Orgânica III - aula 2 2019.2

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24/03/2019 
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Reatividade das substâncias 
carboniladas classe II 
Professor: Dsc. Alex Lucena 
 
2019 
CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO - RECIFE 
CURSO: FARMÁCIA 
Reatividade de substâncias carboniladas 
Grupo carbonila é polar porque o oxigênio, sendo m ais eletronegativo do que o carbono, tem 
maior participação nos elétrons da ligação dupla. 
A carga parcial positiva do carbono da carbonila favorece o s ataques nucleofílicos às 
substâncias carboniladas. 
A deficiência de elétrons do carbono da carbonila está indicada pelas áreas em azul nos 
esquem as de potenciais eletrostáticos. 
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 O carbono parcialmente positivo de C=O tem caráter de carbocátion e é eletrofílico. 
 O arranjo planar de suas ligações torna este carbono relativamente não congestionado e 
suscetível a ataques de nucleófilos. 
 O oxigênio é parcialmente negativo e fracamente básico. 
Reatividade de substâncias carboniladas 
Reatividade de substâncias carboniladas 
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 Um aldeído apresenta maior carga parcial positiva em seu carbono carbonílico do que a cetona 
porque um hidrogênio é um retirador de elétrons se com parado com um grupo alquila. 
 Um aldeído, portanto, é menos estável do que um a cetona, o que o torna mais reativo perante 
ataques nucleofílicos. 
Reatividade de substâncias carboniladas 
Propriedades Físicas 
Em geral, os aldeídos e as cetonas têm pontos de ebulição mais altos do que os alcenos, porque as 
forças de atração dipolo-dipolo entre as moléculas são mais fortes. 
Contudo, eles têm pontos de ebulição mais baixos do que os dos álcoois porque, ao contrário dos 
álcoois, dois grupos carbonila não podem formar ligações de hidrogênio entre si. 
 
 
 
 
O oxigênio carbonílico dos aldeídos e cetonas pode formar ligações de hidrogênio com os prótons 
dos grupos OH. 
Isso os torna mais solúveis em água do que os alcenos, mas menos solúveis do que os álcoois. 
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Reatividade de substâncias carboniladas 
Reatividade de substâncias carboniladas 
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Três fatores dominantes controlam a reatividade do grupo carbonila: efeito indutivo, ressonância e 
efeito estérico. 
1. Efeito indutivo: é um efeito experimentalmente observável da transmissão de carga através de uma 
cadeia de átomos em uma molécula por indução eletrostática. 
A nuvem eletrônica em uma ligação σ entre dois átomos diferentes não é uniforme: é levemente 
deslocada em direção ao átomo mais eletronegativo. Isto causa um permanente estado de 
polarização da ligação, onde o átomo mais eletronegativo tem uma carga parcial negativa (δ-) e o 
outro átomo tem uma carga parcial positiva(δ+). 
Se o átomo eletronegativo é então adjunto a uma cadeia de átomos, usualmente carbono, a carga 
positiva é transmitida a outros átomos na cadeia. Isto é o efeito indutivo de afastamento (repulsão) 
do elétron, também conhecido como efeito indutivo negativo 
Alguns grupos funcionais, tal como o grupo alquila são menos repulsores de elétrons que 
hidrogênio e são consequentemente considerados como liberadores de elétrons. Este caráter 
liberador de elétrons é indicado pelo efeito indutivo positivo. 
2. Os fatores estéricos contribuem para aumentar a reatividade de um aldeído. O carbono 
carbonílico de um aldeído está mais acessível ao nucleófilo do que o carbono carbonílico de 
um a cetona porque o hidrogênio ligado ao carbono carbonílico de um aldeído é menor do que 
o grupo alquila ligado ao carbono carbonílico de um a cetona. 
Os fatores estéricos também se tornam importantes no estado de transição tetraédrico porque 
os ângulos de ligação estão a 109,5°, por isso os grupos alquílicos estão m ais próximos uns dos 
outros do que estão no carbono carbonílico, que apresenta um ângulo de 120°. 
As cetonas têm maiores interações estéricas no estado de transição, por esse m otivo possuem 
estados de transição menos estáveis do que os aldeídos. 
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Pela mesma razão, as cetonas ligadas a grupos menores no carbono da carbonila são mais 
reativas do que as cetonas com grupos alquila maiores. 
2. Ressonância: estabiliza a carbonila tornando-a menos reativa. 
 
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 Vimos que o grupo carbonílico de um ácido carboxílico ou um derivado de ácido está ligado a 
um grupo que pode ser substituído por outro grupamento. 
 Essas substâncias, portanto, reagem com nucleófilos para formar produtos de substituição. 
Em contraste, o grupo carbonílico de um aldeído ou cetona está ligado a grupos que são bases 
muito fortes (H- ou R- ) para serem eliminados em condições normais, por isso não podem ser 
substituídos por outros grupos. 
Consequentemente, os aldeídos e as cetonas reagem com nucleófilos para formar produtos de 
adição, e não de substituição. 
Portanto, aldeídos e cetonas sofrem reações de adição nucleofílica, enquanto os derivados de 
ácido carboxílico sofrem reações de substituição nucleofílica acílica. 
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Se o nucleófilo que se adiciona ao aldeído ou à cetona não fo r eletronegativo, grupo 
representado por Z (Z é um H ou um C nucleofílico), o produto tetraédrico da adição será 
estável. 
Ele será um íon alcóxido que pode ser protonado tanto pelo solvente quanto pelo ácido 
adicionado (HB- são espécies que doam um próton; :B são espécies que removem um próton). 
Se, por outro lado, o nucleófilo que se adiciona ao aldeído ou à cetona for aquele no qual Z é 
eletronegativo ( Z e u m O ou um N nucleofílico), o produto tetraédrico da adição não será 
estável. 
A água será eliminada do produto de adição. Isso é denominado reação nucleofílica de adição-
eliminação. Veremos que a desidratação do produto vai depender da identidade de Z. 
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Princípios da adição nucleofílica: hidratação 
de aldeídos e cetonas 
Os aldeídos e as cetonas reagem com água em um equilíbrio rápido. O produto é um diol 
geminal, também chamado de hidrato. 
 
 
 
 
 
De maneira global, a reação é classificada como uma adição. A água adiciona-se ao grupo 
carbonila. O hidrogênio torna-se ligado ao oxigênio carbonílico polarizado negativamente, a 
hidroxila ao carbono polarizado positivamente. 
 A hidratação de aldeídos e cetonas é uma reação rápida, que logo chega ao equilíbrio, mas que é 
mais rápida em ácido ou base do que em solução neutra. 
 Assim, em vez de um único mecanismo para a hidratação, vamos ver dois mecanismos, um para 
a solução básica e outro para a solução ácida. 
 
 Mecanismo de hidratação catalisada por base: 
 Duas etapas no qual a primeira etapa é determinante da velocidade. 
 Na etapa 1, o íon hidróxido nucleofílico se liga ao carbono do grupo carbonila. O íon alcóxido 
formado na Etapa 1 captura um próton da água na Etapa 2, resultando no diol geminal. 
 A segunda etapa é rápida, assim como todas as outras transferências de prótons entre oxigênios 
que vimos. 
Princípios da adição nucleofílica: hidratação 
de aldeídos e cetonas 
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 Mecanismo: 
Princípios da adição nucleofílica: hidratação 
de aldeídos e cetonas 
Mecanismo de hidratação catalisada por ácido (três etapas): 
A primeira e a segunda são transferências de prótons rápidas entre os oxigênios. A segunda é 
uma adição nucleofílica. 
O catalisador ácido ativa o grupo carbonila na direção do ataque por uma molécula de água 
fracamente nucleofílica. 
A protonação do oxigênio torna o carbono carboníllico de um aldeído ou de uma cetona muito 
mais eletrofílico. Expresso em termos de ressonância, a carbonila protonada tem um maior grau 
de caráter de carbocátion do que uma carbonila não protonada. 
Princípios da adição nucleofílica: hidratação 
de aldeídos e cetonas 
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 Mecanismo: 
Princípios da adição nucleofílica: hidratação 
de aldeídos e cetonas 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
 Poucas reações em química orgânica resultam na formação de novas ligações C— C. 
Consequentemente, essas reações são muito importantes para os químicos orgânicossintéticos 
quando precisam sintetizar moléculas orgânicas maiores a partir de moléculas menores. 
 A adição de nucleófilos às substâncias carboniladas é um exemplo de um a reação que forma 
uma nova ligação C — C e, portanto, form a um produto com mais átomos de carbono do que o 
material de partida. 
 Reações com reagentes de Grignard: 
 A adição de um reagente de Grignard a um a substância carbonilada é um a reação versátil que 
leva à formação de uma variedade de estruturas, pois tanto a estrutura da substância 
carbonilada quanto a estrutura do reagente de Grignard podem variar. 
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Mecanismo Geral da reação de Grignard: 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
Reação de Grignard 
 O ataque do reagente de Grignard no carbono da carbonila forma um íon alcóxido que é 
interligado com o íon de magnésio. A adição de água ou ácido diluído destrói o com plexo. 
 Quando o reagente de Grignard reage com formaldeído, o produto de adição será um álcool 
primário. 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
Reação de Grignard 
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Quando o reagente de Grignard reage com um aldeído diferente do formaldeido, o produto de 
adição será um álcool secundário. 
 
 
 
Quando um reagente de Grignard reage com um a cetona, o produto de adição será um álcool 
terciário. 
 
 
 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
Reação de Grignard 
 Nas reações mostradas a seguir, são usados números com os reagentes para indicar que o ácido 
não é adicionado até que a reação com o reagente de Grignard tenha sido com pletada: 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
Reação de Grignard 
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Exemplos: 
Reações de substâncias carboniladas 
com carbonos nucleofílicos 
Reação de Grignard 
 A adição de hidreto a um aldeído ou a um a cetona forma um íon alcóxido. Um 
alcóxido é a base conjugada de um álcool e consequentemente consiste de um 
grupo orgânico a um átomo de oxigênio negativamente carregado. Eles podem 
ser escritos como RO–, onde R é o substituinte orgânico. Alcóxidos são bases 
fortes e, quando R não é volumoso, bom nucleófilo e bom ligante. 
 
 A protonação subsequente por um ácido produz um álcool. A reação total 
adiciona H2 ao grupo carbonílico. Lembre-se de que a adição de hidrogênio a 
um a substância carbonilada é um a reação de redução. 
Reações de substâncias carboniladas 
com íon hidreto 
Reação com íon hidreto 
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 Equação Geral: 
 
 Os aldeídos e as cetonas são geralmente reduzidos usando-se boro-hidreto de sódio (NaBH4) com o fonte 
de íons hidreto. O s aldeídos são reduzidos a álcoois primários, e as cetonas são reduzidas a álcoois 
secundários. 
 Observe que o ácido não é adicionado ao meio reacional até que a reação com o doador de hidreto tenha 
finalizado. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
 Os aldeídos e as cetonas reagem com um a am ina primária (RN H 2) para formar um a imina. 
 Imina é um a substância com uma ligação dupla carbono-nitrogênio. 
 A imina obtida de um a reação entre um a substância carbonilada e um a amina primária é 
freqüentemente denominada base de Schiff. 
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Adição de aminas Primárias  Iminas. 
Na primeira etapa do mecanismo para a formação da imina, a amina ataca o carbono carbonílico. 
O corre então a formação de um intermediário tetraédrico pela introdução de um próton pelo íon 
alcóxido e pela perda de um próton do íon amônio. 
O intermediário tetraédrico neutro, denom inado carbinolamina, está no equilíbrio em duas formas 
protonadas. 
A protonação pode ocorrer tanto no nitrogênio quanto no oxigênio. 
A eliminação de água do intermediário oxigenado protonado forma uma imina protonada que perde 
um próton para formar a imina. 
Geralmente, a adição do nitrogênio nucleofílico a um aldeído ou a um a cetona é um a reação 
nudeofílica de adição-eliminação: adição nudeofílica de um a amina para formar um intermediário 
tetraédrico instável, seguida pela eliminação de água. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
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 A formação da imina é reversível: em soluções aquosas, as iminas são hidrolisadas e retornam à 
substância carbonilada e à amina. 
 
 
 
 
 Em solução ácida, a amina é protonada e, portanto, incapaz de reagir com a substância 
carbonilada para formar a imina. A form ação da imina e a hidrólise são reações importantes em 
sistemas biológicos. 
 A hidrólise da imina é a razão para o DNA conter nucleotídeos A, G, C e T, enquanto o RNA 
contém nucleotídeos A, G, C e U 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
Adição de aminas secundárias  Enaminas. 
Os aldeídos e as cetonas reagem com aminas secundárias para formar enaminas. Assim como a 
formação de iminas, a reação requer traços de um catalisador ácido. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
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O mecanismo para a formação de enamina é exatamente o mesmo para a formação de iminas 
até a última etapa de reação. 
Quando uma amina primária reage com um aldeído ou uma cetona, a imina protonada perde 
um próton do nitrogênio na última etapa de reação, formando uma imina neutra. 
No entanto, quando uma amina é secundária, o nitrogênio carregado positivamente não está 
ligado a um hidrogênio. 
Uma molécula neutra é obtida pela remoção de um próton no carbono a da substância 
derivada do substrato carbonilado. O resultado é uma enamina. 
Em soluções aquosas ácidas, uma enamina é hidrolisada de volta à substância carbonilada e à 
amina secundária, uma reação sim ilar à hidrólise catalisada por ácido de uma im ina de volta à 
substância carbonilada e a uma amina prim ária. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
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Ao se aquecer um a cetona ou um aldeído em um a solução básica de hidrazina, o grupo 
carbonila é convertido em um grupo metileno. 
Esse processo é denominado desoxigenação porque um oxigênio é removido do reagente. 
A reação é conhecida com o redução de Wolff-Kishner. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
Inicialmente, a cetona reage com a hidrazina para formar hidrazona. 
Após a formação da hidrazona, o íon hidróxido remove um próton do grupo NH2. 
O calor é necessário porque esse próton não é removido facilmente. 
A carga negativa pode ser deslocalizada pelo carbono, o qual subtrai um próton da água. 
As duas últimas etapas são repetidas para formar o produto desoxigenado e o gás nitrogênio. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
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Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
 Resumindo... 
 Reações de aldeídos e cetonas com aminas 
 
 a. Reação com uma amina primária forma uma imina: 
 
 
 
 
 quando Z = R, o produto é uma base de Schiff; Z pode também ser OH, NH2, NHC6H5, 
NHC6H3(N02)2 ou NHCONH2. 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico 
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 b. Reação com uma amina secundária forma uma enamina: 
 
 
 
 
 c. A redução de Wolff-Kishner converte um grupo carbonílico a um grupo metileno: 
Reações de aldeídos e cetonas com 
nitrogênio nucleofílico