Aldeidos e Cetonas_ParteI_reaçõesadição_2016 2alunos

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Química Orgânica II
Prof. Paulo Cesar de Lima Nogueira
2016.2 1
ALDEÍDOS e CETONAS: PARTE I
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
2
ataque por eletrófilos
ataque por nucleófilos
ácido
carbono α
[1] Reações na C=O — “H” e Nu são adicionados ao grupo C=O.
[2] Reações no carbono α (alfa).
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
3
ou
carbono α
íon enolato 
(estabilizado por ressonância)
nova ligação no
carbono α
eletrófilo
• Com Nu com carga negativa, a adição segue um processo em duas etapas
— ataque nucleofílico seguido por protonação (vide abaixo).
• Este processo ocorre com nucleófilos fortes (neutros ou com carga
negativa).
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
4
Mecanismo geral – adição nucleofílica
ataque Nu
[1]
protonação
[2]
produto de adição
• Com alguns nucleófilos neutros, a adição nucleofílica só ocorre na presença
de ácido — No mecanismo, a protonação precede o ataque nucleofílico.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
protonação
[1]
ataque Nu
[2]
desprotonação
[3]
estruturas de ressonância
• O efeito da protonação é tornar “C” da C=O mais eletrofílico.
• Necessário para reações com nucleófilos neutros, menos reativos
6
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
menos eletrofílico mais eletrofílico
É importante saber quais nucleófilos se adicionarão ao grupo C=O.
• Cl¯ , Br¯ e I¯ são bons nucleófilos em reações de substituição em “C” sp3,
mas não são efetivos em adição nucleofílica.
• Quando estes Nu se adicionam a C=O, eles clivam a ligação piC—O,
formando um alcóxido. Uma vez que X¯ é uma base mais fraca que o
alcóxido formado, o equilíbrio favorece o material de partida e não o
produto.
7
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas
base mais 
fraca
base mais 
forte
equilíbrio favorece o material 
de partida, a base mais fraca
8
• Em geral, os aldeídos são mais reativos nas adições nucleofílicas do que
as cetonas.
• Fatores estéricos e eletrônicos explicam isso.
Aldeído
(“C” da C=O é mais positivo)
Cetona
(“C” da C=O é menos positivo)
Reatividade Relativa de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e cetonas reagem com nucleófilos.
• Quando o no de grupos R na C=O aumenta, a reatividade do composto
carbonílico diminui, resultando na seguinte ordem de reatividade:
Aldeídos e Cetonas
9
ligação pi
carbono eletrofílico
carbono hibridizado 
sp2 desimpedido
maior reatividade
maior impedimento espacialaldeído cetona
Reações de Aldeídos e Cetonas
10
Mais reativo Menos reativo
Formaldeído Um aldeído Uma cetona
Mais reativo Menos reativo
Nota: Substituintes retiradores de elétrons (por exemplo: grupos –CF3 ou –
CCl3 fazem com que o carbono da C=O seja mais positivo (composto de
partida menos estável) e consequentemente a reação de adição seja mais
favorável.
Reatividade Relativa de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
11
nucleófilo Produto de adição
álcool
álcool
cianohidrina
ciclo-hexanona
Aldeídos e Cetonas
Reações de Adição a Cetonas
12
nucleófilo Produto de adição
imina
(base de Schiff)
ciclo-hexanona
ácido fraco
ácido fraco
enamina
Aldeídos e Cetonas
Reações de Adição a Cetonas
13
nucleófilo produto de adição
alceno
hemiacetal
ciclo-hexanona
acetal
Aldeídos e Cetonas
Reações de Adição a Cetonas
produto final
• Compostos Carbonílicos são tanto reagentes ou produtos nas reações de 
oxidação-redução.
Oxidação e Redução
• Oxidação resulta num aumento do número de ligação C-O ou diminuição do 
número de ligações C-H.
• Redução resulta na diminuição do número de ligações C-O ou aumento do 
número de ligações C-H.
Aldeídos e Cetonas
14
oxidação
redução
Ácido carboxílico
(Z=OH) ou um de seus 
derivados
álcool Aldeído ou cetona
redução
• Uma variedade de agentes oxidantes podem ser usados, incluindo CrO3, 
Na2Cr2O7, K2Cr2O7 e KMnO4.
• Aldeídos podem ser oxidados seletivamente na presença de outros grupos 
funcionais usando Ag2O em hidróxido de amônia aquosa (reagente de 
Tollens).
• Uma vez que cetonas não possuem “H” no “C” carbonílico, elas não sofrem 
esta reação de oxidação.
Oxidação de Aldeídos
Aldeídos e Cetonas
15somente o aldeído é oxidado
espelho de prata
Oxidação de Aldeídos
- Teste de Tollens (teste do espelho de prata) para aldeído
- α-hidróxi-cetonas também dá teste de Tollens positivo
Aldeídos e Cetonas
16
Bernhard Tollens
1841-1918
aldeído
cetona
Não reage!
espelho de 
prata
espelho de 
prata
α-hidroxi cetona
Oxidação de Aldeídos
- Aldeídos são também oxidados a ácidos carboxílicos pelo O2 do ar.
- Aldeídos líquidos à t.a. são tão sensíveis que devem ser armazenados
protegidos do contato com o ar.
- Cetonas são mais resistentes!
Aldeídos e Cetonas
17
Benzaldeído
(líquido)
ácido benzóico
(sólido)
As três reações de oxidação/redução de carbonila mais úteis podem ser
resumidas como abaixo:
Oxidação e Redução
Aldeídos e Cetonas
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[1] Redução de aldeídos e cetonas 
a álcoois:
[2] Redução de derivados de 
ácidos carboxílicos:
[3] oxidação de aldeídos à 
ácidos carboxílicos:
ou
• Os reagentes mais úteis para redução de aldeídos e cetonas são os hidretos 
metálicos.
Redução de Aldeídos e Cetonas
• Tratamento de um aldeído ou cetona com NaBH4 ou LiAlH4, seguido por H2O ou
alguma outra fonte de próton gera um álcool 1ário ou 2ário.
• O resultado da reação de H:¯ e H+ é a adição de H2 à ligação pi da carbonila.
Aldeídos e Cetonas
19
Boroidreto de sódio Hidreto de lítio e alumínio ligação polar metal-hidrogênio
Adição H2
álcool 1ário ou 2árioaldeído ou cetona
Redução de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
20cetona
álcool 1ário
álcool 2ário
aldeído
Exemplos:
Reduções com hidreto ocorrem via mecanismo em duas etapas.
21
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas: Reduções
álcool 1ário
protonação[1]
ataque Nu
[2]
Mecanismo:
[1]
ataque Nu
protonação
[2]
álcool 1ário ou 2ário
Exemplo:
• Hidrogenação catalítica também reduz aldeídos e cetonas à álcoois 1ários e 
2ários respectivamente, usando H2 e um catalisador.
• Quando um composto contém tanto C=O e uma C=C, redução seletiva de um 
grupo funcional pode ser obtida pela escolha do reagente apropriado.
-Uma C=C é reduzida mais rápida que uma C=O com H2 (Pd-C).
-Uma C=O é rapidamente reduzida com NaBH4 e LiAlH4, mas uma C=C é inerte.
Redução de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
22
cetona
álcool 1ário
aldeído
álcool 2ário
• Assim, ciclo-hex-2-enona, a qual contém tanto uma C=C e uma C=O, pode
ser reduzida a 3 diferentes compostos dependendo do reagente usado.
Redução de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
23
ciclo-hex-2-enona
álcool alílico
cetona
álcool
grupos funcionais que 
podem sofrer redução
*
Exemplos
Redução de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
24
Ibuprofeno
(AINE, analgésico e antipirético)
3 etapas
*
*
muscona
*
*
*
*
• Os reagentes organometálicos comuns para redução de aldeídos e cetonas:
Redução de Aldeídos e Cetonas
• Tratamento de um aldeído ou cetona com RLi, R2CuLi ou RMgX, seguido por
H2O ou alguma outra fonte de próton gera um álcool 2ário ou 3ário.
• O resultado da reação de R:¯ é a adição de R à ligação pi da carbonila.
Aldeídos e Cetonas
25
Reagentes organolítio
ligação polar
reage como
carbânion
uma base e um nucleófilo
Reagentes Grignard Organocupratos
• Preparação de organometálicos:
Redução de Aldeídos e Cetonas
Aldeídos e Cetonas
26
Exemplo:
metillítio
Reagentes Grignard
OrganolítioExemplo:
brometo de metilmagnésio
Organocupratos
Exemplo:
dimetilcuprato de lítio
Tratamento de um aldeído ou cetona com organolítio (R”Li) ou reagente de
Grignard (R”MgX) ou organocuprato (R”2CuLi) seguido por água forma um
álcool 2ário ou 3ário contendo uma nova ligação C—C. Nestas reações, R”¯ é o
nucleófilo.
A adição nucleofílica ocorre via um mecanismo em 2 etapas.
27
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de H¯ e R¯
aldeído ou cetona
Adição de
R” e H
nova ligação C-C
álcool 2ário ou 3ário
[1]
ataque Nu
protonação
[2]
álcool 2ário
28
única etapa
etinilestradiol
Adição Nu
A Estereoquímica da Redução da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
Aplicação: síntese do contraceptivo oral etinilestradiol 
*
*
Aldeídos e Cetonas
Reações de Adição a Aldeídos e Cetonas
29
aldeído
cetona
cetona
aldeído
formaldeído
álcool 1ário
álcool 2ário
álcool 2ário
álcool 1ário
álcool 3ário
• Hidreto converte o “C” da C=O planar hibridizado sp2 em “C” tetraédrico
hibridizado sp3.
A Estereoquímica da Redução da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
30
• Conclusão: redução com hidreto de uma cetona aquiral com LiAlH4 ou NaBH4
produz uma mistura de dois álcoois racêmicos quando um novo estereocentro
é formado.
pela frente
por trás
enanciômeros
(2S)-butan-2-ol
(2R)-butan-2-ol
pela frente
por trás
• Carbânion converte o “C” da C=O planar hibridizado sp2 em “C” tetraédrico
hibridizado sp3.
A Estereoquímica da Redução da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
31
• Conclusão: redução com organometálico de uma cetona aquiral produz uma
mistura de dois álcoois racêmicos quando um novo estereocentro é formado.
por cima
por baixo
enanciômeros
(3R)-3-metilhexan-3-ol
por baixo
por cima
(3S)-3-metilhexan-3-ol
• Formação seletiva de um enanciômero frente ao outro pode ocorrer se um
agente redutor quiral for usado.
• Uma redução que forma um enanciômero predominantemente ou
exclusivamente é uma redução enanciosseletiva ou assimétrica.
• Um exemplo de agentes redutores quirais são os reagentes enancioméricos
CBS.
A Estereoquímica da Redução da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
32
dois enanciômeros do agente redutor quiral CBS
(S)-2-metil-CBS-oxazaborolidina (R)-2-metil-CBS-oxazaborolidina
(R)-reagente CBS(S)-reagente CBS
• CBS refere-se a Corey, Bakshi e Shibata, os químicos que desenvolveram
estes reagentes versáteis.
• Uma ligação B—H serve como a fonte de hidreto nesta redução.
• Reagentes CBS previsivelmente dão como produto majoritário da redução de
cetona, quando acetofenona é o material de partida, os produtos abaixo:
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
33
[1] (S)-CBS
[1] (R)-CBS
[2] H2O
[2] H2O
nova ligação C-H
nova ligação C-H
produto principal
isômero (S)
produto principal
isômero (R)
acetofenona
(aquiral)
• Estes reagentes são altamente enanciosseletivos. Por exemplo, tratamento
da propiofenona (etil fenil cetona) com o reagente (S)-CBS forma o álcool R
com 97% e.e.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
34
[1] (S)-CBS
[2] H2O
isômero (S)isômero (R)
98,5% 1,5%
(97% e.e.)
• Reduções enanciosseletivas com estes reagentes têm fornecido a etapa
chave na síntese de várias drogas amplamente usadas, incluindo
salmeterol, um broncodilatador de ação prolongada.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
35
broncodilatador de ação prolongada 
usado para tratamento de asma.
[1] (R)-CBS
[2] H2O
• Reduções biológicas que ocorrem nas células sempre ocorrem com
completa seletividade, formando um único enanciômero!
• Nas células, o agente redutor é o NADH.
• NADH é uma coenzima—uma molécula orgânica que funciona apenas na
presença de uma enzima.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
36
(estrutura abreviada)
nicotinamida adenina dinucleotídeo
(forma reduzida)
• O sítio ativo da enzima se liga ao substrato C=O e ao NADH, mantendo-os
próximos.
• NADH então doa H:¯ de maneira similar a um agente redutor de hidreto.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
37
Redução com NADH
ataque Nu protonação
• A reação é completamente enanciosseletiva. Por exemplo, redução do ácido
pirúvico com NADH catalisada pela enzima acetato desidrogenase fornece um
único enanciômero com a configuração (S).
• NADH reduz uma variedade de diferentes compostos carbonílicos em sistemas
biológicos. A configuração do produto (R ou S) depende da enzima usada para
catalisar o processo.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila 
Aldeídos e Cetonas
38
ácido pirúvico
(fonte H+)
lactato 
desidrogenase (S)-ácido lático
único produto Não formado
• NAD+, a forma oxidada do NADH, é um agente oxidante biológico capaz de
oxidar álcoois a compostos carbonílicos (formando NADH no processo).
• NAD+ é sintetizado a partir da vitamina niacina.
Reduções Enanciosseletivas da Carbonila
Aldeídos e Cetonas
39
niacina 
vitamina B3
ác. nicotínico
• Na reação de um aldeído ou cetona com NaCN na presença de um ácido
forte como HCl, adiciona-se os elementos do HCN através da ligação piC—O,
formando uma cianohidrina.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de NC¯
O mecanismo envolve as 2 etapas usuais da adição nucleofílica — ataque
nucleófilico [1] seguido por protonação [2].
cianohidrina nova C-C
produto de adição
Exemplo:
• Cianohidrinas podem ser reconvertidas a compostos carbonílicos pelo
tratamento com base (processo inverso da adição de HCN –
desprotonação [1] seguida por eliminação de ¯ CN [2].
• O grupo ciano de uma cianohidrina é facilmente hidrolisado a um grupo
carboxila por aquecimento em meio ácido ou básico aquoso.
41
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de NC¯
cianohidrina aldeído ou cetona
ác. α-hidroxicarboxílico
• Linamarina (mandioca) e amigdalina (sementes e caroços de pêssego e
damasco, etc.) são dois derivados de cianohidrina de ocorrência natural.
• Ambos os compostos são tóxicos devido serem metabolizados a cianohidrinas, as
quais são hidrolisadas a compostos carbonílicos e HCN (gás letal!).
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de NC¯
linamarina
amigdalina
derivado cianohidrina
acetona 
cianohidrina
enzima enzima
Laetrile = vitamina B17
anti-cancer?
• A reação de Wittig usa um carbono nucleofílico (o reagente de Wittig) para
formar alcenos — o grupo carbonila é convertido a uma C=C.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
Exemplos:
reagente de Wittig óxido de trifenilfosfina
alceno
• O reagente de Wittig é um reagente organofósforo.
• Um típico reagente de Wittig tem um “P” ligado a 3 grupos fenilas, além de
mais um outro grupo alquílico com carga negativa.
• Um reagente de Wittig é um ilídeo, uma espécie que contêm 2 átomos com
cargas opostas, com ambos os átomos possuindo um octeto.
• Ilídeos de fósforo são também chamados de fosforanos.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
ilídeo
Reagente de WittigGeorg Wittig – ALE Nobel 1979
abreviado como
cargas (+) e (-) em 
átomos adjacentes
• Uma vez que fósforo é um elemento do 3o Período, ele pode estar rodeado
por mais de 8 elétrons.
• Assim, uma segunda estrutura de ressonância pode ser desenhada que
coloca um dupla ligação entre “C” e “P”.
• Conforme a estrutura de ressonância é desenhada, um reagente de Wittig
não possui carga líquida.
• Contudo, note que uma das estruturas de ressonância, o “C” mostra uma
carga líquida negativa, tornando-o nucleofílico.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos eCetonas- A Reação de Wittig
átomo nucleofílico 10 elétrons ao redor “P” 
(5 ligações)
Reagentes de Wittig são sintetizados num procedimento em 2 etapas.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
Etapa 2- Desprotonação do sal de fósforo com uma base forte forma o ilídeo.
Etapa 1- Reação SN2 da trifenilfosfina com um haleto de alquila forma um sal de
fosfônio.
sal fosfôniotrifenilfosfina
nucleófilo
sal fosfônio
base forte típica:
Para sintetizar o reagente de Wittig Ph3P=CH2, use as duas etapas seguintes:
Etapa [1] Forma o sal de fosfônio pela reação SN2 de Ph3P: e CH3Br.
Etapa [2] Forma o ilídeo pela remoção de um próton usando nBuLi como uma
base forte. 47
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
brometo de metiltrifenilfosfônio
ilídeo estrutura de ressonância butano
Exemplo:
Reações de Wittig ocorrem por uma sequencia adição-eliminação que
envolve 2 etapas.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
Etapa 2- Eliminação do óxido de trifenilfosfina forma o alceno
Etapas 1- Adição nucleofílica forma um ciclo de 4-membros (oxafosfetano)
oxafosfetano
óxido de trifenilfosfina
nova ligação C-C
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Aldeídos e Cetonas
Reação de Wittig - Adição de Ilídeo de Fósforo
Mecanismo
betaína
um oxafosfaciclo-butano
(oxafosfetano)
Uma limitação da reação de Wittig é que, as vezes, uma mistura de
estereoisômeros é formada.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
(E)
(Z)
A reação de Wittig tem sido usada para sintetizar muitos produtos naturais.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
nova ligação C=C
um alceno (E)
β-caroteno
pigmento laranja das cenouras
(precursor vitamina A)
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
Exercício: Quais os materiais de partida (reagentes) necessários para a síntese
do alceno A através de uma reação de Wittig?
Resposta: Usando a retrossíntese.
clive esta ligação
retrossintéticamente
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
haleto 1ário
Há duas possibilidades:
Possibilidade 1
clive esta ligação
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
Possibilidade 2
haleto 1ário
caminho preferido
Qual é a preferida?
clive esta ligação
haleto 2ário
• Uma vantagem da reação de Wittig sobre métodos de eliminação usados
para sintetizar alcenos é que sempre se sabe a posição da ligação dupla —
a reação de Wittig sempre dá um único isômero constitucional.
• Considere dois métodos abaixo que podem ser usados para converter a
ciclo-hexanona no ciclo-alceno B:
55
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- A Reação de Wittig
ciclo-hexanona
ciclo-hexanona álcool 3ário principal minoritário
ciclo-hexanona
único 
produto
Método de eliminações:
Wittig:
• Aminas são classificadas como 1árias, 2árias ou 3árias de acordo com o
número de grupos alquila (ou arila) ligados ao “N”.
• Tratamento de um aldeído ou cetona com uma amina 1ária fornece uma
imina (antigamente chamada de base de Schiff).
56
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 1árias
amina 1ária amina 2ária amina 3ária
R’= H ou alquil
ácido fraco
carbinolamina
imina
• Devido “N” de uma imina ser circundado por 3 grupos (2 átomos e um par
de e- isolados), sua hibridação é sp2, tornando o ângulo de ligação C—N—
R de 1200, (e não 1800). A formação da imina é mais rápida quando o meio
reacional é fracamente ácido (pH 4-5).
57
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 1árias
Exemplos:
acidez moderada
acidez moderada
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 1árias
Mecanismo:
Parte 1: Adição nucleofílica [1] forma uma carbinolamina
carbinolamina
transfer. H+
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 1árias
Mecanismo:
Parte 2: Eliminação de H2O forma uma imina
íon imínio
perda H2Oprotonação
iminia
• Na formação da imina, meio ácido moderado, na etapa 3, é necessário para
protonação do grupo OH gerando um bom grupo de saída.
• Sob condições fortemente ácidas, a velocidade de reação diminui devido o
nucleófilo, a amina, estar protonado — sem pares de e- livres, ela deixa de
atuar como um nucleófilo e, assim, a adição nucleofílica não ocorre.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 1árias
não mais um nucleófilo!
(pH baixo)
• Uma amina 2ária reage com um aldeído ou cetona produzindo uma enamina.
Enaminas possuem um “N” ligado a uma ligação C=C.
61
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 2árias
Exemplos:
R’= H ou alquil carbinolamina enamina
acidez 
moderada
acidez 
moderada
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 2árias
Parte 1: Adição nucleofílica [1] forma uma carbinolamina
Parte 2: Eliminação de H2O forma uma enamina
Mecanismo:
carbinolamina
transfer. H+
enamina
perde H2O
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 2árias
Comparação da formação de iminas e enaminas
amina 1ária
amina 2ária
imina
enamina
“H” removido
“H” removido
• Devido iminas e enaminas serem formadas por um conjunto de reações
reversíveis, ambas podem ser convertidas de volta a compostos
carbonílicos por hidrólise em meio fracamente ácido.
• O mecanismo da hidrólise é exatamente o mecanismo inverso da formação
de iminas e enaminas.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de Aminas 2árias
Hidrólise de iminas e enaminas forma aldeídos ou cetonas!
Exemplo: Hidrólise enaminas
Exemplo: Hidrólise iminas
• Tratamento de um composto carbonílico com H2O na presença de um
catalisador ácido ou básico adiciona “H” e “OH” através da ligação piC—O,
formando um gem-diol ou hidrato.
• Os rendimentos do produto, gem-diol, são bons apenas quando aldeídos
ou cetonas não impedidos contendo grupos retiradores de elétrons vizinho
são usados.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de H2O (Hidratação)
(hidrato)
tricloroacetaldeído sedativo
Adição de H2O
gem-diolR’= H ou alquil
cloral
hidrato
cloral hidrato
• Aumentando-se o no de grupos alquila na C=O diminui a quantidade de
hidrato no equilíbrio.
66
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de H2O (Hidratação)
aumento da quantidade de hidrato no equilíbrio
aumento da estabilidade do composto carbonílico
Outros fatores eletrônicos também podem influenciar.
Exemplo: cloral forma uma grande quantidade de hidrato no equilíbrio. Os
três “Cl” retiradores de elétrons deixam a carga positiva no “C-α” à C=O,
desestabilizando o grupo carbonila e, portanto, aumentando a quantidade de
hidrato no equilíbrio.
67
Aldeídos e Cetonas
- Grupos doadores de elétrons próximos a C=O estabilizam o grupo C=O
diminuindo a qde. hidrato no equilíbrio
- Grupos retiradores de elétrons próximos a C=O desestabilizam o grupo
C=O, aumentando a qde. hidrato no equilíbrio
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de H2O (Hidratação)
cloral
com duas cargas similares (δ+) sobre átomos 
adjacentes desestabiliza o grupo carbonila.
um composto carbonílico menos estável 
significa mais hidrato no equilíbrio.
Ambos ácido e base catalisam a adição de H2O ao grupo carbonila.
• Em meio básico, o nucleófilo é ¯ OH, e o mecanismo segue as duas etapas
usuais: ataque nucleofílico seguido de protonação.
• A velocidade da reação aumenta na presença de base porque ela converte
H2Oem ¯ OH, um nucleófilo mais forte.
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Aldeídos e Cetonas
Mecanismo (meio básico):
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de H2O (Hidratação)
protonaçãoataque Nu
• A velocidade da reação aumenta na presença de ácido porque ele protona o
grupo carbonila, tornando-o mais eletrofílico frente ao ataque do nucleófilo.
69
Aldeídos e Cetonas
Mecanismo (meio ácido):
Etapa 1: Protonação do grupo carbonila
Etapas 2-3: Ataque nucleofílico e desprotonação
Reações de Aldeídos e Cetonas- Adição de H2O (Hidratação)
protonação
• Aldeídos e cetonas reagem com 2 equivalentes de álcool para formar
acetais.
• A formação de acetal é catalisada por ácidos, tais como TsOH.
• Importante: acetais não são éteres!
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
Exemplo:
R’= H ou alquil
• Quando um diol tal como etileno glicol é usado em vez de 2 equivalentes de
ROH, um acetal cíclico é formado.
• Como na formação de gem-diol, a síntese de acetais é reversível, e
normalmente, o equilíbrio favorece os reagentes.
• Na síntese de acetal, uma vez que água é formada como co-produto, o
equilíbrio pode ser direcionado para direita pela remoção de H2O quando
ela é formada, usando destilação ou outra técnica.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
acetal cíclico
etileno glicol
• O mecanismo para formação de acetal pode ser dividido em 2 partes, a
primeira é a adição de um equivalente de álcool para formar o hemiacetal. Em
seguida, hemiacetal é convertido em acetal.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
Geral:
• Remover a água direciona o equilíbrio.
• Mecanismo
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
Etapa 1: Protonação do grupo carbonila
Etapas 2-3: Ataque nucleofílico [2] e desprotonação [3] 
protonação
cátion estabilizado por ressonância
hemiacetal
• A segunda parte do mecanismo envolve conversão do hemiacetal em
acetal.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
Etapas 4-5: Eliminação de água [5]
Etapas 6-7: Ataque nucleofílico [6] e desprotonação [7]
hemiacetal
acetal
• Devido a conversão de aldeído ou cetona em acetal ser reversível, um
acetal pode ser hidrolisado em aldeído ou cetona por tratamento com ácido
aquoso.
• O equilíbrio é direcionado para a direita (produtos) usando grande excesso
de água para hidrólise.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas - Adição de Álcoois 
(Formação de Acetal)
etilenoglicol
• Acetais são grupos protetores valiosos para aldeídos e cetonas!
• Exemplo: como reduzir seletivamente o éster para álcool no composto A,
deixando a cetona intocada?
• Dificuldade: Em virtude de cetonas serem mais facilmente reduzidas,
5-hidroxihexanoato de metila pode ser formado.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Acetais
Exemplo: acetal de ocorrência natural
safrol (sassafrás)
banido por ser 
carcinogênico! E usado 
para produzir ecstasy!
Já foi usado como aditivo 
em algumas bebidas.
mais reativo
podem sofrer redução
6-hidroxihexan-2-ona
5-hidroxihexanoato de metila
reação observada
reação desejada
Para resolver este problema, podemos usar um grupo protetor para bloquear a
carbonila (cetona) mais reativa. O processo completo requer 3 etapas.
[1] Proteger o grupo funcional interferente — a carbonila da cetona.
[2] Fazer a reação desejada.
[3] Remover o grupo protetor.
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Aldeídos e Cetonas
Acetais - Grupos Protetores
6-hidroxihexan-2-ona
produto desejado
Hemiacetais cíclicos contendo anéis de 5- e 6- membros são compostos
estáveis e facilmente isoláveis.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Hemiacetais Cíclicos
Hemicetais cíclicosUm hemicetal –
Estrutura geral
“C” está ligado a:
- Um grupo OH
- Um grupo OR
Cada “C” indicado está ligado a:
- Um grupo OH
- Um grupo OR parte de um anel
São formados pela ciclização intramolecular de hidroxi aldeídos.
- Reações intramoleculares para formar anéis de 5- e 6-membros são mais
rápidas que as correspondentes reações intermoleculares.
- Os dois grupos funcionais reagentes (OH e C=O), são mantidos próximos,
aumentando a probabilidade da reação. 79
Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Hemiacetais Cíclicos
4-hidroxibutanal
5-hidroxipentanal
A formação de hemiacetal é catalisada tanto por ácido quanto por base. 
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Aldeídos e Cetonas
Reações de aldeídos e cetonas – Hemiacetais cíclicos
Ex.: Formação de hemiacetal cíclico catalisada por ácido
Ciclização intramolecular de um hidroxi aldeído forma um hemiacetal com um
novo centro estereogênico, resultando em quantidades iguais dos dois
enantiômeros.
Hemiacetais cíclicos podem ser convertidos em acetais pelo tratamento com um
álcool e ácido.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Hemiacetais Cíclicos
enanciômeros
centro estereogênico
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Hemiacetais Cíclicos
Etapas 1-2: protonação e perda do grupo de saída (H2O)
Etapas 3-4: Ataque nucleofílico [3] e desprotonação [4]
estabilizado por ressonância
• Na conversão de hemiacetais em acetais, o resultado total é a troca do
grupo OH hemiacetal por um grupo OCH3.
• Esta reação ocorre facilmente devido o carbocátion formado na etapa 2 ser
estabilizado por ressonância. Este fato torna o grupo OH hemiacetal
diferente do grupo hidroxila de outros álcoois.
• Assim, quando um composto contendo ambos OH de álcool e um OH
hemiacetal é tratado com álcool e ácido, apenas o OH hemiacetal reage
para formar o acetal.
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Aldeídos e Cetonas
Reações de Aldeídos e Cetonas – Hemiacetais Cíclicos
Reage
Não reage
• Carboidratos (açúcares) são aldeídos ou cetonas polihidroxilados, ou
compostos que podem ser hidrolisados a eles.
• Muitos carboidratos contém acetais ou hemiacetais cíclicos.
• Exemplo: glicose e lactose
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Aldeídos e Cetonas
Exemplos de Hemiacetais Cíclicos - Carboidratos
(uma das formas da glicose)
• Hemiacetais em açúcares são formados pela ciclização de hidroxi aldeídos.
• O hemiacetal na glicose é formado pela ciclização de um polihidroxi aldeído
acíclico (A), como abaixo.
• Quando o grupo OH em C-5 é o nucleófilo, a ciclização produz um anel de 6-
membros, e este tamanho de anel é preferido.
• A ciclização forma um novo centro estereogênico — o novo grupo OH do
hemiacetal pode ocupar a posição axial ou equatorial.
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Aldeídos e Cetonas
Exemplos de Hemiacetais Cíclicos - Carboidratos
axial