Furano: Composto Orgânico

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CAPÍTULO 13
Furano
o furano é um composto orgânico da família dos heterociclos aromáticos constituído de quatro grupos CH e um áto-
- de oxigênio. É um líquido claro, volátil e levemente tóxico que funde a -86°C, tem ponto de ebulição de 32°C,
risolúvel em água e solúvel em etanol e éter etílico.
J = 3,3 Hz
~
H + H ôH= 6,19 ppm
1,35A 'Y-( '\
"[ ~ ) J=1,8Hz
1,37A/ O H ôH = 7,26 ppm
momento de dipolo
0,72 D
(devido ao par de elétrons
sobre o oxigênio)
É usado como um intermediário químico em reações e também como solvente. "-
É convertido por hidrogenação ao tetraidrofurano, o qual é um importante solvente em reações orgânicas. O
zromo de oxigênio tem dois pares de elétrons favorecendo a formação de complexos de coordenação e a solvatação
::e cátions.
O furano é produzido pela descarboxílação catalítica do 2-furaldeído ou pela descarboxilação do ácido 2-furóico
om cobre em pó, em quinolina. A adição de hidroquinona ou outros fenóis inibe a polimerização, que ocorre lenta-
ente à temperatura ambiente.
O 2-furaldeído é obtido industrialmente do resíduo de plantas ricas em pentoses, como o farelo, pelo tratamento com
:12504 diluído, seguido pela destilação por arraste de vapor. .
pentosana
OH OH
(---<;CHO
OH HO
pentose
~CHO
O 2-furaldeído é um líquido incolor, venenoso, solúvel em H20, de p.e. 162°C e que lentamente torna-se cinza
na presença de ar. Assim como o benzaldeído, participa da reação de Cannizzaro, reação de Perkin, condensação de
70evenagel e condensação de aciloína. A hidrogenação catalítica do 2-furaldeído produz o (hidroximetil) oxolano
álcool tetraidro-2-furfurílico). Este composto, pela ação de catálise ácida, sofre um rearranjo nucleofílico 1,2- e gera
o 3,4-diidropirano.
A preparação do sal incolor de 2-hidróxi-5-(fenilamino) penta-2,4-dienal pela ação de anilina e HCI ilustra a abertura
do anel do 2-furaldeído.
58 Furano
o 2-furaldeído é usado como solvente na manufatura de polímeros e como material de partida em síntese orgâz,
Alguns derivados do 5-nitro-2-furaldeído são bacteriostáticos e bactericidas, como a sernicarbazona (Nitrofural), e
usados no combate de doenças infecciosas.
O ácido furóico (ácido furano 2-carboxílico) é obtido pela destilação seca do ácido D-galactárico (ácido múci
OH OH
H0
2
C---<-->-COOH __ l:::..__ .•.••
OHHO -3 H20, -C02
Q--
C0
2
H
Os furanos são ocasionalmente encontrados em plantas e microorganísmos, por exemplo, o óxido de carlina, que -
obtido pela destilação a vapor das raízes da carlina thistle (Carlina acaulis). .
óxido de carlina
Furanos são de considerável importância como intermediários sintéticos e estão presentes na estrutura de fármaco _
de produtos naturais, como exemplificado a seguir:
Me2N~O,,--U "s
~NH
MeHN >==---N0
2
zantac (ranitidina)
~SH
O ~
Me
'I ~ MO e
perilenotiol furfurila
(aroma de café tostado)
AcO n ,N-NH
02N~07---(I }-H
H O
nitrofurazona
~~MOH
HO~OAO
HO
ácido ascórbico
(vitamina C)
O
teubrevina G teulipicina
Um método alternativo de abertura do anel é a clivagem de 2-furilmetanóis com HeI em alcoóis, formando ésteres do
ácido levulínico.
Furano 59
ROH, HCI•• RO~
O O
~ ffil
\+ H20, H,,,
RO" 1\ ~ ~
H~OÀ RO O
Sob condições similares, sistemas o-furíl vinilcarbonílicos (cetonas, ésteres, ácidos) também produzem cetoésteres.
Por exemplo, ácido o-furíl acrílico, facilmente acessível de 2-furaldeído pela reação de Knoevenagel com ácido
malônico, por descarboxilação produz o éster 3-oxoeptanodicarboxílico (clivagem de Marckwald).
ROH, HCI•• RO~COOH
OR
Esta transformação, que é formalmente um processo de redox interno, pode ser explicada por um mecanismo iônico
envolvendo uma adição de ROH, isomerização e abertura hidrolítica do anel.
SÍNTESE
Vários métodos de síntese de furanos, pirróis e tiofenos empregam uma reação de condensação catalisada por ácido
entre uma cetona e uma amina (N), uma fonte de oxigênio (O) ou de enxofre (S).
Síntese de iminas
A protonação do oxigênio torna a cetona mais ativa para sofrer o ataque nucleofílico da amina, e a perda de um próton
produz um intermediário neutro.
Uma segunda protonação, uma vez mais sobre o oxigênio, forma o intermediário carregado, o qual perde uma
molécula de água e um próton, formando a imina. Todos os passos do mecanismo da reação são reversíveis, mas
o equilíbrio pode ser deslocado através de uma destilação azeotrópica, empregando um sistema de destilação de
Dean-Stark.
Mecanismo de Formação de Imina
A preparação de compostos l,4-dicarbonílicos simétricos, empregados na síntese de furanos, pirróis e tiofenos, pode
ser efetuada a partir das reações entre um l3-cetoéster apropriado, uma base e iodo.
1) H<±l
••
o R
~ O
60 Furano
Reação
o o o o
JL JL EtO- ~
/'_X.'O~ .. • O~
R H EtOH R-
o o EtO
{x!_O~ •. *{ o
-I o R o
OEt
o o
12 JL JL
-I •. /' ~~. 'O~
R I
2) calor
Síntese de Paal-Knorr
A preparação de furanos pode ser realizada a partir de um composto 1,4-dicarbonílico, especialmente 1,4-dicetor.........
que, quando tratados com um ácido apropriado, ciclizam, pois já têm em sua estrutura todos os átomos de carbon
o heteroátomo (oxigênio) necessário para a reação de ciclização. Emprega-se meio reacional não aquoso para fav =
cer o deslocamento da reação em direção ao produto desejado. A presença de ácido para cata lisar a reação favor -
a formação do enol de uma das carbonilas, seguida de ciclização e perda de água. l,4-Dicetonas fornecem furanos l =
dissubstituídos.
Reação
catalisador ácido ~
ou agente desidratante--'--------..
C6HS O CH3
Mecanismo
,
I
I
+ H+!
I
I
L "-.----H+
R1= H, alquil, aril; R2,3= H, alquil, aril, CO2-alquil, CO2-aril; R4= H,
alquil, aril. Catalisador ácido: HCI, H2S04,PPA, p-TsOH, (COOH)2'
Arnberlyst" 15; Ácido de Lewis: ZnBr2' ZnCI2, BF3.Et20) Agente
desidratante: P205, Ac20.
Em um equilíbrio ácido-base, ácidos de Brõnsted e de Lewis são adicionados a um dos grupos carbonila de um
sistema 1,4-dicarbonílico, permitindo o ataque nucleofílico intramolecular pelo segundo grupo carbonílico e for-
mando o diidrofurano, seguido de j3-eliminação, que ocorre também via catálise básica.
Outras variantes da reação de Paal-Knorr são mostradas a seguir:
Furano 61
Variante
catalisador Pd +
cat. ácido
catalisador
ácido de Lewis
HO OH
1)~=--------'<2R R(isomerização/desidratação)
íntese de Feíst-Benary
Compostos a-halocarbonílicos reagem com [3-cetoésteres para produzir derivados do ácido 3-furóico por
cíclocondensação. Reações que formam produtos cíclicos a partir de materiais de partida de cadeia aberta pela eli-
.::linação de água, haletos de hídrogênío-ou outros compostos de baixa massa molecular são chamadas de
cíclocondensação, que é um método importante para sintetizar compostos heterocíclicos de cinco, seis ou mais
membros.
eação
x = CI, Br
Rl = H, alquil R2 = alquil
_Iecanismo
eR~ct2r:
R
1
-
o OH
OR4
3 2:8:RR transferênciaO X de próton1 ••R "O 0e
OR4
RJf:3O R2H30+R1-4
R O OH
O
diidrofuranol
isolável
_\ síntese de Feist-Benary requer a presença de uma base; por exemplo, NaZC03 aquoso. Ocorre como uma reação de
-:íltiplos passos que envolve, ao menos, dois intermediários, dos quais 3-hidróxi-2,3-diidrofuranos podem ser isolados
62 Furano
-----
o
~
em alguns casos. A formação deste intermediário resulta de uma condensação aldólica, e a subseqüente fo
diidrofurano ocorre a partir de uma substituição nucleofílica intramolecular.
Mecanismo de eliminação de água
OH O
~ + H-A - +
H-O-H + H-A
1,3-Dicetonas cíclicas também reagem com compostos o-halocarbonílícos, de acordo com a síntese de Feist-Berz;
Na reação do ~-cetoéster com uma o-halocetona, a possível competição entre C-alquilação (seguida pela reação ':i
tipo Paal-Knorr) e a condensação aldólica (seguida pela reação do tipo Feist-Benary) pode resultar na mistura de furaco
isoméricos. A regiosseletividade pode, algumas vezes, ser controlada pelas condições de reação, como, por exemplo. ::...
interação da cloro acetona com o éster acetoacético, levando a ácidos 3-furóicos.
EtONa
EtOH, Nal ••
-HCI
C~o+ot02EtNaOH
O60
~Et
O O
etil 2,5-dimetil-3-furoato
__ ..••'lr-{C02Et
-HCI, ZO~
-H20
etil 2,4-dimetil-3-furoato
TRANSFORMAÇÃO DE OXAZÓIS PELA REAÇÃO DE DIELS-ALDER
Uma síntese de furanos que não pode ser facilmente deduzida de considerações retrossintéticas é a reação de Diels-
Alder de oxazóis com alquinos ativados. Por exemplo, 4-metiloxazol reage com dimetil acetilenodicarboxilato, formando
o és ter furano 3,4-dicarboxílico via um aduto não isolável.
Furano 63
°primeiro passo é uma cidoadição [4+2) e o segundo uma cidorreversão [4+2).°fato de esta cidorreversão não ser
uma retrorreação do primeiro passo é devido à formação da acetonitrila, substância termodinamicamente mais estável
que os dienos e dienófilo (materiais de partida).
Reações
° furano participa de reações com reagentes eletrofílicos, freqüentemente com substituição. Porém, pode também
reagir por adição e/ou abertura de anel, dependendo do reagente e das condições de reação.
Substituição eletrofílica
°furano sofre reação de substituição aproximadamente 103 vezes mais rápida que o benzeno em condições similares.
As razões para isto são:
a energia de ressonância do furano é menor que a do benzeno;
o anel furânico tem excesso de elétrons TI, enquanto no benzeno a densidade de elétrons TI é um para cada átomo
do anel.
As reações de substituição eletrofílica do furano, similares àquelas do benzeno, ocorrem por um mecanismo de adi-
ção/eliminação.
Hf!sE
O
I
~E
/(ci')<H
O E
11
complexo TI
complexo s
A substituição é regiosseletiva para a posição a e, quando estas posições estão ocupadas, a posição !3é substituída.
A cloração do furano a -40 °e produz 2-dorofurano e 2,5-didorofurano; a bromação com o complexo Br.-dioxano
a -5 °e forma 2-bromofurano. Por sua vez, a nitração é mais bem conduzida com ácido nítrico fumegante em anidrido
acético entre -20 "C e -10 "C, produzindo 2-nitrofurano. Os complexos píndína-SO, ou dioxano-SO, convertem
furano no ácido 2-furano sulfônico e consecutivamente no ácido 2,5-furano dissulfônico. Alquilação e acilação tam-
oém são possíveis.
02Nf)
r HNOjAc,O t».
O el2 o c:•. +
0
1
-40 °ee no c:
SOipiridina ~nA
BrJ)
E0S03
O + n-BuLio + n-BuH
64 Furano
A ação do doreto de mercúrio (Il) e acetato de sódio em etanol aquoso conduz à mercuriação do furano.
Q
Metalação
n-Butilítio em hexano metal a o furano na posição 2, enquanto o excesso do reagente a altas temperaturas prod
2,5-dilítio furano. Esta é principalmente uma reação ácido-base, sendo o furano desprotonado pela base forte
butilítio.
Reações de adição
o furano é transformado no correspondente tetraidrofurano por hidrogenação catalítica.
Em algumas reações de adição, os fura nos comportam-se como os 1,3-dienos. Por exemplo, os furanos reagem c
bromo em metanol na presença de acetato de potássio, formando 2,5-dimetóxi-2,5-diidrofurano por adição 1,4-.
~Br-Br -HBr
+ MeaH .c:•-HBr Mea O aMe
A analogia da reatividade do fura no com a do butadieno é realça da pelo fato de o furano participar da reação de Diels
Alder com dienófilos, tal como o anidrido maleico.
a cQo 1 aduto endoCo a+ a
H aa ~o aduto exoc
2 H a
A reação é estereosseletiva. A regra endo de Alder aplica-se para a estereoquímica dos cícloadutos, assim, em acetonitrila
a 40°C, o aduto endo é formado 500 vezes mais rápido que o aduto exo. No entanto, com um tempo de reação mai
longo, a formação do produto torna-se sujeita ao controle cinético. O composto endo inicialmente formado é completa-
mente convertido via os adutos no composto exo.
A reação de Diels-Alder dos furanos tem sido estudada em detalhes com dienófilos acetilênicos, como o éster
acetilenodicarboxílico, formando adutos que são isomerizados por ácidos a fenóis. A hidrogenação seletiva, seguida de
uma cidorreversão [4+2], produz fura nos 3,4-dissubstituídos.
Furano 65
Existem reações que envolvem uma ligação '1T olefínica do furano. Por exemplo, furanos reagem com cetonas sob as
condições da reação de Paterno-Büchi, formando 2a,5a-diidro-2H-oxeto[2,3-blfuranos.
Reações de abertura do anel
Q + hv OiRO
Furanos são protonados na posição 2, e não no átomo de oxigênio, por ácidos de Brónsted.
.c-:
O
--.~ polímeros.•.
.•.
o ácido sulfúrico concentrado ou ácido perclórico induz à polimerização dos cátions, enquanto ácidos diluídos, por
exemplo, ácido perclórico em DMSO aquoso, via hidrólise, produz compostos 1,4-dicarbonílicos. O ataque nucleofílico
pela água ocorre na posição 3 do furano protonado. Finalmente, em uma versão da síntese de Paal-Knorr, 2-hidróxi-2,3-
iidrofurano forma compostos 1,4-dicarbonílicos e hexano-2,5-dionas.
\