez serão dois moles. Vale 
lembrar a esse ponto que a abstração do hidrogênio alfa na condensação aldólica é feita por 
uma base (OH-) porém na condensação de claisen é feita por EtONa (base forte que favorece 
ataques sucessivos)! É extremamente importante se lembrar disso! 
Abaixo, mais uma reação de formação de ciclos. Parece semelhante à uma anterior já 
apresentada. Atente-se ao fato de que apesar de o produto ser um ciclo de 5 carbonos, os 
grupamentos substituídos nele são diferentes: enquanto um ciclo manteve o grupamento 
ceto, a outramanterá a carbonila. Perceba a estequiometria da reação: 1 malonato para 1 
halogeneto de alquila disubstituído. Se tivéssemos 2 malonatos cada um entraria numa ponta 
onde o Cloro se encontra. No caso abaixo, no entanto, os dois hidrogênios ácidos do carbono 2 
do único mol de malonato são retirados, permitindo que o carbocátion formado pela saída do 
segundo cloro ataque a mesma cadeia. Uma posterior reação de descarbonilação finaliza nossa 
síntese. 
 
Uma coisa que devemos nos lembrar sempre que usarmos malonatos ou produtos de 
condensação em geral é que, apesar de formarmos um nucleófilo grande, ele continua sendo 
um nucleófilo e portanto reage com o mesmo mecanismo em reações genéricas de 
substituição nucleofílica. Veja: 
 
Se Nu for um malonato, veja abaixo que a estrutura final ficará “feia”. No entanto, isso não a 
faz menos certa. O produto ao lado de A é o produto gerado pela reação de descarbonilação 
que é, geralmente, a reação que mais usamos quando se trata de malonatos. 
 
Vamos ver na segunda parte da matéria da P2 que pro vezes é interessante a reação A pois 
geramos ácidos carboxílicos com insaturações (ou aldeídos, ou ésteres, depende do que vc 
fizer com o composto A após a descarbonilação). A segunda parte da matéria da P2 consiste 
num estudo de insaturações alfa beta (é exatamente o que formamos na reação acima se 
desidratarmos o ácido). 
Uma outra reação genérica para nucleófilos é a abaixo: 
 
Perceba que a reação de exemplo abaixo não vale. É uma reação intuitiva para se obter ácidos 
carboxílicos. No entanto essa reação não ocorre. Para fazer esse ácido, o correto é ir por 
malonato e depois descarbonilar. 
Essa reação não ocorre porque o éster preferirá condensar com ele mesmo do que atacar o 
carbono ligado ao Cloro no halogeneto. 
Reações envolvendo duplas ligações 
Insaturações alfa-beta 
Em alguns casos ataques nucleofílicos a compostos carbonilados podem não ocorrer na 
carbonila. No caso decompostos com insaturações alfa beta, veja o que pode ocorrer: 
 
Perceba que no caso 1, existe certa estabilidade por uma questão de ressonância. Portanto em 
reações com duplas, 
• Carga negativa no carbono alfa 
• Carga positiva no carbono beta 
Isso faz com que a reação com nucleófilos acabe adicionando sempre eles em posição beta. 
Isso vale até mesmo para nucleófilos como o malonato. Veja exemplos: 
 
Obviamente, nas reações acima, todas as cargas negativas remanescentes da separação ode 
cargas da dupla foram preenchidas com um hidrogênio após uma reação com H3O+ 
Uma vez tendo a presença da instauração alfa-beta, não haverá reação de ataque de 
nucleófilos na carbonila. Sendo assim a reação de malonatos com ésteres alfa-beta insaturados 
é uma boa estratégia pra criar ácidos dicarboxilados, veja: 
 
Em alguns casos pode haver ataque sucessivo, como o abaixo. A temperatura influenciará 
nisso. Para temperaturas elevadas, o ataque ocorre na carbonila. Para temperaturas baixas, 
o ataque ocorre na dupla e gera polímeros. Claro que a geração de polímeros depende de um 
excesso de éster. Veja abaixo a formação do poliacrilato. 
 
A reação continua dai...Perceba que afirmamos que o ataque na carbonila ocorre com 
temperatura elevada. Entendemos então o porquê de, sem especificar condições de reação 
(coisa que no curso só fazemos quando elas são ‘bruscas’), considerarmos que compostos 
carbonilados alfa-beta insaturados reagem na dupla e não na carbonila. Para temperaturas 
elevadas, teremos: 
 
Pensar em compostos alfa beta insaturados também é uma ótima estratégia para a formação 
de ciclos. Veja: 
 
Reação de Wittig – Formação de Alcenos 
A reação de Wittig é uma reação química de um aldeído ou uma cetona com um ileto de 
fósforo para dar um alceno. Veja o mecanismo: 
 
 
Atentar ao fato de essa reação só ocorrer caso o carbono diretamente ligado ao halogênio 
tiver ao menos um hidrogênio ácido, caso contrário a reação não ocorrerá. 
Atente-se ao fato de que essa reação pode gerar insaturações em praticamente qualquer 
carbono. Logo, quando vir uma estrutura com uma dupla em um lugar complicado, ao invés 
de assumir que aquela dupla veio de uma desidratação de um – OH, assuma que o composto 
foi formado por uma reação desse tipo. 
Formação de Insaturações Alfa-Beta 
A matéria é de certa forma acumulativa, tendo no entanto parte da matéria da P1 embutida. 
Isso, agora no final deste documento, torna-se óbvio. Portanto, vamos retomar alguns 
exemplos de reações que são capazes de formar insaturações alfa-beta. Lembre-se que nas 
provas, rotas sintéticas sempre vão partir de coisas pequenas. Então não adianta saber fazer 
uma reação de um malonato com uma butenona, por exemplo, se não sabe formar uma 
butenona e nem um malonato. Reações de eliminação de halogenetos e de desidratação 
geram insaturações, o truque é colocar eles em um carbono alfa! Ideias possíveis: