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Reações OrgânicasReações Orgânicas
Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica II
Prof. Nunes
Reações OrgânicasReações Orgânicas
Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.nunes.ufc@gmail.com
A química orgânica pode ser subdividida em duas partes:
Reações OrgânicasReações Orgânicas
EstruturalEstudam-se as funções orgânicas e suas
características estruturais.
ReacionalEstudam-se os tipos de reações que elas
sofrem.
ValiumValium
Valium - IndicaçõesValium - Indicações
� Tratamento da convulsões.
� Espasmos musculares.
� Insônia.
� Antes de alguns procedimentos clínicos ou exames, como a
endoscopia e tomografia, para reduzir ansiedade no paciente.
� Antes de procedimentos cirúrgicos, para induzir amnésia
anterógrada.
ValiumValium
DiazepamDiazepam
Como podemos sintetizar?
Síntese - DiazepamSíntese - Diazepam
TaxolTaxol
� Tratamento câncer de ovário, mama e Sarcoma de Kaposi.
� Elucidação da estrutura em 1971.
� Descoberto em 1967.
� Isolado da casca do Teixo do Pacífico (Taxus brevifolia).
Taxus brevifolia
TaxolTaxol
� O tratamento de um único paciente requer o corte e
processamento de seis árvores de 100 anos.
� Síntese total: 1994
� Semi-síntese: a partir do 10 deacetilbacatin III (Taxus baccata):
Taxus baccata
Leitura ComplementarLeitura Complementar
http://www.quimica.ufc.br/nunes
Relação Estrutura-AtividadeRelação Estrutura-Atividade
� Base da Química Medicinal
AcO O OH
H
O
OH
OAcO
ON
H
OH OH
O
Relação Estrutura-AtividadeRelação Estrutura-Atividade
� Base da Química Medicinal
AcO O OHOgrupo N-acila
requerido
grupo acetila ou acetoxilapodem ser removidossem significante perda
de atividade
redução da carbonilamelhora levemente
a atividade hidroxila pode ser esterificada, epimerizada
ou removida sem significante perda
de atividade
2'3' 132
10 97
4O
H
OAcO
ON
H
OH OH
O
grupo fenilaou análogo próximo
requerido
grupo 2'-hidroxilaou éster hidrolisável
requerido
remoção do grupo1-hidroxila reduz
a atividade levemente
anel oxietano ou anel pequeno análogo
é requerido para atividade
remoção do grupo acetatoreduz a atividade; alguns
análogos acila têmatividade melhorada
grupo aciloxila é essencial;benzoilas substituídas
e outros grupos acilas melhorama atividade
Reações de
Adição Adição
à
Alcenos
Alcenos são hidrocarbonetos que contêm uma dupla ligação C=C.
Esta ligação dupla confere aos alcenos uma estrutura planar com
uma densidade rica de elétrons acima e abaixo do plano.
Sendo assim, os alcenos são altamente reativos com espécies que
têm deficiência de elétrons, os eletrófilos.
Estrutura de AlcenosEstrutura de Alcenos
têm deficiência de elétrons, os eletrófilos.
A reação característica de compostos com duplas ligações C=C é
uma reação de adição eletrofílica, onde uma ligação pi é quebrada
com a formação de duas ligações sigma.
A B+
A B
Reações de AdiçãoReações de Adição
Tratam-se, portanto, de reações exotérmicas (∆∆∆∆H<0) que favorecem a
espontaneidade da reação.
Com relação à entropia da reação, temos que ∆∆∆∆S<O, uma vez que 2
moléculas formarão apenas uma, diminuindo a desordem do
sistema.
+
Como veremos nesta unidade, diversos grupos podem ser
adicionados à dupla ligação, levando à obtenção de muitos grupos
funcionais. Este fato torna os alcenos importantes ferramentas
sintéticas.
Reações de AdiçãoReações de Adição
A B+
A B
A B
H H
H X
H OH
H OSO3H
X X
A B+
� Hidrogenação é a adição de hidrogênio (H2) a uma múltipla
ligação.
� Alcenos reagem com H2, na presença de metais finamente
divididos (Pd, Pt, Rh), para originarem alcanos, através da adição
de H2 às duplas ligações.
Hidrogenação de AlcenosHidrogenação de Alcenos
� As ligações nos produtos são mais fortes que as ligações no
reagentes:
� 2 ligações sigmas são formadas
� 1 ligação ππππ é quebrada
H2C C
H
H
H
H
C
H
H C
H
H
H
Hcatalisador
∆∆∆∆H = -136 KJ/mol
A respeito das hidrogenações, sabe-se que:
� A hidrogenação “não-catalisada” é um processo muito lento.
� A velocidade é dramaticamente aumentada quando realizada na
presença de catalisadores metálicos finamente divididos.
Hidrogenação de AlcenosHidrogenação de Alcenos
� A hidrogenação catalítica é rápida e normalmente realizada a t.a.
A respeito das hidrogenações, sabe-se que:
� Altos rendimentos são normalmente obtidos.
� Solventes são normalmente escolhidos com base em suas
capacidades de dissolver o alceno, tipicamente são: etanol,
Hidrogenação de AlcenosHidrogenação de Alcenos
capacidades de dissolver o alceno, tipicamente são: etanol,
hexano e ácido acético.
Uma descrição mecanística que mostra o papel do catalisador
metálico é visto no esquema abaixo.
Adição do H2 ao metal
Hidrogenação - MecanismoHidrogenação - Mecanismo
Superfície docatalisador
liberação do alcano
Regeneração do catalisador transf. do segundo H
transf. do primeiro H
Volhardt, P.C., Organic Chemistry: Structures & Function, 3rd Ed., 1999.
Adição do H2 ao metal
Hidrogenação - MecanismoHidrogenação - Mecanismo
Alceno reage com o metal
Liberação do alcano
Regeneração do catalisador
Transferência do primeiro H Transferência do segundo H
Hidrogenação - MecanismoHidrogenação - Mecanismo
Calores de hidrogenação têm sido usados para comparar as
estabilidades relativas de alcenos.
Calores de HidrogenaçãoCalores de Hidrogenação
mais estávelmais estável
Calores de hidrogenação podem
ser usados para “estimar” a
estabilidade de duplas ligações em
alcenos.
Calores de HidrogenaçãoCalores de Hidrogenação
Quando dois átomos ou grupos se adicionam à mesma face de uma
dupla ligação, o processo é referido como sendo uma adição syn.
Hidrogenação - EstereoquímicaHidrogenação - Estereoquímica
Quando dois átomos ou grupos se adicionam à faces opostas de
uma dupla ligação, o processo é referido como sendo uma adição
anti.
No modelo de hidrogenação descrito anteriormente, os átomos de
hidrogênio são transferidos da superfície do metal para o alceno.
Embora os dois hidrogênios não sejam transferidos
simultaneamente, há uma tendência pronunciada deles se
adicionarem à mesma face da dupla ligação (adição syn).
Hidrogenação - EstereoquímicaHidrogenação - Estereoquímica
adicionarem à mesma face da dupla ligação (adição syn).
H2
Pt
CO2CH3
CO2CH3
CO2CH3
CO2CH3
H
H(100%)
Um segundo aspecto estereoquímico da hidrogenação de alcenos
diz respeito à sua estereoseletividade.
A reação que parte de um substrato que pode originar dois ou mais
produtos estereoisoméricos, mas um deles é obtido exclusivamente
ou em maior quantidade, é dita estereoseletiva.
Hidrogenação - EstereoseletividadeHidrogenação - Estereoseletividade
ou em maior quantidade, é dita estereoseletiva.
A estereoquímica desta reação é governada pela maneira com que o
alceno se aproxima da superfície do catalisador.
Hidrogenação - EstereoseletividadeHidrogenação - Estereoseletividade
As duas metilas na cabeça de ponte impedem que a face superior
do alceno se aproxime do metal, impedindo a formação do último
composto.
Hidrogenação - EstereoseletividadeHidrogenação - Estereoseletividade
� Em um grande número de reações de adição, o reagente que ataca
o alceno é polar ou facilmente polarizável.
� Os haletos de alquila, os quais são polarizados, estão entre as
substâncias mais simples que se adicionam aos alcenos.
Adição Eletrofílica de HX a AlcenosAdição Eletrofílica de HX a Alcenos
� A adiçãoadição ocorreocorre rapidamenterapidamente em uma variedade de solventes.
� A ordemordem dede reatividadereatividade dosdos haletoshaletos de alquila reflete suas
habilidades de doar o próton.
Adição Eletrofílica de HX a AlcenosAdição Eletrofílica de HX a Alcenos
habilidades de doar o próton.
� Reação de adição mais lentaReação de adição mais lenta
�� Menos Menos acídicoacídico
� Reação de adição mais rápidaReação de adição mais rápida
�� Mais Mais acídicoacídico
HF HCl HBr HI
Ordem crescente de reatividade
<< < <
NaNa primeiraprimeira etapaetapa, o par de elétrons da ligação dupla ataca o eletrófilo,
levando à formação de uma carbocátion.
Mecanismo Geral
Adição Eletrofílica de HX a AlcenosAdição Eletrofílica de HX a Alcenos
AA seguirseguir, o carbocátion sofre o ataque do nucleófilo, recebendo seus elétrons
e formando a segunda ligação sigma.
Adição Eletrofílica de HX a AlcenosAdição Eletrofílica de HX a Alcenos
A adiçãoadição dede HXHX a um alceno assimétrico pode ocorrer,
conceitualmente, de duas maneiras diferentes:
CH CHCH
HX
Regiosseletividade x Reações de AdiçãoRegiosseletividade x Reações de Adição
C C
H
H
CH3
X
H
H
CH2 CHCH3
O hidrogênio podepode sese adicionaradicionar nos carbonos 11 ou 22.
Todavia, na prática, apenasapenas umum produtoproduto éé usualmenteusualmente obtidoobtido.
H XC C
H
X
CH3
H
H
H
A análise de muitos exemplos semelhantes ao
anterior, levou o químico russo Vladimir
Markovnikov, em 1870, a formular a “RegraRegra dede
MarkovnikovMarkovnikov”.
Na adição de HX a um alceno, o átomo de
Regiosseletividade x Reações de AdiçãoRegiosseletividade x Reações de Adição
Na adição de HX a um alceno, o átomo de
hidrogênio se ligará ao carbono da dupla mais
hidrogenado.
CH2 CHCH3
HX
C C
H
H
CH3
X
H
H
H XC C
H
X
CH3
H
H
H (majoritário)
Na adição de HX a um alceno, o átomo de hidrogênio se ligará ao
carbono da dupla mais hidrogenado.
Regiosseletividade x Reações de AdiçãoRegiosseletividade x Reações de Adição
H+ C C
H
HR
+ Br - C C
H
HR
Br
O entendimento deste comportamento (Regra) pode ser obtido
quando analisamos as estruturas dos carbocátions formados nos
dois possíveis caminhos:
Regiosseletividade x Reações de AdiçãoRegiosseletividade x Reações de Adição
C1
C CH
H
R
R
H C C H
RH
C C HR
R H
mais estável
menos estável
majoritário
minoritário
12
H+ C CH
H
R
R
H
+ Br - C C
Br
HR
H H
R
C2
Se o alceno que sofre a adição do haleto de hidrogênio for um
alceno assimétrico, aa etapaetapa 11 podepode levarlevar aa doisdois carbocátionscarbocátions
diferentesdiferentes:
C C
H
HR
+ C CH
H
R
R+
Regiosseletividade – Explicação TeóricaRegiosseletividade – Explicação Teórica
O terciárioterciário, porpor serser maismais estávelestável, teráterá umauma menormenor energiaenergia e,e,
conseqüentementeconseqüentemente,, aa energiaenergia dodo estadoestado dede transiçãotransição dada etapaetapa dede
suasua formaçãoformação (a determinante da velocidade da reação) seráserá menormenor,
favorecendo a formação do produto majoritário a partir deste
carbocátion.
RH
HH
terciário prim ário
Na adiçãoadição iônicaiônica de um reagente assimétrico a uma dupla ligação, a
parte positiva do reagente se ligará ao átomo de carbono da dupla
ligação de modo a formar, como intermediário, o carbocátion mais
estável.
HR
Regra de Markovnikov – Enunciado ModernoRegra de Markovnikov – Enunciado Moderno
C CH
H
R
R
H+
H+
C C HR
RH
+
C CH
H
R
R
H
+
mais estável
Regiosseletividade – Explicação TeóricaRegiosseletividade – Explicação Teórica
Em todo mecanismo que propõe a formaçãoformação dede carbocátionscarbocátions, devedeve--
sese levarlevar emem consideraçãoconsideração aa possibilidadepossibilidade dodo rearranjo de um
carbocátion menos estável para ser transformar em um outro mais
estável.
HH HH CH HH CH
Rearranjos de CarbocátionsRearranjos de Carbocátions
C C
H
C
H
H
CH3
CH3
H
H Cl
0 oCC C
H
C
H
H CH3
CH3
HH Cl
+ C C
H
C
H
H CH3
CH3
ClH H
C C
H
C
H
H CH3
CH3
HH+
C C
H
C
H
H CH3
CH3
H H+
H Cl
40% 60%
Rearranjos de CarbocátionsRearranjos de Carbocátions
C C
H
C
H
H
CH3
CH3
H
H Cl
0 oCC C
H
C
H
H CH3
CH3
HH Cl
+ C C
H
C
H
H CH3
CH3
ClH H
C C
H
C
H
H CH3
CH3
C C
H
C
H
H CH3
CH3
+
H Cl40% 60%
No exemplo anterior, ocorreu inicialmente a formação de um
carbocátion secundário que levou à formação do produto à
esquerda, o minoritário.
No entanto, a migração do íon hidreto do carbono vizinho para o
carbocátion, gerou um carbocátion terciário mais estável que, por
sua vez, levou à formação do produto à da direita, o majoritário.
C C CH CH3
HH+
C C CH CH3
H H+
Rearranjos de CarbocátionsRearranjos de Carbocátions
Sugira mecanismos que expliquem as seguintes observações:
a) A adição de cloreto de hidrogênio ao 3-metil-1-buteno leva a dois
produtos: o 2-cloro-3-metil-butano e o 2-cloro-2-metil-butano.
Rearranjos de Carbocátions - ExercíciosRearranjos de Carbocátions - Exercícios
b) A adição de cloreto de hidrogênio ao 3,3-dimetil-1-buteno leva a
dois produtos: o 3-cloro-2,2-dimetil-butano e o 2-cloro-2,3-dimetil-
butano.
Por um longo tempo, as reações de HBr com alcenos
eram imprevisíveis. Algumas vezes ocorriam
segundo a regra de Markovnikov, mas em outras
vezes, levava ao produto da adição anti-Markovnikov.
Em 1929, Morris S. Kharasch (Univ. de Chicago)
realizou uma investigação sistemática. Ele descobriu
Adição de HBr (via radicalar) a AlcenosAdição de HBr (via radicalar) a Alcenos
realizou uma investigação sistemática. Ele descobriu
que a adição anti-Markovnikov era promovida quando
peróxidos (ROOR) estavam presentes na mistura da
reação.
Purificando o 1-buteno, sempre o produto era
formado de acordo com a regra de Markovnikov.
Adição de HBr (via radicalar) a AlcenosAdição de HBr (via radicalar) a Alcenos
Adição: Markovnikov
Adição: anti-Markovnikov
Adição Anti-Markovnikov - MecanismoAdição Anti-Markovnikov - Mecanismo
Adição Anti-Markovnikov - MecanismoAdição Anti-Markovnikov - Mecanismo
Considere a seguinte reação:
HX
H
X CH2CH3
CH H
*2
1
H
H
H
CH3CH2
12
Adição de HX - EstereoquímicaAdição de HX - Estereoquímica
O produto apresenta um centro quiral (C2). Sendo assim, ele poderá
ocorrer como uma mistura racêmica ou como um enantiômero em
maior quantidade (excesso enantiomérico).
O que ocorrerá de fato?
H1
A resposta pode ser encontrada quando analisamos o mecanismo
da reação:
H
H
H
CH3CH2 -X
Et
CH3
X
H
(S) - 2-halobutano (50%EtH
CH2
H Mistura racêmica
Adição de HX - EstereoquímicaAdição de HX - Estereoquímica
Como o geometria do carbocátion é trigonal plana, existem duas
faces igualmente disponíveis para o ataque do nucleófilo, fato este
que leva à formação de uma mistura racêmica.
H X
EtCH3
X
H
(R) - 2-halobutano (50%
H
carbocátion
Mistura racêmica
Além dos haletos de hidrogênio, outros ácidos também se
adicionam aos alcenos. Ácido sulfúrico concentrado frio (H2SO4),
por exemplo, reage com determinados alcenos para formar sulfatos
ácidos de alquila.
Reações de Adição de H2SO4Reações de Adição de H2SO4
C C S
O
O
OOH H C+ C
H
S
O
O
O-O H
C
H
C
OSO3H
alceno ácido sulfúrico carbocátion íon hidrogenosulfato
sulfato ácidode alquila
A reação é regioseletiva, seguindo a Regra de Markovnikov.
Um fato interessante acerca da adição de H2SO4 a alcenos é que o
sulfato ácido de alquila formado pode ser transformado em álcool
quando refluxado (calor) em H2O.
Reações de Adição de H2SO4Reações de Adição de H2SO4
H
H
H
CH3
H2SO4 frioCH3 C
H
OSO3H
CH3
HOH, calor
CH3 C
H
OH
CH3 + H2SO4
Outro método pelo qual alcenos podem ser convertidos em álcoois é
através da adição de água (hidratação) à dupla ligação, sob
condições de catálise ácida.
C C
H R
C
H
H C
OH
RHOH
Reações de Adição de H2OReações de Adição de H2O
Diferentemente da adição de H2SO4, esta reação é conduzida em
meio ácido diluído.
As reações de hidratação seguem a Regra de Markovnikov e,
portanto, não possibilitam a formação de álcoois primários.
C C
H R
CH
H
C
R
RH+
As reações de hidratação seguem a Regra de Markovnikov e,
portanto, não possibilitam a formação de álcoois primários.
Reações de Adição de H2OReações de Adição de H2O
C C
H3C
H3C H
HC
H3C
H3C
C
H
H
HO
H
H
H
+O
H
H..
O H
H H..OH
H+
+Etapa 01
Etapa 02
Mecanismo da HidrataçãoMecanismo da Hidratação
C
O
H3C
CH3
C
H
H
HH
C
H3C
H3C
C
H
H
H
+
+
C
O
H3C
CH3
C
H
H
H
H HO
H
H..
+O
H
H
HC
O
H3C
CH3
C
H
H
H
H
+
Etapa 02
Etapa 03
Mecanismo da HidrataçãoMecanismo da Hidratação
A sugestão de que a formação do carbocátion seja a etapa
determinante da velocidade da reação está de acordo com as
observações experimentais.
Reações de Adição de H2OReações de Adição de H2O
As velocidades de hidratação de dois alcenos mostram-se diferir por
um fator maior que 7000 a 25oC. Qual o isômero mais reativo? Por
quê?
Reações de Adição de H2O - ExercícioReações de Adição de H2O - Exercício
Vimos que a hidratação de alcenos, catalisada por ácidos, adiciona
os elementos da H2O aos alcenos com regioseletividade segundo a
Regra de Markovnikov.
Todavia, às vezes, necessitamos de um álcool tendo a estrutura que
corresponde à hidratação de um alceno com regioseletividade
Hidroboração-Oxidação de AlcenosHidroboração-Oxidação de Alcenos
corresponde à hidratação de um alceno com regioseletividade
oposta àquela determinada pela Regra de Markovnikov, como o
exemplo abaixo.
Como proceder nestes casos?
H
CH3
H
CH3
OH
H
H2O
Através de uma reação denominada
hidroboração (oxidação) é possível obter
álcoois com regioquímica oposta daqueles
obtidos a partir da hidratação de alcenos (Regra
de Markovnikov).
Hidroboração-Oxidação de AlcenosHidroboração-Oxidação de Alcenos
Tal procedimento foi descoberto pelo Prof.
Herbert C. Brown, Perdue University, lhe
garantindo o prêmio Nobel em 1979.(1912-2004)
Hidroboração é uma reação na qual um hidreto de boro (BH3), adiciona-se a
uma dupla ligação, criando-se duas novas ligações: 1 C-B e 1 C-H
(organoborano).
Após a hidroboração, o organoborano é oxidado através de seu tratamento
Hidroboração-Oxidação de AlcenosHidroboração-Oxidação de Alcenos
Após a hidroboração, o organoborano é oxidado através de seu tratamento
com peróxido de hidrogênio (H2O2) em solução aquosa básica, gerando
álcool.
Hidroboração-Oxidação de AlcenosHidroboração-Oxidação de Alcenos
Nas hidroboração-oxidação, as reações levam à adição syn dos
elementos da água à dupla ligação.
Hidroboração-Oxidação: EstereoquímicaHidroboração-Oxidação: Estereoquímica
Hidroboração: MecanismoHidroboração: Mecanismo
Hidroboração: MecanismoHidroboração: Mecanismo
Hidroboração: MecanismoHidroboração: Mecanismo
Oxidação: MecanismoOxidação: Mecanismo
Oxidação: MecanismoOxidação: Mecanismo
Oxidação: MecanismoOxidação: Mecanismo
Hidroboração-Oxidação: MecanismoHidroboração-Oxidação: Mecanismo
Enquanto os alcanos são inertes frente ao bromo, os alcenos
reagem prontamente. O bromo (colorido) adiciona-se rapidamente às
duplas ligações, “descolorindo-se”.
Br Br+no escuro, CCl
4
t.a.
Br Br
Reações de Adição de X2Reações de Adição de X2
Tal comportamento faz com esta reação seja utilizada como teste
servindo de caracterização de duplas ligações em compostos
orgânicos.
hexano hexenocoloraçãopermanece descolore
Teste de Alcenos com Br2Teste de Alcenos com Br2
Os produtos destas reações são chamados de dialetos vicinais.
Quando o halogênio é o Cl2 ou o Br2, a adição ocorre rapidamente à
tempertura ambiente, em uma variedade de solventes, incluindo
ácido acético, CCl4, CHCl3 e CH2Cl2.
Reações de Adição de X2Reações de Adição de X2
Quando o ciclenos reagem com o bromo, em CCl4, ocorre uma
adição anti, onde um bromo fica acima do plano e outro abaixo.
Adição de X2 - EstereoquímicaAdição de X2 - Estereoquímica
A adição anti é sempre verificada nas adições de halogênios a
alcenos, sugerindo o seguinte mecanismo em duas etapas:
C C
..
C C
Br ::
+ Br -
Adição de X2 - MecanismoAdição de X2 - Mecanismo
Br
Br
..::
: :..
δδδδ++++
δδδδ−−−−
Br ::+
íon brom ônio
:: ..
-Br
C
Br
C
Br
C C
Br ::+
íon bromônio
Adição de X2 - MecanismoAdição de X2 - Mecanismo
� Outra observação experimental consistente com o mecanismo proposto é
o efeito de substituintes sobre a velocidade da reação.
� Os dados mostram que substituintes alquila na ligação dupla carbono-
carbono aumentam a velocidade da reação. Tais grupos “liberam”
elétrons e estabilizam o estado de transição que leva ao íon bromônio.
Adição de X2 - MecanismoAdição de X2 - Mecanismo
A adição anti de um halogênio a um alceno nos proporciona um
exemplo do que se chama reação estereoespecífica.
Trata-se de um reação onde um dado estereoisômero (reagente)
reage de modo a formar um estereoisômero específico como
produto.
Adição de X2 - EstereoespecificidadeAdição de X2 - Estereoespecificidade
produto.
Por exemplo, o isômero (E) leva à formação do isômero (S,R).
H CH3
H3C HBr2, CCl4
H
CH3
H3C
H
Br
Br(S)
(R)
(E)
Por exemplo, o isômero (E) leva à formação do isômero (S,R).
- CH
Adição de X2 - EstereoespecificidadeAdição de X2 - Estereoespecificidade
H CH3
H3C HBr2, CCl4
H
CH3
H3C
H
Br
Br(S)
(R)
(E)
CH3H
CH3 H
Br
Br..
::
: :..
Br-
CH3H
CH3 H
Br: .. +
íon bromônio quiral
Br
Br CH3
HH
H3C
(2R,3S) - 2,3-Dibronobutan
Br
BrH
CH3
H3C
H
(2R,3S) - 2,3-Dibronobutano
meso
Já o o isômero (Z) leva à formação da mistura racêmica (R,R) e (S,S).
Adição de X2 - EstereoespecificidadeAdição de X2 - Estereoespecificidade
H 3C CH 3
H HBr2, CCl4
H 3C
CH 3
H
H
Br
Br(R)
(R)+ H 3C
CH 3
H
H
Br
Br
(S)
(S)
(Z)
Ou seja, cada isômero de partida leva à obtenção de um
estereoisômero específico, daí o nome reação estereoespecífica.
Br H
Adição de X2 - EstereoespecificidadeAdição de X2 - Estereoespecificidade
H 3C CH 3
H HBr2, CCl4
H 3C
CH 3
H
H
Br
Br(R)
(R)+ H 3C
CH 3
H
H
Br
Br
(S)
(S)
(Z)
cisHH
CH3CH3
Br
Br..
::
: :..
Br-
Br
Br H
HCH3
H3C
(2R,3R) - 2,3-Dibronobutan
Br
BrH
HH3C
CH3
(2S,3S) - 2,3-Dibronobutan
íon bromônio aquiral
HH
CH3 CH3
Br: .. + enantiômeros
Em solução aquosa, cloro, bromo e iodo reagem com alcenos para
formar compostos conhecidos como haloidrinas vicinais, as quais
têm um halogênio e um grupo hidroxila em carbonos adjacentes
Formação de HaloidrinasFormação de Haloidrinas
Observa-se a ocorrência da adição anti. O halogênio e o grupo
hidroxila adicionam-se às faces opostas da dupla ligação.
Formação de HaloidrinasFormação de Haloidrinas
O mecanismo de formação da haloidrina é semelhante ao da
bromação de alcenos.
Na primeira etapa, ocorre a formação do íon bromônio e, na segunda
etapa, a H2O (nucleófilo em maior quantidade no meio) ataca o íon
bromônio, promovendo uma adição anti da hidroxila em relação ao
MecanismoMecanismo
bromo.
haloidrina
íon bromônio
Formação de HaloidrinasFormação de Haloidrinas
A regiosseletividade da adição é estabelecida quando a água ataca um dos
carbonos do íon halônio.
Mecanismo - RegiosseletividadeMecanismo - Regiosseletividade
Se o alceno for assimétrico, o halogênio ligar-se-á ao átomo de carbono
mais hidrogenado, uma vez que o átomo de carbono mais substituído levará
à formação de um carbocátion mais estável.
Já vimos que o íons halônios (intermediários cíclicos de três
membros) são formados quando fontes de halogênio eletrofílico
ataca a dupla ligação.
Da mesma forma, anéis de três membros são formados pela reação
Epoxidação de AlcenosEpoxidação de Alcenos
de alcenos com fontes de oxigênio eletrofílico. São os chamados
epóxidos.
C C
HH
H
H
O
C C
HCH3
H
H
O
óxido de etileno óxido de propileno
Transformações de grupos funcionais de epóxidos estão entre as
reações fundamentais da química orgânica, e epóxidos são
produtos naturais comuns.
A mariposa cigana fêmea, por exemplo, atrai os machos, emitindo
um epóxido conhecido como “disparlure”.
Epoxidação de AlcenosEpoxidação de Alcenos
Ao detectar a presença deste feromônio, o macho segue o cheiro de
sua origem e acasala com a fêmea.
Os epóxidos são facilmente preparados a partir da reação entre
alcenos e peroxiácidos, num processo denominado de epoxidação.
O ácido peroxiacético é normalmente utilizado em ácido acético
como solvente, mas as reações de epoxidação toleram uma
variedade de solventes, e freqüentemente são realizadas em
Epoxidação de AlcenosEpoxidação de Alcenos
clorofórmio e diclorometano.
C C
O
C C + R
O
OO
H R
O
OH+
alceno peroxi ácido epóxido ácido carboxílico
Exemplos de epoxidação são:
Epoxidação de AlcenosEpoxidação de Alcenos
C C
(CH2)9CH3
H
H
H
O
+ H3C
O
OO
HC C
(CH2)9CH3
H
H
H
H3C
O
OH+
1-dodeceno ácido peroxi acético 1,2-epóxidododecano ácido acético(52%)
ácido peroxi acético
H3C
O
OO
H+
O
ácido acético
+H3C
O
OH
cicloocteno 1,2-epoxiciclooctano (86%)
A epoxidação de alcenos com peroxiácidos é caracterizada por uma
adição syn do oxigênio à dupla ligação.
Substituintes que são cis no alceno, um em relação ao outro,
continuam cis no epóxido; e substituintes que são trans no alceno
continuam trans no epóxido.
Epoxidação de Alcenos - Adição SynEpoxidação de Alcenos - Adição Syn
continuam trans no epóxido.
R R
H H
R R
HH
O
H R
R H
H RR H
OO
OO
H
O
OO
H+
+
Analisando os dados da tabela abaixo, conclui-se que a presença de
grupos alquilas (doadores de elétrons) na dupla ligação aumenta a
velocidade da epoxidação.
Epoxidação de Alcenos – Veloc. RelativasEpoxidação de Alcenos – Veloc. Relativas
Isto sugere que o peroxiácido atua como um eletrófilo frente ao
alceno.
Acredita-se que o mecanismo da epoxidação do alceno seja um
mecanismo concertado como mostrado abaixo:
Epoxidação de Alcenos – MecanismoEpoxidação de Alcenos – Mecanismo
Por este mecanismo, fica fácil verificar que a formação das duas
novas ligações C-O ocorrem na mesma face do alceno.
Epoxidação de Alcenos – MecanismoEpoxidação de Alcenos – Mecanismo
O ozônio (O3) é uma forma triatômica do oxigênio. Pode ser
representada como uma combinação de suas duas estruturas de
Lewis mais estáveis:
Oxidação de Alcenos – OzonóliseOxidação de Alcenos – Ozonólise
OO
O-: :.. : ..
..
+ OO
-O: ..+
..
:: ..
Trata-se de uma molécula neutra, mas polar. Características que o
torna um poderoso eletrófilo.
.. .. ....
Alcenos reagem com O3 para produzirem um ozonídeo primário que
se rearranja em um ozonídeo.
Tal ozonídeo, na presença de um agente redutor, leva à formação de
produtos através da clivagem da ligação C=C.
Oxidação de Alcenos – OzonóliseOxidação de Alcenos – Ozonólise
..
OO
O-: :.. : ..
..
+CH3CH2CH CH2
O CH2CH3CH2CH O
CH3CH2CH CH2
OO
O
CH3CH2CH CH2
O O
OZn/H2O
ozonídeo
ozonídeo primário
Ozonólise – MecanismoOzonólise – Mecanismo
CH3CH2CH CH2 CH3CH2CH CH2
OO
O
ozonídeo primário
-OO
O+:
CH3CH2CH
OO-
CH2
O+
O CH2CH3CH2CH OCH3CH2CH CH2
O O
OZn/H2O
ozonídeo
CH3CH2CH
OO-
CH2
O
+
Oxidação de Alcenos – OzonóliseOxidação de Alcenos – Ozonólise
1) O3O H
O método é utilizado para identificar fragmentos. Através destes, é
possível localizar a posição de uma dupla ligação em um alceno de
estrutura desconhecida.
2) Zn/H2OO
O H
H
2) Zn/H2O
1) O3
OO
COOH2) H2O2-ácido acético
1) O3
O
OH OCOOH
OH
KMnO4 e OsO4 reagem com alcenos para produzirem glicóis (1,2-
diois)
Oxidação de Alcenos – Hidroxilação SynOxidação de Alcenos – Hidroxilação Syn
MnO4-
frio
-
H2O
OH-frioO
MnO
HO OH
OH-
HO OH
cis-1,2-ciclopentadiol(meso)
Oxidação de Alcenos – Hidroxilação SynOxidação de Alcenos – Hidroxilação Syn
MnO4-
frioO
MnO
HO OH
-
H2O
OH-
HO OH
cis-1,2-ciclopentadiol(meso)
Soluções quentes de KMnO4 levam à clivagem de alcenos e à
obtenção de ácidos carboxílicos.
Oxidação de Alcenos – Clivagem OxidativaOxidação de Alcenos – Clivagem Oxidativa
KMnO4
quenteOH- O
-O
O
-O
O
HO
O
HOH+
Outro exemplo:
-O HO
KMnO4
quenteOH - O
O-O
O
O
HOH+
Um tipo particular de reação de adição
conjugada ganhou o Prêmio Nobel de Química
por Otto Diels e Kurt Alder da Universidade de
Kiel (Alemanha) em 1950.
A reação Diels-Alder reação é a adição
conjugada de um alceno a um dieno.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
Diels Alderconjugada de um alceno a um dieno.
Usando o 1,3-butadieno como um dienófilo, a reação de Diels-Alder pode ser
representado pela equação geral:
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
A cicloadição Diels-Alder é um exemplo de uma classe chamada reações
pericíclicas.
Uma reação pericíclica é uma reação de uma etapa que procede através de
um estado de transição cíclico. A formação da ligação ocorre em ambas
as extremidades do sistema de dieno, e o estado de transição envolve
um arranjo cíclico de seis carbonos e seis elétrons ππππ.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
A mais simples de todas as reações de Diels-Alder, cicloadição do eteno
como o 1,3-dieno, não procede prontamente. Ela tem uma alta energia de
ativação e, portanto, ocorre a uma baixa velocidade.
Entretanto, substituintes, tais como C=O ou C≡N, quando diretamente ligados
à dupla ligação do dienófilo, aumentam sua reatividade, e compostos deste
tipo dão adutos de Diels-Alder em altos rendimentos, a temperaturastipo dão adutos de Diels-Alder em altos rendimentos, a temperaturas
moderadas.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
O produto de uma cicloadição de Diels-Alder sempre contém um anel a
mais que estava presente nos reagentes.
O dienófilo anidrido maleico contém um anel, assim o produto da sua
adição a um dieno contém dois.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
A reação de Diels-Alder é estereoespecífica. Substituintes que são cis no
dienófilo permanecem cis no produto; substituintes que são trans no
dienófilo permanecem trans no produto.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
Dienos cíclicos levam à formação de adutos bicíclicos de Diels-Alder
com cabeça de ponte.
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
Reação de Diels-AlderReação de Diels-Alder
Reações de Adição
Alcinos
Alcinos são hidrocarbonetos caracterizados pela presença de uma
ligação tripla entre dois carbonos, ligações estas formadas pelos
compartilhamento de 6 pares de elétrons entre dois carbonos com
hibridação sp, garantindo à molécula uma estrutura linear.
Estrutura de AlcinosEstrutura de Alcinos
No início da década de 1980, a pesquisa dirigida para o isolamentode novas drogas derivadas a partir de fontes naturais identificouuma família de substâncias antibióticas inibidoras de tumor,caracterizada por novas estruturas contendo uma unidadeC≡C-C=C-C≡C, como parte de um anel de 9 ou anel de 10 membros.
Alcinos NaturaisAlcinos Naturais
Natural Análogo Sintetizado
Características Gerais dos HidrocarbonetosCaracterísticas Gerais dos Hidrocarbonetos
As ligações C-H em alcanos e alcenos apresentam uma tendência
muito pequena de se ionizarem.
Todavia, devido a maior eletronegatividade dos carbonos sp, os
alcinos são um pouco mais ácidos.
Reatividade de AlcinosReatividade de Alcinos
H C
H
H
C
H
H
H C C
H
H
H
H
C C HH
pKa ~26pKa ~45pKa ~62
Embora mais ácidos que os alcenos, são ainda muito mais fracos
que os álcoois, por exemplo. Somente diante de uma base muito
forte, como NH2- ou RO- , é que as bases conjugadas dos são
obtidas.
Reatividade de AlcinosReatividade de Alcinos
C C HH -NH2 H NH2
Estes carbânions são bons nucleófilos e podem atuar em reações de
substituição nucleofílica em carbonos sp3.
2 2
C CH X
R
C CH
R+ X-
Os carbânions também são bases fortes e podem promover reações
de eliminação diante de haletos de alquila.
Reatividade de AlcinosReatividade de Alcinos
C CHH CH2 C
CH3
CH3
Br
CH3
C C HH + H2C C
CH3
CH3
Br - +
Além das propriedades ácidas vistas, os alcinos, por possuírem um
região rica em elétrons entre os dois carbonos da tripla ligação, têm
reatividade semelhante à dos alcenos, isto é, sofrem reações de
adição.
Hidrogenação de AlcinosHidrogenação de Alcinos
Por exemplo, alcinos também podem ser hidrogenados. Na presença
de catalisadores, 2 equivalentes de hidrogênio se adicionam à tripla
ligação de um alcino para produzir um alcano.
Hidrogenação de AlcinosHidrogenação de Alcinos
Os substituintes afetam os calores de hidrogenação dos alcinos da
mesma forma que afetam os dos alcenos. Grupos alquila “liberam”
elétrons para o carbono sp, estabilizando o alcino e diminuindo o
calor de hidrogenação.
Alcenos são intermediários na redução de alcinos à alcanos.
Isto nos leva a considerar a possibilidade de parar a hidrogenação
assim que o alceno é formado (semihidrogenação).
Hidrogenação de AlcinosHidrogenação de Alcinos
H HH H
C C RR H2 C
R
C
R
H H
Pt, Pd, Ni ou Rh Pt, Pd, Ni ou Rh
H2 C
H
C
H
R
H
H
R
alcino alceno alcano
Na prática, isto a semi-hidrogenação é possível quando realizada na
presença de catalisadores especialmente desenvolvidos como é o
caso do catalisador de Lindlar (Pd/CaCO3, acetato de chumbo e
quinolina).
Semi-hidrogenação de AlcinosSemi-hidrogenação de Alcinos
A hidrogenação de alcinos leva à formação de alcenos cis (Z) pela
adição à tripla ligação.
Uma alternativa útil para a hidrogenação parcial do alcino, é a
utilização de um metal do grupo IA (Li, Na, K) em amônia líquida.
Neste caso, o alceno obtido apresenta isomeria trans.
Hidrogenação de Alcinos - EstereoseletividadeHidrogenação de Alcinos - Estereoseletividade
O mecanismo da redução com metal e amônia líquida inclui duas
transferências de elétrons e duas transferências de prótons,
totalizando 4 etapas.
-
Hidrogenação de Alcinos - MecanismoHidrogenação de Alcinos - Mecanismo
C C R'R Na Na++C C R'R-
C C R'R-
H NH2 C CH R'R + - NH2
Evidências experimentais indicam que a etapa 1 (formação de um
radical alquenil) é a etapa determinante da velocidade da reação.
C C R'R Na Na++C C R'R-
Hidrogenação de Alcinos - EstereoseletividadeHidrogenação de Alcinos - Estereoseletividade
Acredita-se que a estereoseletividade trans observada é reflexo da
distribuição dos dois intermediários alquenil radical formados nesta
etapa.
Acredita-se que a estereoseletividade trans observada é reflexo da
distribuição dos dois intermediários alquenil radical formados nesta
etapa.
R
H
R1R
H R1
..
Hidrogenação de Alcinos - EstereoseletividadeHidrogenação de Alcinos - Estereoseletividade
O radical alquenil mais estável (E), no qual os grupos R e R’ estão
trans um em relação ao outro, é formado mais rapidamente que o
seu estereoisômero (Z), e leva à formação preferencial do alceno (E).
( Z ) - radical alquenilmenos estável
( E ) - radical alquenilmais estável
C C
R'R
H
C C
R'
R
H
(Z) - radical alquenil (E) - radical alquenil
menos estável mais estável
Alterações da configuração relativa dos grupamentos
farmacofóricos de um ligante olefínico podem repercutir diretamente
no seu reconhecimento pelo bioreceptor, uma vez que as diferenças
de arranjo espacial dos grupos envolvidos nas interações com o
sítio receptor implicam perda de complementaridade e,
conseqüentemente, a redução da afinidade e atividade intrínseca.
Configuração – Atividade FarmacológicaConfiguração – Atividade Farmacológica
conseqüentemente, a redução da afinidade e atividade intrínseca.
AA
BC
A
B
A
C
AA
BC
B
A
A
C
XX
isômeros geométricos
Um exemplo clássico que ilustra a importância da isomeria
geométrica (cis-trans, E-Z) na atividade biológica de um fármaco diz
respeito ao desenvolvimento do estrogênio sintético,
trans-dietilestilbestrol, cuja configuração relativa dos grupamentos
p-hidroxifenila mimetiza o arranjo molecular do ligante natural, isto
é, hormônio estradiol – necessário ao seu reconhecimento pelos
receptores de estrogênio intracelulares.
Configuração – Atividade FarmacológicaConfiguração – Atividade Farmacológica
receptores de estrogênio intracelulares.
CH3CH3
OH
HO CH3
CH3
HO
OH
7,7 Ao
12,1 Ao
cis-dietilestilbestrol trans-dietilestilbestro
CH3 OH
H
H
HO
10,8 Ao
estradiol
CH3CH3
OH
HO CH3
CH3
HO
OH
7,7 Ao
12,1 Ao
cis-dietilestilbestrol trans-dietilestilbestro
CH3 OH
H
H
HO
10,8 Ao
estradiol
Configuração – Atividade FarmacológicaConfiguração – Atividade Farmacológica
O estereoisômero cis do dietilestilbestrol possui a distância entre
grupamentos farmacofóricos (7,7 Ao) inferior àquela necessária ao
reconhecimento pelo bioreceptor e conseqüentemente apresenta
atividade estrogênica 14 vezes menor que o isômero trans
correspondente.
Alcinos reagem com muitos dos reagentes eletrofílicos que reagem
com duplas ligações de alcenos.
Haletos de hidrogênio, por exemplo, adicionam-se a alcinos para
formar alquenil haletos.
Adição de HX a AlcinosAdição de HX a Alcinos
C C RR HX
alcino alquenil haleto
CH C RR
X
A regioseletividade da adição segue a Regra de Markovnikov.
Um próton adiciona-se ao carbono mais hidrogenado, enquanto o
haleto adiciona-se ao carbono menos hidrogenado.
Adição de HX a Alcinos - RegioseletividadeAdição de HX a Alcinos - Regioseletividade
HBrC C HCH3CH2CH2CH2C C
H
CH3CH2CH2CH2 H
Br
2-bromo-1-hexeno (60%)
O mecanismo da adição eletrofílica de HX a alcinos é análogo ao de
adição eletrofílica a alcenos.
Adição de HX a Alcinos – MecanismoAdição de HX a Alcinos – Mecanismo
C C
H+
Br -
C C
HBr
C C HCH3(CH2)3
H Br
C C
HCH3(CH2)3
C C
HCH3(CH2)3
H +
mais estável
C C
HCH3(CH2)3
2-bromo-1-hexeno
X
Na presença de excesso de HX, dihaletos geminais são formados
pela adição seqüencial de duas moléculas de haletos de hidrogênio
à tripla ligação.
C C R'R C C
HXHX HX
C C R'R
HX
Adição de 2 HX a AlcinosAdição de 2 HX a Alcinos
R'R
C C R'R
X Hdihaleto vicinal
� Por analogia à hidratação de alcenos, a adição dos elementos da
água (hidratação) à tripla ligação produz um álcool, porém, um
álcool especial chamado enol.
� Uma importante propriedade dos enóis é que eles são convertidos
a aldeídos e cetonas sob as condições de sua formação.
Adição de H2O a AlcinosAdição de H2O a Alcinos
a aldeídos e cetonas sob as condições de sua formação.
� O processo pelo qual enóis são convertidos a aldeídos ou cetonas
é chamado isomerismo ceto-enólico (ou tautomerismo ceto-
enólico)
Adição de H2O a Alcinos - TautomerismoAdição de H2O a Alcinos - Tautomerismo
� Em geral, cetonas são mais estáveis do que seus precursoresenóis, e são os produtos normalmente isolados quando alcinossofrem hidratação catalisada por ácido.
� O método padrão para a hidratação de um alcino emprega ácidosulfúrico aquoso e de mercúrio (II) sulfato ou óxido de mercúrio(II) como catalisador.
Adição de H2O a AlcinosAdição de H2O a Alcinos
� A hidratação de alcinos segue a regra de Markovnikov.
� Alcinos reagem com cloro e bromo para produzir
tetrahaloalcanos.
� Duas moléculas de halogênio adicionam-se à tripla ligação.
Adição de X2 a AlcinosAdição de X2 a Alcinos
� Um dihaloalceno, com isomeria (E), é um intermediário e é o
produto isolado quando o alcino e o halogênio estão presentes
em quantidades equimolares.
C C CH2CH3CH3CH2 Br2
1 equivalenteC
CH3CH2
Br
C
Br
CH2CH3
(90%)
( E ) -3,4-dibromo-3-hexeno
Ácidos carboxílicos são produzidos quando alcinos são submetidos
a ozonólise.
Ozonólise de AlcinosOzonólise de Alcinos
� A ozonólise é, às vezes, usada como uma ferramenta na
determinação estrutural.
A ozonólise é, às vezes, usada como uma ferramenta na
determinação estrutural.
Ozonólise de AlcinosOzonólise de Alcinos
CH3(CH2)4C≡CCH2CH2C≡C(CH2)4CH3
CH3(CH2)4COOH
HOOCCH2CH2COOH
ExercíciosExercícios
1) Escreva a estrutura do produto majoritário.
ExercíciosExercícios
2) Escreva a estrutura do produto majoritário na reação do 2-metil-2-
buteno com:
ExercíciosExercícios
3) Quando o 3-metil-1-buteno reagem com HBr, dois haletos dealquila são formados: 2-bromo-3-metilbutano e 2-bromo-2-metilbutano.
Proponha um mecanimso que explique a formação destes produtos.
ExercíciosExercícios
4) Dê os reagentes necessários para promover as seguintesreações.
ExercíciosExercícios
5) Dê o produto majoritário para cada uma das seguinte reações:
ExercíciosExercícios
5) Dê o produto majoritário para cada uma das seguinte reações:
ExercíciosExercícios
5) Dê o produto majoritário para cada uma das seguinte reações:
ExercíciosExercícios
6) Usando um alceno e quaisquer outros reagentes, como você podepreparar os seguintes produtos?
ExercíciosExercícios
7) Proponha um mecanismo para a seguinte reação:
ExercíciosExercícios
8) Proponha um mecanismo para a seguinte reação:
ExercíciosExercícios
9) Escreva a estrutura do produto majoritário das reações a seguir:
ExercíciosExercícios
10) Desenhe os mecanismos para as seguintes reações:
ExercíciosExercícios
11) Identifique os reagentes capazes de converter o 1-penteno nosseguinte produtos:
CSICSI
12)
CSICSI
13)
ExercícioExercício
14)
ExercícioExercício
15) Sugira um mecanismo para esta reação:
CSICSI
16)