Solomons - Volume 2 - 7ª edição, Notas de estudo de Farmácia

Baixe Solomons - Volume 2 - 7ª edição e outras Notas de estudo em PDF para Farmácia, somente na Docsity! Edi ai) Em Ê p sétima edição Ee Arm E QUÍMICA ORGÂNICA 2 sétima edição | T. W. Graham Solomons University of South Florida Craig B. Fryhle Pacific Lutheran University Tradução Whei Oh Lin Professora Titular do Departamento de Engenharia Química do Instituto Militar de Engenharia LTC EDITORA XX Sumário Geral CAPÍTULO 20 Aminas capituLO 21 Fenóis e Haletos de Arila: Substituição Aromática Nucleofilica caPriTULO 22 Carboidratos CAPÍTULO 23 Lipídios caPÍTULO 24 Aminoácidos e Proteínas carituLO 25 Ácidos Nucléicos é Sintese de Proteinas Respostas dos Problemas Selecionados Créditos das Ilustrações e das Fotos Índice Sumário see] Capítulo |6 Aldeídos e Cetonas |. Adição Nucleofilica ao Spa aphcuada: 1] +. 1 Introdução 2 &2 Nomenclatura dos Aldeídos e Cetonas 2 &3 Propriedades Físicas 3 54 Síntese de Aldeídos 4 “3 Símese de Cetonas 8 =:»6 Adição Nucleofílica à Ligação Dupla Carbono-Oxigên io] 2 É A Adição de Álcoois: Hemiacetais e Acetais 15 -8 A Adição de Derivados de Amônia 2 54 A Adição de Ácido Cianídrico 26) = Uh A Adição de Iídeos: A Reação de Wittig 27 5.1! A Adição de Reagentes Organometálicos: À Reação de Reformatsky (31) = 12 Oxidação de Aldeídos e Cetonad3 = 15 Análises Químicas para Aldeídos E Cetonas 33 '+ Propriedades Espectroscópicas de Aldeídos e Cetonas 34 Capttuto |7 Aldeídos e Cetonas Il. Reações Aldólicas 46 A Acidez dos Hidrogênios a dos Compostos Carbonilados: Ânions Enolatos(47 2 Tautomeria Cetoenólicalas oi 73 Reações Via Enóis e Ânions Enolatos 49 4 A Reação Aldólica: A Adição de Ânions Enolatos aos Aldeídos e às Cetonas 54 “5 Reações Aldólicas Cruzadas 58 izações via Condensações Aldólicas 63 os de Lítio 64 nação q: Uma Síntese dos Compostos Carbonilados a, Insaturados 69 = Adições aos Aldeídos e Cetonas q, Insaturadas 70 Capitulo 18 Ácidos Carboxílicos e Seus Derivados. Adição-Eliminação Nucleofílica no Carbono Acílico 84 odução 85 enclatura e Propriedades Físicas 85 aração dos Ácidos Carboxílicos 92 cão-Eliminação Nucleofílica em Carbono Acílico 95 às de Acila 97 dridos de Ácidos Carboxílicos 98 res 100 das 106 * ««-Halogenados: A Reação de Hell-Volhard-Zelinski 113 iados do Acido Carbônico 115 je xxil Sumário 18.11 Descarboxilação de Ácidos Carboxílicos 117 18.12 Testes Químicos para os Compostos Ácílicos 119 Tópico Especial B: Polimeros de Crescimento por Etapas 134 Capítulo |9 Síntese e Reações dos Compostos f3-Dicarbonilicos: Mais Química dos Ânions Enolato 142 19.1 Introdução 143 192 A Condensação de Claisen: A Síntese dos B-Cetoésteres 144 19.3 A Sintese com Éster Acetoncético: Síntese das Metil Cetonas (Acetonas Substituídas) 149 19,4 A Síntese com Éster Malônico: Síntese dos Ácidos Acéticos Substituídos 154 19.5 Mais Reações de Compostos com Hidrogênio Ativo 158 19.6 Alquilação Direta dos Ésteres e das Nitrilas 159 19,7 Alquilação dos 1,3-Ditianos 160 19,8 Condensação de Knoevenagel 16] 19.9 Adições de Michael 161 19.10 Reação de Mannich 163 19,11 Síntese das Enaminas: Reações de Enamina de Stork 165 19.12 Barbituratos 169 Tópico Especial C: Tióis, Ilídeos de Enxofre e Dissulfetos 181 Tópico Especial D: Ésteres Tiólicos e a Biossintese de Lipídios 186 Capítulo 20 Aminas 198 20,1 Nomenclatura 199 20.2 Propriedades Físicas e Estrutura das Aminas 200 20,3 Basicidade de Aminas: Sais de Amina 202 20,4 Algumas Aminas Biologicamente Importantes 208 20.5 Preparação de Aminas 210 20.6 Reações de Aminas 216 20,7 Reações de Aminas com Ácido Nitroso 218 20,8 Reações de Substituição de Sais de Arenodiazônio 220 209 Reações de Acoplamento de Sais de Arenodiazônio 223 20,10 Reações de Aminas com Cloreto de Sulfonila 225 20.11 As Sulfas: Sulfanilamida 227 20,12 Análise de Aminas 230 20.13 Eliminações Envolvendo Compostos de Amônio 231 Tópico Especial E: Reações e Sintese de Aminas Heterocíclicas 245 Tópico Especial F: Alcalóides 255 Capitulo 21 Fenóis e Haletos de Arila: Substituição Aromática Nucleofilica 260 21.1 Estrutura é Nomenclatura dos Fenóis 261 21.2 Fenóis Naturais 262 21.3 Propriedades Físicas dos Fenóis 262 21.4 Síntese dos Fenóis 263 21,5 Reações dos Fenóis como Ácidos 267 21,6 Qutras Reações do Grupo O-H dos Fenóis 269 21,7 Clivagem dos Éteres Alquil-Arílicoé 270 21,8 Reações do Anel Benzênico dos Fenóis 270 21,90 Rearranjo de Claisen 272 21.10 Quinonas 274 21.11 Haletos de Árila e Substituição Aromática Nucleofílica 275 21.12 Análise Espectroscópica dos Fenóis e Haletos de Arila 281 Segundo Conjunto de Problemas de Revisão 290 Tópico Especial G: Reações Eletrocíclicas e de Cicloadição 295 Tópico Especial H: Haletos Orgânicos e Compostos Organometálicos no Meio Ambiente 307 Tópico Especial |: Compostos Organometálicos de Metal de Transição 312 Para o Estudante Ao contrário do que você possa ter ouvido falar, a química rgânica não precisa ser um curso difícil, Será um curso rigoro- so e oferecerá um desafio: Mas você irá aprender mais nele do que em qualquer outro curso que você for fazer — e o que você aprende tem uma relevância especial para a vida e o mundo que «cerca. Contudo, como a química orgânica pode ser abordada ie maneira lógica e sistemática, você irá descobrir que com há- mitos de estudo corretos dominar a quimica orgânica pode ser uma 4 :xperiência profundamente gratificante. Agui, pois, estão algu- mas sugestões de como estudar: entendeu o material que acabou de ser explicado, Se você con- segue trabalhar o problema do capítulo, então pode seguir em frente; caso contrário, você deve retroceder e estudar novamente o material anterior. Trabalhe também todos os problemas de- signados pelo seu professor do final do capítulo. Faça todos os problemas em um caderno de anotações e mostre o caderno ao seu professor quando for pedir alguma ajuda extra, Escreva quando estudar. Escreva as reações, mecanismos, estruturas e assim por diante, repetidas vezes. A química orgã- nica é mais bem assimilada através da ponta dos dedos, ao es- crever, e não pelos olhos, apenas olhando, ou realçando o ma- terial no texto, ou pela referência de cartões de anotações rápi- !. Esteja sempre com seu trabalho atualizado — nunca deixe 1 acumular matéria. A química orgânica é um curso no qual uma idéia é quase sempre construída sobre uma outra que foi dada antes. E essencial, portanto, que fique atualizado, ou melhor ainda, esteja um pouco à frente de seu professor. O ideal seria tentar estar um dia adiante da aula do seu professor, pre- parando sua própria aula. Assim, a aula em si será muito mais benéfica, pois você já terá algum entendimento da matéria em questão. Seu tempo na aula será aproveitado para esclarecer e expandir as idéias com as quais você já está familiarizado. Estude o material em pequenas unidades, e certifique-se de que você entende cada seção nova antes deir para a próxi- Novamente. devido à natureza cumulativa da química or- g . seu estudo será múito mais eficaz se você estudar cada nova idéia à medida que é apresentada, entendendo-a comple- tamente antes de seguir ao conceito seguinte. Muitos concei- tos-chave são enfatizados pelos ícones de Caixa de Ferramen- tas, na margem, acompanhados de suas legendas. Esses con- ceitos, uma vez aprendidos, serão parte da sua caixa de ferra- mentas para 0 sucesso na química orgânica. Da mesma manei- ra, dicas ou sugestões de estudo e de pensamentos sobre a qui- mica orgânica são realçadas pelos (cones de Dicas para Estu- do e as legendas. Antes de seguir em frente, tenha certeza de que você entendeu um conceito, esteja ele realçado por um ícone de Caixa de Ferramentas ou de Dica para Estudo, ou não. à. Resolva todos os problemas atribuídos no capítulo e de- signados do final do capítulo. Uma maneira de verificar seu progresso é trabalhar com cada problema do capítulo, quan- do chegar lá. Esses problemas foram escritos justamente com este propósito e são designados a ajudá-lo a decidir se você das. Há um bom motivo para isso. As estruturas orgânicas, os mecanismos e as reações são complexos. Se você simplesmente os examina, pode pensar que os entendeu profundamente, mas isso terá sido uma concepção errada, O mecanismo de reação pode fazer sentido de uma certa maneira, mas você irá necessi- tar de um entendimento mais profundo. Você precisa conhecer o material tão profundamente que possa explicá-lo a quira pes- soa. Esse nível de entendimento vem para a maioria (aqueles que não possuem a memória fotográfica) através da escrita. So- mente escrevendo os mecanismos de reação prestamos sufici- ente atenção aos detalhes, tais como: que átomos são conecta- dos à que átomos, que ligações quebram em uma reação e que ligações formam, e os aspectos tridimensionais das estruturas. Quando escrevemos as reações e os mecanismos, conexões são feitas em nosso cérebro que fornecem a memória de longa du- ração necessária para o sucesso na química orgânica. Estamos praticamente garantindo que sua nota no curso será diretamen- te proporcional ao número de páginas que você irá preencher com suas próprias anotações ao longo do semestre. Aprenda ensinando e explicando, Estude com seus colegas. e pratiquem explicando conceitos e mecanismos uns aos ou- tros. Use os Problemas para Trabalho em Grupo e outros exercícios que seu professor possa designar como veículos para ensinar e aprender interativamente com seus colegas. . Ao estudar, use os modelos moleculares. Devido à nature- za tridimensional da maioria das moléculas orgânicas, os mo- delos moleculares podem ser de ajuda inestimável para sua compreensão. Compre um conjunto de modelos moleculares barato e use-o quando necessitar ver o aspecto tridimensio- nal de um tópico especial.  Capítulo | 6 Aldeídos e Cetonas |. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Uma Vitamina Muito Versátil, Piridoxina (Vitamina B,) O fosfato de piridoxal (sigla em inglês, PLP) está no âmago da química realizada por uma série de enzimas. Muitos de nós conhecem a coenzima fosfato de piridoxal através da vitamina bastante relacionada áquela obtida em nossa dieta — piridoxina ou vitamina B;. O trigo é uma boa fonte alimentar de vitamina Bs. Embora o fosfato de piridoxal seja um membro da família dos aldeídos, quando ele está envolvido em química biológi- ca. costuma conter um grupo funcional bastante relacionado, o qual contém uma ligação dupla carbono-nitro- gênio, denominada imina, Estudaremos aldeídos, iminas e grupos relacionados no decorrer deste capítulo. ne H O se e CHOH + OCH 820" HO-CH A O | Ea | NÉ Sen, nº CH, H H Fosfato de Piridoxal Piridoxina Enire as reações enzimáticas que envolvem o PLP incluem-se as transaminações, que convertem amingáci- dos em cetonas para o uso no ciclo do ácido cítrico e em outras rotas; as descarboxilações de aminoácidos, para'a hiossintese de neurotransmissores, como histamina, dopamina e serotonina; e às racemizações de estereocentros de aminoácidos, -tais-como as necessárias à biossíniese de paredes celulares em bactérias. O RA Ser tr Transaminação 1 o Ras o o R ê R ! R ! ae “eoH Racemização Sega *=oH g con É Ê E H NH, HN H H NH, Um pu Recarbosilação Ro HH f É + Ho NH Em todas estas reações assim como em inúmeras outras, à função essencial do PLP é estabilizar um carbânion intermediário, atuando como um atrator de densidade eletrônica. Os detalhes destas transformações são descri- 1os posteriormente neste capítulo em “A Química do Fosfato de Piridoxal” (ver Seção 16.8). Todas as reações do PLP são excelentes exemplos de como os processos biológicos exemplificam à quimica orgânica em ação.  2 Aldeidos e Cetonas L 16.1 Introdução Adição Nucleofilica do Grupo Carbonila 16.9 A Adição do Ácido Cianídrico 16.2 Nomenclatura dos Aldeídos e Cetonas 16.3 Propriedades Físicas 16.4 Síntese de Aldeídos 16.5 Sintese de Cetonas 16.6 Adição Nucleofílica à Ligação Dupla Carbono-Oxigênio 16.10 A Adição de Ilídeos: A Reação de Wittig 16.11 A Adição de Reagentes Organometálicos: A Reação de Reformatsky 16.12 Oxidação de Aldeídos e Cetonas 16.13 Análises Químicas para Aldeídos e Cetonas 16.7 A Adição de Álcoois: Hemiacetais e Acetais 16.14 Propriedades Espectroscópicas de Aldeídos e Cetonas L6.8 A Adição de Derivados de Amônia 16.1 INTRODUÇÃO Com exceção do formaldeído, o aldeído mais simples, todos os aldeídos Possuem um grupo ( o | | carbonila, pro cise ligado de um lado a um carbono e do Outro lado a um hidrogênio. Nas cetonas, à | grupo carbonila situa-se entre dois átomos de carbono. o o o ! ! Hg RE Hi RO po RCHO RCOR' Formaldeido Fórmula Geral Fórmula Geral para Aldeído para Cetona Embora os capítulos anteriores tenham nos dado uma noção da química dos compostos com carbonila, iremos agora abordar sua química detalhadamente, A razão para isso é que a química do grupo carbonila é essencial para a química da maioria dos capítulos subsegientes. Neste capítulo, nossa atenção será conc bonos adjacentes aos grupos carbonila. 16.2 NOMENCLATURA DOS ALDEÍDOS E CETONAS No sistema IUPAC, os aldeídos é cetonas alifáticas são nomeados substitutivamente, trocando-se O final o do nome do alcano correspondente por al. Uma vez que o grupo aldeído estará no final da cadeia carbônica, não há necessidade de indicar sua posição. Quando outros substituintes estão pre- sentes, entretanto, dá-se ao carbono do Erupo carbonila a posição 1, Muitos aldeídos também possu- Os aldeídos, cujo grupo —CHO é ligado a um sistema cíclico, são nomeados substitutivamente adicionando-se o sufixo carbaldeído. Seguem-se alonms oxvemplos CH Cm Benzenocarbaldeido Ci cloexanocarbaldeido (benzaldeido) 2-Naftalenocarbaldeído Aldeidos e Cetonas L. Adição Nucleofílica no Grupo Carbonila 5 O o (9 | 109 | R—CH,OH TI R—C€C—H ES R—C—OH Álcool 1º Aldeído Ácido carboxílico 7 R—cH,0H efipuréiar (CO, dm Álcool 1º é Aldeído Um exemplo desta síntese de aldeído é a oxidação do L-heptanol a heptanal: CHNH-CrO CI” cu(cHcHon MCT OO, crqcH,.cHO t-Heptanol di Heptanal (93%) 16.4B Aldeídos por Redução de Cloretos de Acila, Ésteres e Nitrilas Teoricamente, deveria ser possível preparar aldeídos por redução de ácidos carboxílicos. Na prá- tica isto não é possível, pois o reagente normalmente utilizado para reduzir diretamente um ácido carboxílico é o hidreto de alumínio e lítio (LiAIH, ou LAH) e, quando um ácido carboxílico é tratado com LAH, ele é reduzido completamente ao álcool primário. Isto ocorre porque 0 LAH é um agente redutor poderoso e porque os aldeídos são muito facilmente reduzidos. Qualquer aldeído que por- ventura seja formado na mistura reacional é imediatamente reduzido pelo LAH ao álcool primário. (Não adianta usar uma quantidade estequiométrica de LAH, pois assim que as primeiras poucas mo- léculas de aldeído são formadas na mistura, haverá ainda bastante LAH não-reagido presente, 0 qual irá reduzir o aldeído.) h LiAIH, | [is + c RºoH E SH Ácido carboxílico Aldeído Álcool 1º Lili, po cH.OH O segredo para ser bem-sucedido aqui é não usar O ácido carboxílico propriamente, mas sim um derivado do ácido carboxílico que seja mais facilmente reduzido e usar um derivado do hidreto de alumínio que seja menos reativo que o LAH. Nós estudamos os derivados dos ácidos carboxi- licos em detalhes no Cap. 18, mas basta dizer aqui que os cloretos de acila (RCOCI), ésteres (RCO;R') e nitrilas (RCN) são todos facilmente preparados a partir dos ácidos carboxílicos, e que são todos mais facilmente redutíveis, (Os cloretos de acila, ésteres e nitrilas têm todos o mesmo estado de oxidação que os ácidos carboxílicos. Convença-se disso aplicando os princípios que você aprendeu no Problema 12.1,) Dois derivados do hidreto de alumínio que são menos reativos que o LAH (em parte, por serem muito mais impedidos estericamente e, portanto, terem dificuldade em transferir os fons hidreto) são o hidreto de tri-terc-butoxialumínio e lítio e o hidreto de diisobutil- alumínio (DIBAL-H). cH, EEN OC(CH), E Jo Lit | H—AI—OC(CH), no As cu,CHCH, OC(CH,), CH, Hidreto de tri-terc- Hidreto de diisobutilalumínio butoxialumínio e lítio (abreviado |-Bu,AIH ou DIBAL-H) 6 Aldeídose Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Os esquemas a seguir resumem como estes reagentes são usados para sintetizar aldeídos a partir dos derivados de ácidos, q o |] (1) LIAIHÇO-+-Bu),, —78ºC b TR RS “OR RÉ ÔH Cloreto de acila Aldeido o b (1) DIBAL-H, texaso, —78ºC ! =[["""["" + RÉ or! (3) HO RT =H Ester Aldeido Í E (1) DIBAL-H, hexano R—-C=N—————————p X (2) HO RO “mg Nitrila Aldeido Examinaremos agora cada uma dessas sínteses de aldeído mais detalhadamente, Aldeídos a partir de Cloretos de Acila: RCOCI — RCHO Cloretos de acila podem ser redu- zidos a aldeídos, tratando-os com hidreto de tri-tere-butoxialumínio e lítio, LIAIH[OC(CH;);]s, à —78ºC. (Os ácidos carboxílicos podem ser convertidos a cloretos de acila usando-se SOCL,; veja Se- ção 15,7.) 7 7 réon SE, Re (1) LAATAÇO--Ba), E6O, —T8€ | o do, 123 HO A seguir apresenta-se um exemplo específico: o o Ê ! “ei (1) LiAIMO=-Bu),, ELO, =78º€ = Ho HC HC OCH; OCH, Cloreto de 3-metoxi-d-metilbenzoila 3-Metoxi-d-metilbenzaldeido Em termos de mecanismo, a redução é provocada pela transferência de um fon hidreto do átomo de alumínio para o carbono da carbonila do cloreto de acila (veja Seção 12.3). Uma hidrólise posterior libera o aldeido. Um Mecanismo para a Reação Redução de um Cloreto de Acila a Aldeído ó—Li 9 LIAHOCCH)), —+ R—6 + AIHIOCICH) R—C “CI: x sei: Aldetdos é Cetonas 1 Adição Nucleofílica so Grupo Carbonita 7 H ç gy é AOC(CHo o SP R— A —» = —H AROCCH), —+ des : cl: A transferência de um ion Agindo como ácido de Lewis, hidreto para o carbono da o átomo de alumínio aceita um carhonila leva a redução. par de elétrons do oxigênio. s O—ANOC(CH);) *O—AIOC(CH,)); 0: =LáCl + HO a Ex pd RÉ a e H H Este intermediário perde um A adição de água causa a hidrólise fon cloreto com auxílio de um deste complexo de alumínio, par de elétrons do oxigênio. produzindo o aldeído. (Várias etapas estão envolvidas). Aldeídos a partir de Ésteres e Nitrilas: RCO,R' —> RCHO e RC=N — RCHO Tanio os ésteres quanto as nitrilas podem ser reduzidos a aldeídos usando-se DIBAL-H. Devem ser usadas quantidades controladas dos reagentes, para evitar super-redução, e a redução dos ésteres deve ser realizada sob baixas temperaturas, Ambas as reduções resultam na formação de um intermediário relativamente estável, pela adição de um fon hidreto ao carbono da carbonila do éster ou ao carbono do grupo — C=N da nitrila. A hidrólise de intermediário libera o aldeído. Esquematicamente, as reações podem ser visualizadas da seguinte forma. Um Mecanismo para a Reação Redução de Éster a Aldeído age REsiGo “OR” O átomo de alumínio aceita um par de elétrons do átomo de oxigênio da carbonila na reação de ácido-hase de Lewis. PAM, R=C—H es : OR" Este intermediário perde um jon alcóxido com o auxílio de um par de elétrons do oxigênio. + e O A transferência de um ion hidreto para carbono da carbonila leva a sua redução. O: *O—Al(i-Bu) 4 ' “o f R=C =p R—C N N H H A adição de água causa a hidrólise deste complexo de alumínio, produzindo o aldeido. (Várias etapas estão envolvidas.)  10, atácidos é Ceronas 1. Adição Nuclcofílica ao Grupo Carbonila Quando o etino sofre adição de água, o produto é um aldeído, H H | H-c=c—-g + Ho EO,] Nag” |s pda Fº HSO, Sd %; ' 0H, H Etino Etanal (acetaldeido) Este método tem sido importante na produção comercial de etanal. Dois outros métodos de laboratório para a preparação de cetonas baseiam-se no uso de compostos organometálicos, conforme discutido a seguir. 16.5€ Cetonas a partir de Dialquilcupratos de Lítio Quando uma solução de um dialquilcuprato de lítio em éter é tratada com um cloreto de acila a >78º€, o produto é uma cetona, Esta síntese de cetonas é uma variação da síntese de alcanos de Corey-Posner, Whitesides-House (Seção 12.9). Reação Geral o o f f RjCuli + RN — dies? + RCu + LiCl Cl R Dialguilcuprato Cloreto Cetona de lítio de acila Exemplo Específico o o + Lo =TRO 4 , 4 + (CH,),CuLi Ed & TF CH,Cu + Lil ci F cH, (81%) Cloreto de 1-Cielvexiletanona cicloexanocarbonila (Cicloexil metil cetona) 16.5D Cetonas a partir de Nitrilas Tratando-se uma nitrila (R—C=N) com um reagente de Grignard ou com um reagente de organolítio, seguido de hidrólise, gera-se uma cetona, Reações Gerais Nº MgX* P ge RIM SE R=O NH + Met + R' R' N- Lit o es e ce 4 O Ê , R—CEN+R EA + R—C o +NHS+L R' R' O mecanismo para a etapa de hidrólise ácida é o inverso daquele que estudaremos na formação de iminas na Seção 16.8. a] e Aldeidos e Cetonas |. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 11 Exemplo Específico o CH,—CEN + CH,CH,CH,CH,Li Di» CH CH,CH,CH,CH, o CHCH—C=N+CHMesr LEO, cHCH—C il ss 12) HO ' CH, cH, EM, 2-Cianopropano 2-Metil-1-fenilpropanona (Esopropil fenil cetona) Embora uma nitrila ténhã uma ligação tripla, a adição dos reagentes de Grignard ou lítio ocorre apenas uma vez. A razão; se a adição ocorresse duas vezes, haveria uma carga negativa dupla no nitrogênio. Ve al CRE R=—CE=N: ge Bb RE R' R' (O diânion não se forma.) » Exemplo llustrando uma Síntese com Múltiplas Etapas Tendo o |-butanol como o único composto orgânico de partida, esquematize a sintese da 5- nonanona. R sta saia pode ser sintetizada pela adição de brometo de butilmagnésio à seguinte mitrila, Análise 6] CHE Eca cu br ca caca ci = cu cu cuca, CN : 1 E+ á + BrMg — CH. “H,CH;CH.CH, Síniese Q CHCH,CH,CHC=N + CH,CH,CH,CHMyBr STS cucd(cno, ea, 5-Nonanona A nítrila pode ser sintetizada à partir de brometo de butila e ciancio de sódio, em uma reação 8,2. CH,CH;CH.CH,Br + NaCN —+ CH.CH,CH,CH,C==N + NaBr 'O brometo de butila pode ser usado também para preparar o reagente de Grignard. CH;CH,CH;CH,Br + Mz > CH;CH,CH;CH,MgBr E, finalmente, o brometo de butila pode ser preparado a partir do 1-butanol. CH.CH,CH;CH,0H E» CH.CH,CH,CH,Br Problema 16.4» Quais reagentes você usaria para realizar cada uma das reações seguintes? (a) Benzeno > bromobenzeno — brometo de fenilmagnésio — álcool benzílico — benzaldeido (b) Tolueno — ácido benzóico — cloreto de benzoíla — benzaldeido (c) Bromeito de etila > |-butino — butanona  12 Aldeidos e Cetonas Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila (d) 2-Butino — butanona (e) 1-Feniletanol —» acetofenona (f) Benzeno — acetofenona (g) Cloreto de benzoila — acetofenona (h) Ácido benzóico — acetofenona (1) Brometo de benzila — C,H.CH,CN — 1-fenil-2-butanona () CHCHEN — 2-feniletanal 1 (k) CHACH,),CO,CH, — hexanal 16.6 ADiÇÃO NucLEOFÍLICA À LIGAÇÃO DUPLA CARBONO-OXIGÊNIO NE A reação mais característica dos aldeídos e cetonas é a adição nucleofílica à ligação dupla carbo- no-oxigênio. Reação Geral ER E E Nu o Ee H—Nu 5=*R=>C—OH | H H Exemplos Específicos HE OCH,CH, 8 + H—OCH,CH, ++ e e x H Um hemiacetal (veja Seção 16.7) He E P=0 +H—EN E CH—C—OH Hc | CH, Uma cianoidrina (veja Seção 16.9) Os aldeídos e cetonas são especificamente suscetíveis à adição nucleofílica devido às caracteris- ticas estruturais que discutimos na Seção 12.1, que são mostradas abaixo, Rm: E dog pe C=0" | Aldeído ou cetona (Rou R' pode ser Hj O arranjo trigonal plano dos grupos ao redor do átomo de carbono da carbonila faz com que este fique relativamente aberto ao ataque, por cima ou por baixo. A carga positiva no átomo de carbono da carbonila significa que este é especialmente suscetível ao ataque por um nucleófilo. A carga nega- tiva no átomo de oxigênio da carbonila significa que a adição nucleofílica é suscetível à catálise áci- da, Portanto, a adição nucleofílica à ligação dupla carbono-oxigênio ocorre em um dos dois modos gérais, 1. Quando o reagente é um nucleófilo forte (Nu), a adição costuma acontecer da seguinte forma, con- vertendo o aldeído ou cetona trigonal plana em um produto tetraédrico. ça nte ga Problema 16.6 > Aldeídos e Cetonas L Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 15 reagente de Grignard desempenha um papel importante nesta reação. Qual é a sua função? (c) Que produto é formado inicialmente? (d) Que produto se forma quando se adiciona água? As reações de aldeídos e cetonas com LiAIH, e NaBH, (Seção 12.3) são adições nucleofílicas ao grupo carbonila. Qual é o nucleófilo nestas reações? 16.7 A ADIÇÃO DE ÁLCOOIS: HEMIACETAIS E ACETAIS 16.7A Hemiacetais Dissolvendo-se um aldeído ou cetona em um álcool, estabelece-se lentamente um equilíbrio entre estes dois compostos e um novo composto chamado hemiacetal. O hemiacetal é o produto da adição nucleofílica do oxigênio do álcool ao átomo de carbono da carbonila do aldeído ou cetona. É ii ; Um Mecanismo para a Reação Formação de Hemiacetal o ló R ice Ed Ro40R' ] == Rº EC ad O H de Medo” (Or 0—H Aldeído Álcool É da (ou cetona) (normalmente muito instável para ser isolado) Nesta etapa, o álcool ataca o carbono da carbonila. Nas duas etapas intermoleculares, um próton é removido do oxigênio positivo é um próton é ganho no oxigênio negativo. As características estruturais essenciais deum hemiacetal são um grupo — OH é um grupo —0R — Aee ao mesmo átomo de carbonila. ' denise cíclicos: com ans de cinco ou seis membros, “entretanto, Fpp por feras está- O" Elim Dm ; E RES O HocHCHCHCHE* |. al NM Pescas H; aa H He H H A maioria dos açúcares simples (Cap. 22) existe primeiramente na forma de hemiacetal cíclico. A glucose é um exemplo: CH,OH HO É O HO Ra OH (+)-Glucose, (um hemiacetal cíclico) As cetonas sofrem reações semelhantes quando dissolvidas em um álcool. Os produtos (os quais são também ilistáveis como os compostos de cadeia aberta) são às vezes chamados de hemicetais.  Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila mas esta prática não é mais recomendada pela TUPAC. A forma preferida é chamá-los também de hemiacetais. [ á RX or j Ef dogé C=0 +H0-R=* o ao A R R Cetona A formação de hemiacetais é catalisada por ácidos e bases. Um Mecanismo para a Reação ad nm PE R- :0-H Hemiacetal Formação de Hemiacetal Catalisada por Ácido Bs qt a Es g C=0, +HDO—R + C>0-H HOR + di s | “tar 9? H H (Rº pode ser H) A protonação do átomo de oxigênio do aldeído ou cetona torna o carbono da carbonila mais suscetível ao ataque nuclcofílico. s/d Es 0=R [O álcnal protonado R—OO 1 resulta da reação do álcool [pa H (presente em excesso) Rg 7 EH = R— R ao carbono do cátion oxônio. com o catalisador ácido, e.g. HCL) A transferência de um próto Uma molécula de álcool é adicionada O—R' Es E a + BEATS R H ndo oxigênio positivo para outra molécula de álcool leva ao hemiacetal, Um Mecanismo para a Reação Formação de Hemiacetal Catalisada por Base R'—O - y R'—O: A É NE» Le cr en Shy » E JE TO = age E— ita + 0—R" R R (Rº pode ser H) O inion alcóxido abstrai um próton Um ânion alcóxido, agindo como um nucleófito, ataca “átomo de carbóno da carbonila. Um par de elétrons se desloca para o átomo de oxigênio, produzindo umnoso ânion alçóxido. da molécula de álcool para p: roduzir o. hemincetal e regenerar o ânion alcóxido, Hidratos de Aldeídos: Gem-Dióis A dissolução de um aldeído tal como o acetaldeído em água resulta no estabelecimento de um equilíbrio entre o aldeído e seu hidrato, Este hidrato é na verdade um 1,1-diol, chamado gem-diol. HC HC. OH Era =0+H,0 += MK H HO 0H Acetaldeido Hidrato (um gem-diol) Aldeídos e Cetonas 1 Adição Nucleofílica so Grupo Carbonila 17 O gêm-diol resulta da adição nucleofílica de água ao grupo carbonila do aldeído: Um Mecanismo para a Reação Formação do Hidrato Ea “ H;€ H£ OH HC :0H PN ET pi Fe C=0, +:0H, ++ c “+ € Ro (gs Sê: Sa Ta n Y O. ú “OM A a Nesta etapa, a água ataca o átomo Em duas etapas de carbono da carbonila. intermoleculares, um próton é perdido pelo átomo de oxigênio positivo e um próton é ganho pelo átomo de oxigênio negativo. O equilíbrio para a adição de água à maioria das cetonas é desfavorável, enquanto alguns aldeídos (por exemplo o formaldeído) existem preponderantemente como gem-dióis em solução aquosa. Não é possível isolar a maioria dos gem-dióis da solução aquosa na qual são formados. À evapo- ração da água, por exemplo, simplesmente desloca o equilíbrio global para a direita é o gem-diol (ou hidrato) reverte-se ao composto carbonílico. Ru em R n Eq — + f=0+H0 H OH H Compostos que possuem grupos retirantes fortes de elétrons ligados ao grupo carboónila podem for- mar gem-dióis estáveis. Um exemplo é o composto chamado hidrato de cloral. CLe. OH Mi LN H OH Hidrato de cloral Problema 16.7 >» A dissolução de formaldeído em água produz uma solução contendo predominantemente 0 gem- diol, CHÁOH).. Mostre as etapas de sua formação, à partir do formaldeído. Problema 16.8 > | Quando se dissolve acetona em água que contém “O ao invés de 50 comum (1.€., H;ºO ao O invés de HO), a acetona logo começa a adquirir “O e se torna CH CCH,. A formação desta acetona com oxigênio marcado é catalisada por traços de ácidos fortes e por bases fortes (e.g., OH”). Mostre as etapas que explicam tanto a reação catalisada por ácido quanto a catalisada por base. 16.7B Acetais Se passarmos uma solução alcoólica de um aldeído (ou cetona) em uma pequena quantidade de HC] gasoso o hemiacetal se forma; então, acontece uma segunda reação. O hemiacetal reage com um outro equivalente molar de álcool, produzindo um acetal (As vezes chamado de cetal). Um acetal possui dois grupos — OR ligados ao mesmo átomo de carbono. oH OR' dor ts R=d-oR + HO R'—=0H ? KR R Hemiacetal (Rº pode ser H) Um acetal (R” pode ser H) 20 —Atdeídos é Cetonas. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Problema 16.12 > Problema 16.13 > Problema 16.14 > Os grupos ceto são mais facilmente reduzidos do que os grupos ésteres, Qualquer agente redutor (e.g.. LiAIH, ou H,/Ni) que possa reduzir o grupo éster de A reduz o grupo ceto também. Mas, se “prote- germos” o grupo ceto convertendo-o em um acetal cíclico (o grupo éster não reage), podemos redu- zir o grupo éster em solução básica sem afetar o acetal cíclico. Após terminarmos a redução do éster, podemos hidrolisar o acetal cíclico e obter nosso produto desejado B. o o 1 o Il o COC,H, HA COCH. (1) LiAM, ———|s "Ds, CY HocucHon O ELO (2) HO o CH,O0H nor O, CH,OH Aa Que produto seria obtido se A fosse tratado com hidreto de alumínio e lítio, sem que fosse conver- tido antes a um acetal cíclico? (a) Mostre como você poderia usar um acetal cíclico para realizar a seguinte transformação: pe o co,C,H o. CcH es h a CH, A c (b) Por que uma adição direta de brometo de metilmagnésio a A falharia em dar Cc? À dihidropirona reage rapidamente com um álcool em presença de traços de HCI anidro ou H,SO,. formando um éter tetrahidropiranílico (THP). oretão (O O OR O Diidropirano Éter tetrahidropiranílico (a) Escreva um mecanismo plausível para esta reação. (b) Os éteres tetrahidropiranílicos são estáveis em solução aquosa básica, mas se hidrolisam rapidamente em solução aquosa ácida, gerando o álcool original e um outro composto. Explique. (Qual é o outro composto?) (e) O grupo tetrahidropiranílico pode ser usado como grupo protetor para álcoois e fenóis. Mostre como você pode usá-lo em uma síntese de 5-metil-1,5-hexanodiol, partindo de 4-cloro-1-butanol. 7 RS SR 16.7D Tioacetais —C— — —c— Os aldeídos e cetonas reagem com tióis formando tivacetais: R R 8—CH,CH Ss eco Ses /º =0 + 2 CH,CH,SH o a + HO H H S—CH,CH, Tivacetal Pe Be SS a /8=0 + HSCH,CH;sH —+ £ | + H,O E R' RÉ “sem, Tioacetal cíclico te ju- Er. Problema 16.15 > Aldeídos e Cetonas 1, Adição Nueleofilica ao Grupo Carbonila 21 Os tioacetais são importantes em síntese orgânica porque reagem com níquel Raney, gerando hi- drocarbonetos. Níquel Raney é um catalisador de níquel especial que contém hidrogênio absorvido. Estas reações (L.e., a formação de tivacetal e a “dessulfurização” subsegitente) nos dão um método adicional para converter os grupos carbonila dos aldeídos e cetonas em grupos Ro SH Ba a Di Raney CH, + H—CH,CH,—H + Nis A cm di Ma, RR” “S-CH, — CH—.. O outro método que estudamos foi a redução de Clemmensen (Seção 15.9). Na Seção 16.8B, veremos como isto pode também ser feito com a redução de Wolff-Kishner. Mostre como você pode usar a formação de tioacetal e a dessulfurização por níquel Raney para converter: (a) cicloexanona a cicloexano e (b) benzaldeído a tolueno. I 6.8 A ADIÇÃO DE DERIVADOS DE AMÔNIA Os aldeídos e cetonas reagem com aminas.primárias (RNH,) formando compostos com ligação du- pla carbono-nitrogênio, chamados iminas (RCH==NR ou R;C==NR). A reação é catalisada por áci- do e o produto fórmado é uma mistura dos isômeros (E) e (2), | R j Ns 4 E HO! N E 0 HN—RS=* C=N) + HO: Aldeído Aminal" Imina ou cetona [isâmeros (E) e (Z)] | A formação da jmina é lenta em pH muito baixo ou muito alto, sendo, em geral, mais rápida entre pH4e pH 5. Podemos entender por que um catalisador ácido É necessário, se considerarmos o me- Eanismo que foi proposto para a formação de iminas. A etapa importante é aquela em que o aminoáicool rotonado perde uma molécula de água, tomando-se um íon mino. Protonando o grupo álcool, o Ro converte um grupo retirante fraco (um grupo — OH) em um bom (um grupo — OH,*). Um Mecanismo para a Reação Formação de Imina + ." NH, —R o NE — MA a E + E eua a Hom OH Aldeído Amina 1º Intermediário Aminoálcool ou cetona dipólar », se ta: TO NRO = A amina é adicionada so grupo Transferência do próton, intermolecular, carbonila para formar um intermediário do nitrogênio para o oxigênio, produzindo dipolar tetraédrico. um aminoálcool. Sr x tom = ç HH, C=N : C=N. + H,O+ f pe A EX El " Nom, "R R Aminoáleool fon imínio Imina protonado [isômeros (E) e (Z)] A protonação de um oxigênio A transferência de um próton produz um bom grupo retirante. para a água produz a imina € A perda de uma molécula de regenera o fon hidrônio catalítico. água leva ao ion imínio. A reação avança mais lentamente se a concentração do fon hidrônio é alta demais para a protonação da própria amina & ocorte-em-quantidade apreciável; isto causa a diminuição da concentração de  22 atdeidos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila nucleófilo necessário na primeira etapa. Se a concentração do íon hidrônio for muito baixa, a reaçã torna-se lenta porque a concentração do aminoáleoo] protonado torna-se baixa. Um pH entre pH 4 e pH'5 é um compromisso efetivo. A formação de iminas ocorre em muitas reações bioquímicas, porque as enzimas usam em gerai um grupo —NH, para reagir com um aldeído ou cetona. A formação de uma ligação imina é impor- tante em uma etapa das reações que ocorrem durante processo visual (veja “A Fotoguímica da Visão”, A vinheta de abertura do Seção 13.9), capítulo discutiu o As iminas são também formadas como intermediários em uma síntese laboratorial de aminas muito fosfato piridoxal, uma útil, a qual estudamos na Seção 20.5, coenzima importante As iminas de compostos como hidroxilamina (NH,OH), hidrazina (NH;NH,) micar que reage via um grupo (NH;NHCONH,) são usadas como derivados de aldeídos e cetonas (Seção IG.BAJ. À Tabela 187 funcional imina. Veja lista exemplos destes compostos. Os mecanismos pelos quais estes derivados se formam são simila- também “A Química do res. ao.mecanismo de formação de uma iminã à partir de uma amina primária que acabamos de estu- Fosfato de Piridoxal”. dar. Tal como as iminas, à formação dos isômeros (E é (2) é possível. 16.8A 2,4-Dinitrofenilhidrazonas, Semicarbazonas e Oximas —Os produtos das reações de aldeídos e cetonas com [2,4-dinitrofenilhidrazina, semicarbazida e hidroxilamina são frequentemente usados para identificar aldeídos e as conhecidos; Estes com- postos, isto é, 2,4-dinitrofenilhidrazonas, semitarbazonas é oximas são normalmente sólidos relativamente insolúveis, que possuem pontos de fusão característicos e bem definidos. A compa- ração entre pontos de fusão de derivados obtidos a partir de compostos desconhecidos e pontos de fusão retirados da literatura química para um derivado conhecido pode prover uma evidência para se identificar este composto desconhecido, A maioria dos livros-texto de laboratório de química orgânica incluem tabelas extensas de pontos de fusão de derivados. O método que compara pontos de fusão de derivados só é útil, entretanto, para compostos que têm pontos de fusão de derivados previamente registrados na literatura. Os métodos espectroscópicos (especialmente IV, RMN e es- pectrometria de massa) são geralmente mais empregados na identificação de compostos desconhe- cidos (Seção 16.14). | 16.8B Hidrazonas: a Redução de Wolff-Kishner | As hidrazonas são usadas às vezes para identificar aldeídos e.cetonas. Mas, diferentemente das | 2,4-dinitrofenilhidrazonas, as hidrazonas simples frequentemente possuem pontos de fusão baixos. ; Contudo, as hidrazonas são a base para um método útil para se reduzir grupos carbonila de aldeídos | e cetonas à grupos — CH—, chamados de redução de Wolff-Kishner: Reação Geral É EA = ag |Ós | Se-é + N—NH, or» E NDNH, = HO o, Alieido Hidrazona ou cetona (não-isolada) “em + N Au Ha Exemplo Específico Q | OF (O)-tenem + HNNH, — = CH,CH.CH, + N, SPC (82%) A redução de Wolff-Kishner pode ser desenvolvida em temperaturas muito mais baixas se o sulfóxido de dimetila é usado como solvente. A redução de Wolff-Kishner complementa a redução de Clemmensen (Seção 15.9) e a redução de Ferramentas para a redução de carbonilas de a a ecetonasa grupos tioacetais (Seção 16:7D), já que todas as três reações convertem o grupo 2-0 em grupos — CH— —CH—. Aldeídos é Cetonas |. Adição Nuclcofílica so Grupo Carbonia Je o DE ! eo NZD NS a p (e s H H É Ti é Res q o” + Aa EH, Problema 16.BI > Problema [6.B2 > e substituição, Em todas as reações catalisadas por PLP, seu objetivo É servir como receptor de um par de elétrons reversível. Como exemplo específico desta função, consideremos uma reação de ratemização que envolve o PLP. A bactéria requer (Rj-(=)-alanina (também chamada D-ala- nina, Seção 24.2) para a construção da parede celular. Contudo, a forma mais abundante de alani- na é o enantiômero (Sj-(+)-alanina tou L-alanina). Para se obter o enantiômero (R) necessário para à síntese da parede celular, a bactéria usa uma enzima chamada racemase alanina para catalisar à formação de uma mistura racêmica de alanina, obtendo, deste modo, um fornecimento de (Rj (=-alanina. O primeiro estágio nas reações enzimáticas que envolvem PLP é a troca da ligação imina que acorrenta o PLP à sua enzima pela ligação da imina entre o PLP e o substrato amino. Aqui, este processo é ilustrado com a (SH + j-alanina. O Hx Í nen e É pre > ae O a u H NH; l ço Sy Sp A tandna Õ O o O Enz--NH, | EE NE CH, O próximo estágio envolve a remoção de um próton do carbono o da alanina pelo grupo básico pertencente à enzima: A formação deste ânion é um processo exegiiível porque-o anel de piridina: carregado positivamente no PLP serve como um receptor de par de elétrons (ver Problema 16.82), A formação do intermediário carbânion conjugado resulta na perda de quiralidade do carbono « da alanina. A reprotonação subsequente do intermediário (em qualquer face) com carbono a tri- angular plana resulta na forma racêmica de alanina. À formação do aminoácido racêmico ocorre com a troca da ligação de imina que retorna ao grupo amino dá enzima (a etapa da hidrólise que é o reverso do primeiro estágio mostrado acima). Rr B-— Enzima o E > H-—B— Enzima :B— Enzima Escreva o mecanismo mostrando como a iminá do PLP com uma enzima podem substituir uma imina do PLP com um substrato tal como a alânina. Escreva as estruturas de ressonância que mostram como 6 a-carbânion, intermediário na racemização da alanina, é estabilizado pela conjugação com o anel de piridina.  [26 aldeídos é Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 16.9 A ADIÇÃO DO ÁCIDO CIANÍDRICO Oáeido cianídricoL adicionado aos grupos.carbonila dos aldeídos e da maioria das cetonas pars Formar compostos denominados-cianoidrinas. As cetonas em que o grupo carbonila está extrema- mente impedido não experimentam esta reação. q Ro OH I “e RCH + Nz=+ HC PS H CN 7 RO 9H € + HCN T+ o Ras Cianoidrinas R N A adição de ácido cianfdrico por si mesma ocorre muito lentamente, porque o HCN é um nucleófilo fraço. A adição de cianeto de potássio, ou qualquer base que possa gerar íons cianeto a partir do áci- do fraco HCN, causa um-aumento dramático na taxa de reação. Este efeito foi descoberto em 1903 pelo químico inglês Arthur Lapworth: em seu estudo da adição de HCN, Lapworth tornou-se um dos criadores da visão mecanística da química orgânica. Lapworth adotou que a adição era iônica por natureza (uma percepção notável considerando que as teorias de ligação de Lewis e Kússel surgem 13 anos mais tarde). Ele propôs “que a formação de cianoidrinas é para ser representada como uma união comparativamente lenta de um íon negativo cianeto com a carbonila, seguida de uma combi- nação quase instantânea do complexo com o hidrogênio”.” Um Mecanismo para a Reação Formação da Cianoidrina O: O—H sa are a E =0, +uCmnN + € Tc “Rg Je SE OSNE: orem C=N: Co=N: E O fon cianeto, sendo um nucleófilo forte, está apto a atacar o átomo de carbono da carhonila muito mais rapidamente do que o próprio HCN e isto é a fonte de seu efeito catalítico. Uma vez que. a adi- ção de um fon cianeto ocorre, o átomo de oxigênio fortemente básico do alcóxido do intermediário remove um próton de qualquer ácido disponível. Se este ácido é o HCN, este passo regenera o íon cianeto. Bases mais fortes que o fon cianeto catalisam a reação-pela conversão de HCN (pk, = 9) a fon cianeto em uma reação ácido-base. Os íons cianeto, assim formados, podem atacar O grupo carbonila, p:PulCeN t+ BH + CIC=N: OQ ácido cianídrico líquido pode ser usado nesta reação (HCN é um gás na temperatura ambien- “ te), mas desde que HCN é muito tóxico e volátil, é mais seguro gerá-lo na mistura reacional, Isto pode ser feito pela misturação de aldeído ou cetona com cianeto de sódio aquoso e, então, adicio- na-se lentamente ácido sulfúrico à mistura. Mesmo com este procedimento, contudo, dexe ser tomado um cuidado extremo e a reação deve ser executada dentro de uma capela muito eficien- [e As cianoidrinas são intermediários úteis em sínteses orgânicas, Dependendo das condições usa- das, hidrólises ácidas convertem cianoidrinas a ácidos a-hidroxilados ou a ácidos a, B-insaturados. (O mecanismo para esta hidrólise é discutido na Seção 18.8H.) A preparação dos ácidos a “Lapaorth, À J Chem, Soc, VMA, 83, 995-1005. Para uma revisão refinada do trabalho de Lapaorth veja Sulteman, M. 4, Chem, Educ. 1972, 49, 750.752. DT o Es TBEES TT Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 27 hidroxilados a partir de cianoidrinas faz parte da síntese de Kiliani-Fisher para açúcares simples (Seção 22.94). HO HO O c *&, cncn,—c—en ES, cHcH—C—COH cHCHS >cH, já no dr cH, ; CH, Ácido e-hidroxilado [e SO, calor O | CoH cHCH=C CH 3 Ácido a, B-insaturado A redução de uma cianoidrina com hidreto de alumínio e lítio resulta em um B-aminoáleoo!: o OH OH HCN CT) LÁAIH Er 2 Fes emo * CF enom, Problema 16.16 » (a) Mostre como se deve preparar 0 ácido lático (CH,CHOHCO,H) a partir do acetaldeído, | passando pelo intermediário cianoidrina. (b) Qual a forma estereoisomérica do ácido lático que você obteria? 16.10 A ADIÇÃO DE ILÍDEOS: A REAÇÃO DE WiTTIG Aldeídos e cetonas reagem com ilídeos de fósforo para resultar em alceno e óxidos de trifenilfosfina, (Um ilídeo é uma molécula neutra que possui um carbono negativo adjacente a um heteroátomo positivo.) Os ilídeos de fósforo também são denominados fosforanos, R Rº R Rº Ei g ds um ho * /2=0 +(CHRP-C —» EE + 0=P(CH9, R' R” R' R” Aldeído Ilídeo de fósforo Aleeno Óxido de ou cetona (ou fosforano) fisômeros (E) e (Z)] trifenilosfina era Sopa gen, Esta reação. conhecida como reação de Wittig, tem se revelado um método valioso na sintese de descobriu esta reação em alcenos. A reação de Wittig é apropriada para uma ampla variedade de compostos; e embora possa 154. Wittig foi co-vencedor Tesultar em uma mistura de isômeros (E) e (Z), a reação de Wittig impõe uma grande vantagem sobre do Prêmio Nobel de as outras sínteses de alceno, já que não existe ambigilidade da localização da dupla ligação do pro- Quimica em 1979, duto. (Isto contrasta com as eliminações El, que podem resultar em alcenos múltiplos através de rearranjos dos intermediários para um carbocátion mais estável; tanto as reações de eliminação El quanto E2 podem produzir produtos múltiplos quando f-hidrogênios diferentes estão disponíveis para serem removidos.) Osilídeos de fósforo são facilmente preparados a partir de trifenilfosfina e haletos de alquila. Suas preparações envolvem duas reações: Reação Geral m a L KR Reação 1 (CP + PcHx —» (ColihP— CH Ne R Rº Trifenilfosfina Um haleto de alquiltrifenilosfônio 30 — aldeidose Cetonas 1. Adição Nucleofilica ao Grupo Carbonila Problema 16.17 > Em (a). primeiro produzimos o ilídeo a partir do 2- -halopropano e, então, fazemos com que: ele reaja com o benzaldeído, (a) (CH;).CHBr + (Co P —> (CH; )CH—P(C,Ho); br dis (CH6— PH); E, (cn).c=cHeH, + (CHjP=0 Em (b), produzimos o ilídeo a partir do haleto de benzila e fazemos com que ele reaja com a ace- tona. (b)CAHCH,Br + (CH) P —» CHCH,—P(CH,), Br a coin Ho, CO, cn CH=C(CH; + (CHP=0 Uma reação de Wittig modificada, amplamente usada, é a de Horner-Wadsworth-Emmons, A reação de Homer-Wadsworth-Emmons envolve o uso de um éster fosfonato ao invés de um sal de trifenilfosfônio: O produto principal é normalmente o isômero (E) do aleeno. Algumas bases que são tipicamente usadas para formar o carbânion do éster fosfonato incluem o hidreto de sódio, terc-butóxido de potássio e butilítio. A seguinte segiiência de reações é um exemplo. Etapa | O Nat OQ | Na - | a ———p a + H—H OEt OEL Um éster fosfonato Etapa 2 nr Da í ( prênme OEt + H €C=€ + e Lise Na” OEt a OE: (Bá%6) O éster fosfonato é preparado pela reação de um fosfito de trialquila [(RO),P] com um haleto apro- priado (um processo chamado de reação Arbuzov). Segue um exemplo. O | (pre —x + EO— ii om — (ph sm OEt + EX des OEt Fosfito de trietila Além da trifenilfosfina, considere que você tenha disponível como matéria-prima quaisquer aldeídos, cetonas e haletos orgânicos necessários. Mestre como sintetizar os seguintes alcenos utilizando a reação de Wittig: (8) Cutig=Ch, HE cH, O fe, HC 4 (b) o CH, Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila MM ele CH, 8, (d) (e) CH,CHCH=CCH,CH, (f) CH CH=CHCH=CH, (8) CHCH=CHCH, » e- Problema 16.18» A trifenilfosfina pode ser usada para converter epóxidos a alcenos, por exemplo, “o E CH AH; CH-C— CH + (CH)P:—» nr C=CS + (CHOPO | H CH, Propor um mecanismo plausível para esta reação. À de são 16.1 | A ADIÇÃO DE REAGENTES ORGANOMETÁLICOS: ido A REAÇÃO DE REFORMATSKY Na Seção 12.8, estudamos a adição de reagentes de Grignard, compostos de organolítio e alquinetos de sódio a aldeídos e cetonas. Estas reações, como veremos, podem ser usadas para produzir uma ampla variedade de álcoois: 8-5 s I , I RMS elo —>» R—C-oMgx E + R—C—OH - fé a | . | Ri Seo —R—t-ou E, p-c—-oH 8/8 I + RC= Ra Sob —+ RC=C—C—oNa LO, Re=C—C—OH Agora examinaremos uma reação similar que envolve a adição de um reagente organozinco ao grupo carbonila de um aldeído ou cetona. Esta reação, denominada reação de Reformatsky, aumenta a cadeia carbônica de um aldeído ou cetona, resultando em ésteres B-hidroxilados. Ela envolve o tratamento de um aldeído ou cetona com éster a-bromado na presença de zinco metálico; o solvente mais frequentemente usado é o benzeno. O produto inicial é um alcóxido de zinco, que deve ser hi- drolisado para levar ao éster B-hidroxilado. BrZnO HO p Ng | Zn HO le | O + Br—C—COR e —fHé-coR +, —Ç*-Co;R Aldeído Ester a-bromado Éster ou B-hidroxilado cetona O intermediário da reação aparece como sendo um reagente organozinco adicionado ao grupo carbonila, de forma análoga ao de um reagente de Grignard. - Um Mecanismo paraa Reação Reação de Reformatsky sp BrZn0 HO lo Sob | mp | 3 A &- | Br—€—COR —s BrZn'C-CO,R os =f—E-cor +, =p com benzeno Já que o reagente organozinco é menos reativo do que o reagente de Grignard, não é adicionado ao grupo éster. Os ésteres 8-hidroxilados produzidos na reação de Reformatsky são facilmente desi-  32 Aldeídose Cetonas |. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila dratados à ésteres o, B-insaturados, porque a desidratação resulta em um sistema em que a dupla liga ção carbono-carbono é conjugada com a dupla ligação carbono-oxigênio do Ester. af e! as =C=0— Cor + Seg Í | Calor a H (=H,0) a a E o Ester Ester B-hidroxitado q, B-insaturado Exemplos da reação de Reformatsky estão a seguir (onde Et = CH,CH—: ab a CH.CH,CH,CH + BrCH,CO,Et —— CH.CH.CH.CHCH,CO,Et o cH, oH CH, CH;CH + Br=€=CO pt qi» CHCH—E—co Et cH, cH, cn, oH CH, (ly Zn Í | CHLCH + Br—CH—CO,Et-—+ CAH.CH—CH—CO,Et ço x Problema 16.19 » Mostre como você usaria uma reação de Reformatsky na síntese de cada um dos seguintes | compostos. (Etapas adicionais podem ser necessárias em alguns momentos.) sa (a) (CH, CCH.CO,CH.CH, (e) CH.CH,CH,CH,CO,CH.CH, OH (b) (Peron, CH, | | | | | 16.12 OXIDAÇÃO DE ALDEÍDOS E CETONAS | Os aldeídos são muito mais facilmente. oxidados que as cetonas, Os aldeídos são rapidamente oxi- dados por agentes oxidantes fortes, tal como permanganato de potássio; e são também oxidados por agentes oxidantes moderados, como o óxido de prata, | q al | - + | ren O, rg LO, rcon Í Í í | ” + | | rcH SOL, pco- E, RCom | Observe que nestas oxidações.es-aldeídos perdem q hidrogênio que é anexado ao átomo de carbono da carbonila, Como as cetonas não possuem este hidrogênio, elas são muito mais resistentes à oxidação. 16.12A A Oxidação de Baeyer-Villiger de Aldeídos e Cetonas Tanto aldeídos quanto cetonas são oxidados por peroxiácidos, Esta reação, denominada oxidação | de Baeyer-Villiger, é especialmente útil para cetonas, porque as converte a ésteres carboxílicos. Por exemplo, tratando-se a acetofenona com um peroxiácido, ocorre a conversão ão éster, acetato de fenila. dad RCOOH CH—-C—CH,————— CH,—0—C—CH, Acetofénona Acetato de fenila O mecanismo proposto para esta reação envolve as seguintes etapas. emo Doni Aldeídos e Cetonas L. Adição Nueleofílica o Grupo Carbonila 35 | | c-H || Transmitância (56) | E | ÉH aldetdica 30 | Lodo EL aldetdica | L (Beformação) | |! Cp (estiramento) | | IH | || L | Aromática | e) | EH full] 20 (estiramento) “2 O | (deformação no plano) | | | alifática BLA] dj SE C=CC-H MI 10: estiramento) [Esiramentio Í “estiramento: (deformação fora do pidho) o j U no anel L 1 I 4000 3600 G200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 00 po Número de onda (em!) Fig. 16.1 O espectro de infravermelho do feniletanal. A localização da absorção da carbonila de cetonas cíclicas depende do tamanho do anel (compa- rar os compostos cíclicos da Tabela 16.3). À medida que os anéis ficam menores, o pico de estira- mento da ligação C==0 se desloca para fregiiências maiores. As vibrações da ligação C—H do grupo CHO dos aldeídos também apresentam duas bandas fra- cas nas regiões 2700-2775 é 2820-2900-cm”! que são facilmente identificadas. A Figura 16.1 mostra o espectro IV do feniletanal. 16.14B Espectro RMN de Aldeídos e Cetonas Espectro PC RMN O átomo de carbono da carbonila de um aldeído ou cetona apresenta sinais característicos de RMN na região de à 180-220 no espectro de "C. Já que quase nenhum outro sinal ocorre nesta região, a presença de um sinal nesta região (próximo a 8200) sugere fortemente a pre- sença de grupo carbonila, Espectro 'H RMN Um próton aldeídico apresenta um sinal no campo baixo distante na região (8 9-10) onde quase não há outro próton absorvendo; portanto, é facilmente identificado. O próton aldeídico de um aldeído alifático apresenta um acoplamento spin-spin com prótons em carbonos ad- jacentes «, e o padrão de desdobramento revela o grau de substituição do carbono a. Por exemplo, no acetaldeído (CH,CHO), o sinal do próton aldeídico é desdobrado em um quarteto por três prótons metílicos e o sinal do próton é desdobrado em um dupleto pelo próton do aldeído. A constante de acoplamento é cerca de 3 Hz. Os prótons no carbono a são desblindados pelo grupo carbonila e seus sinais geralmente aparecem na região de à 2,0-2,3. As metil cétonas apresentam um singleto característico (3H) próximo de 8 2,1. As Figs. 16.2 e 16.3 mostram os espectros 'H e “O do feniletanal. 16.14€ Espectro de Massa de Aldeídos e Cetonas O espectro de massa de cetonas normalmente apresenta um pico correspondente ao fon molecu- lar. Os aldeídos tipicamente produzem um pico proeminente em M: — jno seu espectro de massa à partir da clivagem do hidrogênio do aldeído. As cetonas normalmente sofrem clivagem em qualquer lado do grupo carbonila para produzir íons acílio, RC==0*, onde R pode ser um grupo alquila de qualquer lado da cetona. A clivagem via rearranjo de MeLafferty (Seção 9.16C) também é possi- vel em vários aldeídos e cetonas. 16.14D Espectro UV Os grupos carbonila de aldeídos e cetonas saturados dão uma banda de absorção na região de UV entre 270 e 300 nm. Esta banda é deslocada para comprimentos de onda maiores (300-350 nm) quan- do o grupo carbonila está conjugado com uma ligação dupla.  Aldeidos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila Su (ppmj Fig. 16.2 O espectro de 'H RMN, a 300 MHz, do feniletanal. O pequeno acoplamento entre os prótons aldeídico e metilênico (2,6 Hz) é mostrado nos gráficos inseridos. CHs | | CH CCI ] tab a (bh TMS ” saude nd E ted dpi ds Lidas do dt! 160 140 120 100 so so ao pr o 8 (ppm) Fig. 16.3 0 espectro PC RMN, desacoplado de próton, do feniletanal. Às informações do PC RMN DEPT e os carbonos assinalados estão mostrados próximos a cada pico. As reações de adição nucleofílica de aldeídos e cetonas que ocorrem no átomo de carbono da carboni que nós estudamos até agora, estão resumidas abaixo. No Cap. 17, veremos outros exemplos. Reações de Adição Nucleofílica de Aldeídos e Cetonas 1. Adição de Compostos Organometálicos Reação geral +» REM fa o. Í N é C=0—+ —C—DoM'—»+ —C—0—H A [EM] e a PR] Aldeídos e Cetonas L. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila 37 Exemplo Específico Usando o Reagente de Grignard (Seção 12.7) 0H | (1) ELO | CH,CHMgBr + CHC—H + CH,CH,CHCH, (6746) Exemplo Específico Usando a Reação de Reformaisky (Seção 16.11) 0 cH, HO CH, CH, GRCHCH + Br—€—CO,CHCR, Re CHHCHLCHE—CO,CHCH, CH, CH, CH, CH, (65%) 2. Adição de fon Hidreto Reação geral - | | me seão Ee H-€—on Exemplos Específicos Usando Hidretos Metálicos (Seção 12,3) ELO So + LIA, rar ea (90%) OH CH,OH I CH,CCH,CH,CH, + NaBH, Pr CH,CHCH,CH,CH, (100%) 3. Adição de Ácido Cianídrico (Seção 16.9) Reação geral | HA | N=C' + >e=0 q—+ Mr q—+ E + Am Exemplo Específico E. H£, mo tc, A Om A (2) HA PS HC HC” “CN Cianoidrina de acetona (78%) 4. Adição de Ilídeos (Seção 16.10) A Reação de Wirtig a x [] An Fác=o e E Ego C=C + ArPO AS ERG Ar,P—O 5. Adição de Álcoois (Seção 16.7) Reação geral im a” I ROH | R—0H + f=0 + eos A BP DEa + HOH Hemiacetal Acetal Exemplo Específico o io GH GH,OH + CH, CH == CHO—C—on SEO, cyo-c—oCH, + HOH An c— | | H H  40 aldeídose Cetonas 1, Adição Nucieofílica ao Grupo Carbanilá Dica: O espectro de *C RMN de L consiste de sinais em 5 166,7; 8 144,5; 8 122,8: 5 60,2. 517,9c8 14,3. 16.33 Aquecer o piperonal (Seção 16.3) com solução aquosa de HCI diluída fornece um composto com a fórmula C,H,O.. O que é este composto e qual tipo de reação está envolvida? 16.34 Partindo do brometo de benzila, mostre como você sintetizaria cada um dos seguintes com- postos: (a) CHCH.CHOHCH, (c) CH CH=CH— CH=CHC,H, (b) CH.CH,CH.CHO (d) CH.CH,COCH.CH, 16.35 Os compostos A e D não dão teste de Tollens positivo; contudo, o composto C dá. Dê as es truturas para A-D. 4-Bromobutanal Not HA Ea A (CH, O,Br) Me BO Ru 1) CHCHO CH,OH [B (CH, MgO,Br)] Soro» € (CoH,:0:) Ta —+ D (C,H,,0,) 16.36 Apresente os reagentes necessários e os intermediários para a síntese seguinte: no )cnon 2, cHO cH,oH Lp 2 Lp | om ou | | mA cnencos Dy cmo (O eneuenon | CH, CH, 16.37 Aqui está esquematizada a síntese do gliceraldeído (Seção 5.14A). Quais são os intermediá- ros A-C e quais formas estereoisoméricas do gliceraldeído você obteria? PCC H, CH;=CHCH,OH q» A (C;H,0) Ota, EMnO, OH- Hds B(CH,0.) +» C(CH0) no” gliceraldeido 16.38 Considere a redução do (Rj-3-fenil-2-pentanona pelo borohidreto de sódio. Após a redução estar completa, a mistura é separada por cromatografia em duas frações. Estas frações con- têm compostos isoméricos e cada isômero é opticamente ativo. Quais são estes dois isômeros e qual é a relação de estereoisomeria entre eles? 16.39 A estrutura do feromônio sexual (atraente) da mosca tsé-tsé fêmea tem sido confirmada pelas seguintes sínteses. O composto C mostra-se idêntico ao feromônio natural em todos os as- pectos (incluindo a resposta da mosca tsé-tsé macho). Apresente as estruturas para A Be €. q Ê 1 Z(C HP 2 CHACH), OCH, BrCH(CH;),CH,Br E A (CH) SEC, Ho. Pt B(CH) + C(CH9) 16.40 Apresente os testes químicos simples que distinguiriam cada um dentre os seguintes pares de compostos: (a) Benzaldeido e álcoo! benzílico (d) 2-Hexanol e 2-hexanona (b) Hexanal e 2-hexanona (e) CHCH=CHCOC,H, e CHJCOC,H, (c) 2-Hexanona e hexano (fj Pentanal e éter dietílico | To | (g) CHCCHECH, e CHC=CHCCH, OCH, (h) | Í o Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucieofílica ao Grupo Carbonila 41 16.41 Os compostos W e X são isômeros; eles têm fórmula molecular C;H,O, O espectro de IV de cada composto mostra uma banda de absorção forte próxima de 1715 em"!. A oxidação de qualquer um dos compostos com permanganato de potássio básico e quente seguido de acidi- ficação fornece o ácido ftálico. O espectro de 'H RMN de W mostra um multipleto em & 7,3 e um singleto em 5 3,4. O espectro de 'H RMN de X mostra um multipleto em 5 7,5, um tripleto em à 3,1 e um tripleto em 5 2,5. Propor estruturas para Wc X. EX. coH Ácido ftálico 16.42 Os compostos Y e Z são isômeros com fórmula molecular C,,H,,0. O espectro IV de cada composto mostrou uma banda de absorção forte próxima a 1710 em"!. Os espectros de !'H RMN de Y e Z estão dados nas Figs. 16.4 e 16.5. Proponha estruturas para Y e Z. 4 CyoM 20 — | TMS Sa tpm) Fig. 16.4 O espectro de 'H RMIN, a 300 MHz, do composto Y, Problema 16,42. As expansões dos sinais estão apresentadas em gráficos inseridos. £.CyoH50 fi !) : | TMS | ; ) | i 2,9 ar En Sy (ppm) Fig. 16.5 O espectro de 'H RMN, a 400 MHz, do composto Z, Problema 16,42, As expansões dos sinais estão apresentadas em gráficos inseridos. 42 Aldeídos eCetonas |. Adição Nucleofílica ao Grupo Carbonila € retesçinte o 20 200 180 180 440 170 100 80 E 40 DD o A tppmi) Fig. 16.6 O espectro de “C RMN, desacoplado de próton, do composto A, Problema 16,43. As informações dos espectros do “C RMN DEPT são dadas acima dos picos. 16.43 O composto A (C,H,,0) forma a fenilhidrazona, mas dá negativo no teste de Tollens. O espectro de IV de A possui uma banda forte próxima de 1710 em!. O espectro de “C RMN, desacoplado de próton, de A. é dado na Fig. 16.6. Proponha uma estrutura para A, 16.44 O composto B (C,H,,0;) mostra uma forte absorção de carbonila em seu espeetro de IV. O espectro de “C RMN, desacóplado de próton, de B, é dado na Fig. 16.7. Proponha uma estru- tura para B. 16.45 Quando a semicarbazida (H)NNHCONH,) reage com uma cetona (ou um aldeído) para for- mar uma semicarbazona (Seção 16.84), apenas um átomo de nitrogênio da semicarbazida age como um nucleófilo e ataca o átomo de carbono da carbonila de uma cetona. O produto da reação consegiientemente é R,C==NNHCONH,, ao invés de R,C==NCONHNH,. Quais fatores devem ser considerados para o fato de que os dois átomos de nitrogênio da semicarbazida são relativamente não-nucleofílicos? | CHa B.CgH20> ' TMS e Ê | | C CDCIy | | ' A Pre oa > O si ol, a at mai, E ; Ly is E | 220 200 180 160 140 120 100 so au 20 õ | Se (ppm) mn Fig. 16.7 0 espectro de “C RMN, desacopiado de próton, do composto B, Problema 16.44. As l informações dos espectros do "PC RMN DEPT são dadas acima dos picos. E rã Fa- ça “Tn E dê os Aldeídos e Cetonas 1. Adição Nucleofílica ao Grupo Cabonila 45 f O q | 1,-0H | E MEGAS CO HSO, o CH, OH CH,OH 6 z 3 Jato, O HO o | y | É CH,OH HO | qNute q H HO oH a y CO; H Co,F OH CoH a 6 5 (1) NH, (2) NaúCI HO E CH — CH,0H E CH.0H PANHNH, HOY HS H HNHNH, PhOHOVH.SO, H Ho NH HO cHO CH==NNHPh cHO o OH NNHPh 8 Jpemeios HO, HO > CH,O0H H' Mme HM : o 8% HI H HO EN H Õ OH  Capítulo | I Aldeídos e Cetonas Il. Reações Aldólicas TIM (Isomerase Fosfato de Triose) Recicla o Carbono via um Enol Um enol é um álcool vinílico, ou um alceno-áicool. Os enóis são o centro para a vida, assim como para as reações que iremos estudar neste capítulo. Por exemplo, um intermediário enol ocupa um papel-chave na glicólise, um caminho usado por todos os serês vivos para a produção de energia através da clivagem da glucose. Se não fosse pela intermediação de um enol, à produção líquida do ATP, apenas da glicólise, seria nula. OH N / C=€ / h Um enol Na primeira etapa da glicólise, uma molécula de C, da glucose é dividida em duas moléculas de C, diferentes [fosfato de diidroxiacetona (DHAP, sigla em inglês) e à-fosfato de gliceraldeido (GAP- sigla em inglês)]. Este processo consome ener- gia na forma de duas moléculas de ATP: Na segunda etapa da glicólise, o metabolismo de um dos intermediários C. (GAP), provoca a formação de duas moléculas de ATP. Porianto, até este ponto à produção de energia de glicólise é zero. Contudo, uma enzima chamada isomerase fosfato de triose (TIM ou TPI) recicla o intermediário C, (DHAP) não-usado, formado a partir da glucose, para que uma segunda passagem pela Etapa IH da glicólise seja possível. O metabolismo da segunda unida- de €, produz mais duas moléculas de ATP. que resulta em um rendimento global pela glicólise de dois ATPça partir de uma molécula de glucose. Um diagrama desta sequência é mostrado no esquema a seguir: Glicose (C;H,,09) | ATP Glicólise, Estágio 1 W | 3 ADP in E a Glicólise, Estágio 1 E ú 24 ADP) 2IZATP) H—C—0H Sat er €=0 + Hi=C=a0H —» ==. =P + =» C= 0 | | (Rendimento liquido de 2 ATP) ] H.C—0PO? H;C—OPO? CH; DHAP GAP Pirúvato ES Catalisado por TIM Z Ee i SE H,cópo7- OH Intermediário enodiol —————— de lu ta Aldeídos é Cetonas I]. Reações Aldólicos 47 iremos usar os enóis e os enolatos (a base conjugada de um-enol) nas reações para fazer ligações carbono-carbono, um exem- plo dos quais é conhecido como uma reação aldólica. Curiosamente, o precursor direto do DHAP e o GAP na glicólise é um upo de molécula chamada de aldol (um aldeído ou cetona com um grupo B-hidroxila). Este precursor é clivado para o DHAP = o GAP por uma enzima chamada aldolase. A Acidez dos Hidrogênios « dos Compostos Carbonilados: 17.5 Reações Aldólicas Cruzadas Ânions Enolatos 17.6 Cielizações via Condensações Aldólicas Tautomeria Ceto-enólica 17,7 Enolatos de Lítio Reações via Enóis e Ânions Enolatos 17.8 Selenação a: Uma Síntese dos Compostos Carbonilados A Reação Aldólica: A Adição de Ânions Enolatos aos q, Insaturados Aldeídos e às Cetonas 17.9 Adições aos Aldeídos e Cetonas «,p Insaturados [7.1 A AciDEZ DOS HiproGêÊNIOS a DOS COMPOSTOS CARBONILADOS: ÂNIONS ENOLATOS No Cap. 16, descobrimos que uma característica importante dos aldeídos e das cetonas é sua ca- pacidade de sofrer adição nucleofílica nos seus grupos carbonila. oH MK E) C=0+H—Nu—+ Se Adição A e “a nuclcofilica eu Umia segunda característica importante dos compostos carbonilados é a acidez excepcional dos átomos de hidrogênio sobre os átomos de carbono adjacentes ao grupo carbonila. (Estes átomos de hidrogênio são normalmente chamados de hidrogênios «, e o carbono ao qual eles são ligados, o carbono q.) fel R—C fade H H Hidrogênios a a Na Hidrogênios E exiraordinariamente acídicos não são avídicos (pA, = 19-20). (pk, = 40-50). Quando dizemos que os hidrogênios a são acídicos, queremos dizer que eles são excepcioral- mente acídicos em relação a átomos de hidrogênio ligados ao carbono. Os valores pK, para os hi- drogênios a dos aldeídos ou cetonas mais simples estão por volta de 19-20 (K, = 10:-= 10-29), Isto significa que eles são mais acídicos que os átomos de hidrogênio do etino, pk, = 25 (K, = 10), e são muito mais acídicos do que os hidrogénios do eteno (pK, = 44) ou do etano (pK, = 50). O motivo desta acidez excepcional dos hidrogênios « dos compostos carbonilados, É que o grupo carbonila-é um retirante desléiron Toro (Seção 3.10) e quando o composto carbonilado perde um próton «, o ânion produzido fica estabilizado pela ressonância. A carga negativa do ânion é deslocalizada. ; Go RD o ado Ea 4 y Pal tan Em ++ CC ++ í€C=C+HH—B se + f a f N A B (e Ânion estabilizado por ressonância Observamos desta reação que duas estruturas de ressonância, A e B, podem ser escritas para 0 ânion. Na estrutura À, a carga negativa está sobre o carbono, e na estrutura B, a carga negativa está  50 — Aldeídose Cetonas HI. Reações Aldólicas A racemização ocorre nã presença de ácidos ou bases, pois a cetona muda lenta, mas reversivel- mente, para seu enol, é o enol é aquiral, Quando o enol reverte para sua forma ceto, ele produz quan- tidades iguais de dois enantiômeros. Es f o + Ga, pa rh e(=ssec-Butil C—CC,H, ME E=c —+ fenil cetona HCA Ui f N (ma forma racêmica HH HC CH. mostrada anteriormente), (RH + -sec-Butil Enol Tenil cetona (aquiral) Ê (quiral) A base catalisa a formação de um enol através da formação do intermediário, um ânion enolato. Um Mecanismo para a Reação Enolização Catalisada por Base | nom ds is BA se + Sec” = a +:0H- o = a pre ET “e L HO? H TA h Cetona Anion enolato Enol (quiraly (aquiral) (aquiral) | O ácido pode catalisar a enolização da seguinte forma: Um Mecanismo para a Reação Enolização Catalisada por Ácido gt na Lota e IH 0—H Cc + = .Cre + €=c + H—0- "7 x H “A « E H H H H + H Cetona de Enol tquiral) “ga (aquiral) H Problema 17.2 > Em cetonas cíclicas, o enol ou ânion enolato formado pode ser (E) ou (Z). A protonação sobre uma face do isômero (E) e a protonação sobre a mesma face do isômero (Z) produz enantiômeros. Você esperaria que cetonas opticamente ativas, tais como as seguintes, sofressem a racemização — Catalisada por ácido ou base? Explique sua resposta. 25 cem de H CcHZ o END * fa CH, H CH, o CH Es | Problema 17,3 > Problema 17.4 > Aldeídos e Cetonas IL. Reações Aldúlicas 51 Quando uma sec-butil fenil cetona é tratada com OD” ou D.O*, na presença de D,O, a cetona sofre intercâmbio de hidrogênio-deutério e produz este composto: CH, CH,—CD—cocCH, Escreva os mecanismos que explicam este comportamento. Os diastereômeros, cuja configuração difere em um estereocentro apenas, são às vezes chamados de epímeros. À tautomerização ceto-enólica pode, às vezes, ser usada para converter um epimero menos estável em um mais estável. Este processo de equilíbrio é um exemplo da epimerização. Um exemplo é a epimerização do cis-decalona em trans-decalona. Q H HQ eis-Decalona trans-Decalona Escreva um mecanismo usando o etóxido de sódio em etanol para à epimerização do cis-decalona em trans-decalona. Desenhe as estruturas conformacionais de cadeira que mostram por que o rrans-decalona é mais estável do que o cis-decalona. 17.3B Halogenação das Cetonas As cetonas que possuem um hidrogênio a reagem imediatamente com os halogênios pela substi- tuição, As velocidades destas reações de halogenação aumentam quando os ácidos ou bases são adi- cionados e a substituição ocorre quase que exclusivamente no carbono a: 1 E —C—C— + x, Ls —C—-C— + HX 2 ou base Este comportamento das cetonas pode ser explicado em termos de duas propriedades relacionadas que já haviamos encontrado: a acidez dos hidrogênios «das cetonas e a tendência das cetonas para formar enóis. Halogenação Promovida por Base Na presença de bases, a halogenação ocorre através da lenta formação de um ânion enolato ou um enol, seguida por uma reação rápida do ânion enolato ou enol com halogênio, Um Mecanismo para a Reação Halogenação dos Aldeídos e Cetonas Promovida por Base nas o 5 O: 6) 10H | ç o ag SS rápido MN a Etapa l Bi + AE EE» B:H + Du E “c=c + Br Ânion Enol enolato  52 atdeidose Cetonas TI. Reações Aldólicas | Etapa? De E li e id E 5 go ng O: O: E r | e O ARE I » I » Ânion enolato | Como iremos ver na Seção 17.3€C, podem ocorrer halogenações múltiplas. Halogenação Catalisada por Ácido. Na presença de ácidos, a halogenação ocorre através da lenta formação de um enol, seguida pela rápida reação do enol com o halogênio. , Um Mecanismo para a Reação Halogenação dos Aldeídos e Cetonas Catalisada por Ácido :B- 4 H é H ; E | Ney rápido SAR lento E Etapa À ET + Ce DO DE deb T—+ = + H:B Enol pera AO f PER = A ápid Hiopod ROX Cuco q UA +x- . GERE ES X p2ne, E. | Las rápido I Etapa 3 E ta +X- NE ES + HX | Problema [7,5 > Problema 17.6 > Parte da evidência que apóia estes mecanismos vem dos estudos da cinética da reação. Tanto as —— halogenações das cetonas promovidas por base ou catalisadas por ácido apresentam velocidades ini- ciais que são independentes da concentração de halogênio. Os mecanismos que descrevemos estão de acordo com esta observação; em ambos os casos, a etapa lenta do mecanismo ocorre antes da in- tervenção do halogênio. (As velocidades iniciais também são independentes da natureza do halogênio; veja Problema 17.6,) Por que dizemos que a halogenação das cetonas em base é “promovida por base” em vez de “catalisada por base”? Evidência adicional para os mecanismos de halogenação, que acabamos de apresentar, advém dos seguintes fatos: (a) A sec-butil fenil cetona opticamente ativa sofre racemização catalisada por ácido a uma velocidade exatamente equivalente à velocidade na qual ela sofre a halogenação catalisada por ácido. (b) A sec-butil fenil cetona sofre iodinação catalisada por ácido, na mesma velocidade em que sofre a brominação catalisada por ácido. (c) À sec-butil fenil cetona sofre intercâmbio de hidrogênio-deutério catalisado por base, na mesma velocidade que sofre a halogenação promovida por base. Explique como cada uma destas observações apóia os mecanismos que apresentamos. Di cus  Aldeídos e Cetonas 1. Reações Aldólicas 55 O mecanismo pará audição aldólica ilustra duás características importantes dos compostos carbonilados: a acidez de seus hidrogênios e à tendência de seus grupos carbonila em sofrer adição nucleofílica, Um Mecanismo para a Reação A Adição Aldólica É Etapa 1 pa a H—O + HLEH,—C—H == LcuC—H ++ CH=C—H ] + Ho Ânion enolato H Nesta etapa a base (um fon hidróxido) remove um próton do carbono « de uma molécula de acetaldeido para produzir um ânion enolato, estabilizado pela ressonância. “o” “o” 0: | Etapa? CH;—C—H + :CH—C—H += cH—CH—CH,—C—H RE A Um ânion alcóxido E cH=C—H O ânion enolato reage então como um nucleófilo — como um carbânion — e ataca O carbo- no de carbonila de uma segunda molécula do acetaldeído, produzindo um ânion alcóxido. Etapa 3 30: o a | | A | | s cH,—CH—CH;—C—H + HSo— —+ tm, en—ca,—-C—H + “Oh Base mais forte Aldol Base mais fraca O ânion alcóxido remove agora um próton de uma molécula de água para formar aldol. | 17.4 A Desidratação do Produto de Adição Aldólica Se a mistura básica que contém o aldol (no exemplo anterior) for aquecida, ocorre à desidratação go 2-butenal (crotonaldeído) será formado. A desidratação ocorre imediatamente devido à acidez do restante do hidrogênio a (apesar de O grupo retirante ser um íon hidróxido) e devido do preduto ser estabilizado, por possuir ligações duplas conjugadas. Um Mecanismo para à Reação Desidratação do Produto de Adição Aldólica As ligações duplas do Estes hidrogênios alceno & carbonila a ( são acídicos são conjugadas 0 —H “o “o y | | : ã cH,—CH qe ii cH—CH=CH—C—H + H—Q! + H—O: à 2-Butenal h (crotonaldeído) ag  56 Aldeidos e Cetonas II, Reações Aldólicas Problema 17,7 > A reação aldólica: uma ferramenta para a síntese, Em algumas reações aldólicas, a desidratação ocorre tão rapidamente que não conse guimos isolar 6 pro- duto na forma do aldol; em vez disso, obtemos o derivado enal (alceno aldeído). Ocorre uma condensa- ção aldólica, em vez de uma adição aldólica. A reação de condensação é aquela na qual as moléculas são unidas através da eliminação intermolecular de uma pequena molécula, como a água ou um álcool. Produto da adição Produto da condensação í js, í 2RCH,CH HE» | Ret LenqeeR es ROHCH=0—CH R R Nao-isolado Um enal tum aldeido a, B-imsaturado) 17.4B Aplicações nas Sínteses A reação aldólica é uma reação geral dos aldeídos que possuem um hidrogênio «O propanal, por exemplo, reage com o hidróxido de sódio aquoso para produzir o 3-hidro xi-2-metilpentanal. o 0H O i OH 2CH,CH.CH e CH,CH,CHCHCH CH, Proparial 3-Hidroxi-2-metilpentanal (55 60%) O | (a) Mostre todas as etapas na adição aldólica que ocorrem quando o propanal ch É trata- oH O [nel do com base, (b) Como você explica o fato de que o produto da adição aldólica é CH,CH,CH ques e não 0H O cH, | j CH.CH,CHCH,CH,CH? (c) Que produtos você acha que serão formados, se a mistura da reação for aquecida? E A reação aldólica é importante na síntese orgânica, pois ela nos oferece um método para unir duas moléculas menores através da introdução de uma ligação carbono-carbono entre elas. Devido aos produtos aldólicos conterem dois grupos funcionais, —OH e —CHO, podemos usá-los para várias reações subsegientes, Exemplos são os seguintes: oH O oH “doom co vapa, | : 2RCH,CH Er RCH,CAÇHCH —+ RCH;CHCHCH,OH ; l | R Aldeído Um aldol Um L-diol = A] HO O g Hi uam Ren can6s (CON + — RCHCH=CCH + ROS rec Õn R pressão R R Um álcool saturado Um aldeido Lim álcool alílico e B-insaturado fita 6 OQ RCH,CH.CHCH R Um aldeido “0 LiAlH, reduz o grupo carbonila de aldaidos e cetonas q, insaturados. O compósto NaBHL sempre reduz tunbérm à ligação dupha de carbono-carbónc. Problema 17.8 > Problema 17.9 > == reação retro-aldúlica =ebogica É uma etapa- e na glicúlise (veja a ta de abertura do zo. 16). Aldeidos e Cetonas Il. Reações Aldólicas AY Um processo industrial para a síntese do |-butanol começa com o acetaldeído. Mostre como esta síntese poderá ser feita. Mostre como cada um dos seguintes produtos poderia ser sintetizado a partir do butanal: (a) 2-Etil-3-hidroxiexanal (b) 2-Etil-2-hexeno-1-ol (e) 2-Etil-I-hexanol (d) 2-Etil-1 3-hexanodiol (o repelente de insetos “6-127), As cetonas também sofrem adições aldólicas catalisadas por base, mas para elas o equilíbrio é desfavorável. Esta complicação, contudo, pode ser ultrapassada, ao preparar a reação em um recipi- ente especial que permite que o produto seja removido, à medida que é formado, sem ter contato com a base. Esta remoção do produto desloca o equilíbrio para à direita e permite adições aldólicas com várias cetonas, com êxito. À acetona, por exemplo, reage como segue: oH O | oH E 2 CH,CCH, +=* CH,CCH,CCH, CH, (80%) 17.4€ Reversibilidade das Adições Aldólicas A adição aldólica é reversível. Se, por exemplo, o produto obtido da adição aldólica (veja acima) é aquecido com uma base forte, ela reverte para uma mistura equilibrada que consiste principalmente de -95% de acetona, Este tipo de reação é chamada de reação retro-aldol. OH o 0; O O o O | | ou: tá | | Ho I CH€—CHCCH, arT* CHACCCHLCOH, = CHE + -5CHOCH, aços 2H CCH, CH, : cH, cH, (5%) (95%) 17.4D Condensações Aldólicas Catalisadas por Ácido As condensações aldólicas também podem ocorrer com ácido como catalisador. Tratar a acetona com o cloreto de hidrogênio, por exemplo, leva à formação do 4-metil-3-penteno-2-ona, o produto da condensação aldólica. Em geral, as reações aldólicas catalisadas por ácido levam à desidratação do produto de adição aldólica, formado inicialmente. Um Mecanismo para a Reação Reação Aldólica Catalisada por Ácido Reação o CH, | He1 Eco 2HC—€—CH —+ HC—C—CH=C—CH, + HO d-Metil-3-penteno-2-gna Mecanismo o" H +0— qi e maus HC—C—cH, + HCl: H,C—CLCH,H +CE: — OH HC—C=CH, +H—CI: O mecanismo se inícia com a formação do enol catalisado por ácido.  60 Aldeidos e Cetonas IT. Reações Aldólicas Problema 17.12 > Problema 17.13 > Problema 17.14 > I7.5A Reações Aldólicas Cruzadas Práticas Reações aldólicas cruzadas são práticas, usando bases do tipo NaOH, quando um reagente não possui um hidrogênio e e portanto não consegue sofrer uma autocondensação, pois não conse- gue formar um ânion enolato, Podemos evitar outras reações colaterais colocando este componente na base e adicionando na mistura, aos poucos, o reagente com um hidrogênio «. Sob estas condições, a concentração do reagente com um hidrogênio « é sempre baixa e grande parte dele se apresenta como em um ânion enolato. A principal reação que ocorre é aquela entre este ânion enolato e o com- ponente que não possui o hidrogênio «, O exemplo listado na Tabela 17.1 ilustra esta técnica. Na Seção 17.7, estudaremos um outro método para reações aldólicas cruzadas. Como os exemplos na Tabela 17.1 também mostram, a reação aldólica cruzada é sempre acompanha- da pela desidratação. Se a desidratação irá ocorrer ou não, dependerá das condições escolhidas para a re- ação; mas a desidratação é especialmente fácil quando ela leva a um sistema conjugado estendido. Tabela 17,1] Reações Aldólicas Cruzadas Este Reagente sem Este Reagente com um Hidrogênio a É Hidrogênio a É Colocado na Base Adicionado Lentamente Produto ; ; E? Gu CHCH + CH,CH,CH Eai CHCH=C—CH Benzaldeido Propanal 7-Metil-3-penil-2-propenal | A (a-metilcinamaldeído) | — (680%) | o o o Ii l ou I CHCH + C,H,CH,CH ne CH.CH=CCH | I CH, Benzaldeido Fenilacetaldeido 23-Difenil-2-propenal O cH, O à 7 HCH + cem “e, cH—C—cH CH,0H Formaldeido 2-Metilpropanal 3-Hidroxi-2,2- dimetilpropanal 12646) Esquematizada abaixo está a síntese de um composto usado nos perfumes, chamado aldeído de lírio. Forneça todas as estruturas faltantes. álcool p-tere-butilbenzílico e E ECHO dr, CH, GH Hu Pá-C CH, + aldeído de lírio (C, 1,90) Mostre como você poderia usar uma reação aldólica cruzada para sintetizar O cinamialdeído (CH CH=CHCHO). Escreva um mecanismo detalhado para a reação. Quando o excesso de formaldeído na solução básica é tratado com o acetaldeído, ocorre a seguinte reação: CH,0H 3 HCH + cHCH HER, gocn,—C—cHO CH,OH (82%) Escreva um mecanismo que explique a formação do produto.  te não PONSE- pnente lições, esenta | com- ca. Na anha- 3a re To. quer Aldeídos e Cetonas IT. Reações Aldólicas 17.5B Reações de Claisen-Schmidt Quando as cetonas são usadas como um dos componentes, as reações aldólicas cruzadas são cha- madas de reações de Claisen-Schmidt, em homenagem aos cientistas alemães 1.6. Schmidt tque descobriu a reação em 1880) e Ludwig Claisen (que a desenvolveu entre 1881 é 1889). Estas reações são práticas quando bases, como o hidróxido de sódio, são usadas, pois sob estas condições as ceto- nas não se autocondensam apreciavelmente. (O equilíbrio é desfavorável: veja Seção 17, 4€,) Dois exemplos das reações de Claisen-Schmidt são os seguintes: o o o C,H,CH + CH;CCH, ao CHCH=CHCCH, 4-Fenil-3-buten-2-ona (benzalacetona) (70%) o o o I | on | CHCH + CH,CC,H, “RE” CHCH=CHCCH, 1,3-Difenil-2-propen-I-orma (benzalacetofenona) (85%) Um Mecanismo para a Reação A Reação de Claisen-Schmidt Etapa ! as “o: 10:- “o E Ê Tl | a” H—0: + HScu,—C—cH, + “CH E—en, ++ CH=C—CH,| + Et Ânion enolato H Nesta etapa a base (um fon hidróxido) remove um próton de um carbono q de uma molécula da cetona, para fornecer um ânion enolato estabilizado por ressonância. * O: “o” U | | à Etapa 2 CH—C—H + “:CH—C—CH, ++ CH—CH—CH,—C—CH, Um ánion alcóxido | 10: | CH=C—CH, O ânion enolato age então como um nucleófilo — como um carbânion — e ataca o carbono carbonílico da molécula do aldeído, produzindo um ânion alcóxido. Etapa 3 Des “o” l E CH—CH—CH,—C—CH, + H=0—H —+ =" 9 CH—CH—CH,—C—CH, + :O—H O ânion alcóxido remove agora um próton de uma molécula de água. Etapa d Ed f CH, —CHpCH—C—CH, —>+ CH—CH=CH—C—CH, + a +H—O: H H a cp 4-Fenil-3-buten-Z-ona H— 0: thenzalacetona) A desidratação produz o produto conjugado.  62 Aldeidos e Cetonas IL Reações Aldólicas Nas reações de Claisen-Schmidt dadas acima, a desidratação ocorre prontamente, pois a ligação dupla que é formada se conjuga tanto com o grupo carbonila como com o anel de benzeno, Portanto o sistema conjugado é estendido. Uma etapa importante na síntese comercial da vitamina A usa a reação de Claisen-Schmidt entre o geranial e a acetona: q o du cl | Era A Ss | +cHCeu T+ | ia Geranial Pseudo-ionona (49%) O geranial é um aldeído que ocorre naturalmente, que pode ser obtido do óleo do capim-limão. Seu hidrogênio « é vinílico e portanto, não muito ácido. Observe também, nesta reação, que a desidrata- ção ocorre prontamente, pois a desidratação estende o sistema conjugado. Problema 17.15 > Quando a pseudo-ionona é tratada com BF, no ácido acético, ocorre o fechamento do anel e as iononas «e B são produzidas. Esta é a etapa seguinte na sintese da vitamina A. . O 6] | Toa + a-lonona Pseudo-lonona B-lonona (a) Escreva os mecanismos que explicam a formação das iononas «e B. (b) A ionona-B é o produto principal. Como você explica isso? (c) Qual ionona você espera que irá absorver, nos comprimentos de onda maiores, na região UV-visível? Por quê? 17.5€ Condensações com Nitroalcanos Os hidrogênios « dos nitroalcanos são bem mais acídicos (pK, = 10), muito mais acídicos do que aqueles dos aldeídos e das cetonas, A acidez destes átomos de hidrogênio, semelhante à dos hidrogê- nios «dos aldeidos e das cetonas, pode ser explicada pelo efeito retirante de elétron poderoso do grupo nitro e pela estabilização do ânion produzido por ressonância, o o O Pd Rea] SG A BC + PR RC. + H:B o o é Ânion estabilizado por ressonância Os nitroalcanos que possuem hidrogênio a sofrem condensações catalisadas por base com aldeídos e cetonas que se assemelham às condensações aldólicas. Um exemplo é a condensação do benzaldeido com nitrometano. | C,H,CH + CH,NO, > C,H,CH=CHNO, Esta condensação é especialmente útil devido ao grupo nitro do produto, que pode ser facilmente reduzido a um grupo amino. Uma técnica que provoca esta transformação usa o hidrogênio e o cala- lisador de níquel. Esta combinação não reduz apenas o grupo nitro, mas reduz também a ligação dupla: cHcH=cHNo, Lp c,H.CH,CH;NH, e eme tivi- uma dois TOS lerá lar e o » enolatos de lítio são uma “rramenta para a síntese, aravés das reações aidólicas cruzadas. Aldetdos e Cetonas Il. Reações Aldóticas 65 17.7A Formação Regiosseletiva dos Ânions Enolatos Uma cetona assimétrica como a 2-metilciclocxanona pode formar dois enolatos possíveis. Qual o enolato formado predominantemente irá depender da base usada e das condições em- pregadas. O enolato com a ligação dupla mais altamente substituída € o enolato termodina- micamente mais estável, da mesma forma que um alceno com a ligação dupla mais altamente substituída é o alceno mais estável (Seção 7.3). Este enolato, chamado de enolato termodinâmi- eo, é formado principalmente sob condições que permitem o estabelecimento do equilíbrio. Este será o caso em geral, se o enolato é produzido usando uma base relativamente fraca em um solven- te prótico. Bs des H T ' H orH o Este enolato É mais estável HC HE RE H pois a ligação dupla é mais ' RH + LH nd € Ed substituída. É o enolato += .—— +. predominante, presente solvente prótico no equilibrio. Enolato 2-Metilcicloexanona Enolato cinético termodinâmico menos estável) a (mais estável) Por outro lado, o enolato com a ligação dupla menos substituída é normalmente formado mais rapidamente, pois a remoção do hidrogênio necessário para produzir este enolato é menos esterica- mente impedido. Este enolato, chamado de enolato cinético, é formado predominantemente quando a reação é controlada cineticamente (ou controlada pela velocidade). O enolato favorecido cineticamente pode ser formado através do uso da diisopropilamida de lítio (LDA). Esta base forte, estericamente impedida, remove rapidamente o próton do carbono a menos substituído, da cetona, O seguinte exemplo, usando a 2-metilcilcoexanona, é uma ilustração. O solvente para a reação é o 1,2-dimetoxietano (CH,OCH.CH,OCH,), abreviado DME. O LDA re- move o hidrogênio do carbono «, —CH,—, mais rapidamente, pois ele é menos impedido (e porque há duas vezes mais hidrogênios para reagir). O OL” Este enolato se forma HOC Cl NE EN HC com maior rapidez pois a ; gta ' base muito impedida remove, H E to com maior velocidade, o DME próton menos impedido. Enolato cinético 17.7B Enolatos de Lítio nas Reações Aldólicas Dirigidas Um dos modos mais eficazes e versáteis de provocar uma reação aldólica cruzada é o uso de um enolato de lítio, obtido a partir de uma cetona como um componente, e um aldeído ou cetona, como outro. Um exemplo do que é chamado de reação aldólica dirigida é mostrado na Fig. 17.1. A regiosseletividade pode ser alcançada quando as cetonas assimétricas são usadas em reações aldólicas dirigidas pela geração do enolato cinético usando a diisopropilamida de lítio. Isto assegura a produção do enolato no qual o próton foi removido de um carbono « menos substituído. O seguinte é um exemplo: Uma Reação Aldólica via Enolato Cinético (Usando LDA) 7 o-Liº 9 CH,CH,CCH, + CH,CH,C=CH, CH,CH O-Li* o oH La nO | | CH,CH,CCH,CHCH, —» CH,CH,CCH,CHCH, (15%) Um único produto de reação aldólica cruzada  Aldeidos e Cetonas IL Reações Aldólicas a A cetona é adicionada ao LDA, cH,—CLCHH a base forte, que remove um e as hidrogênio a da cetona para a THE, =78€ produzir um enolato, Lit os | CH,-C=CH, H=CCH,CH, O aldeído é adicionado e o 5 enoluto reage com o aldeído o no seu carbono carbonílico. o | CH,CCH,CHCH,CH, ocli Uma reação de ácido-base ocorre ) pá quando, no final, água é adicionada, | 0H protonando o alcóxido de lítio, | CH,CCH,CHCH,CH, oH Fig. 17.1 Uma sintese aldólica, dirigida, usando o enolato de lítio. Se a reação aldólica (Claisen-Schmidt) foi executada de modo clássico ( Seção 17.5B), usando fon hidróxido como base, então pelo menos dois produtos teriam sido formados em quantidade signifi- cante. Ambos os enolatos cinéticos e termodinâmicos teriam sido formados a partir da cetona e cada um deles iria se adicionar ao carbono carbonílico do aldeído: a Uma Reação Aldólica que Produz uma Mistura via Ambos os Enolatos, Cinéticos e Termodinâmicos E ui (Usando uma Base Mais Fraca sob Condições Próticas) mer i 7 E OH io a if CH;CH,—C—CH, ade polia CH;CH,;—C=CH, + CH;CH=C—CH, Enolato cinético Enolato termodinâmico o o i | CH,CH CH,CH 1 I CH,CH,CCH,CHCH, CH GHECH, CHCH, | i ãe O ay isa [no no s e o OH o || | CH,CH,CCH,CHCH, — CH,CHCCH, quien, oH O produto resultante é mia mistura do aldol cruzado  Aldeídos e Cetonas TI. Reações Aldólicas 67 Problema 17.21 » Começando com cetonas e aldeídos de sua escolha, esquematize uma síntese aldólica dirigida de cada um dos seguintes compostos, usando os enolatos de lítio. o OH o OH | pi ER cr (a) HO CHCH, (e) es HER ICH RA MEC - SEMTEÇ | CH, ETFO-RJ . DAE O oH o o BIBLIOTEÇA a | [co] (b) CH,CH;CCH,CHCH, (d) CHCH=CHCCH,CHCH, | Problema 17.22 » Os compostos chamados «-bisabolanona e ocimenona, foram ambos sintetizados pelas sínteses Ê aldólicas dirigidas. Em ambas as sínteses, um composto inicial foi o (CH;),C="CHCOCH,. Esco- | lha outros compostos iniciais apropriados & esquematize as sínteses do (a) a-bisabolanona e (b) ocimenona, HC. OH HC o «-Bisabolanona 17.7C Alquilação Direta das Cetonas via Enolatos de Lítio A formação de enolatos de lítio usando a diisopropilamida de lítio fornece uma máneira útil de alquilar cetonas de modo regiosseletivo. Por exemplo, o enolato de lítio formado à partir da 2- metilcicloexanona (Seção 17.7A) pode ser metilado ou benzilado, ao permitir que reaja com o iode- à alquilação dos enolatos to de metila ou o brometo de benzila, respectivamente. de lítio É uma ferramenta Ta sara a síntese. E o Li* 2 O HC H,€ a q HE CH, LDA CHI — ——— p DME (— Lily (56%) O H;C CH,CH, CH,CH,—Br (—LiBr) O (42-45%) lha d ? TE j é pe Dela és Reações de alquilação como estas possuem uma limitação importante. Como são reações S,2 e como chave para o sucesso da os ânions enolatos são bases fortes, alquilações com êxito só ocorrem quando são usados o haleto de alquilação do enolato de alquila primário, o haleto benzílico primário e os haletos alílicos primários. Com haletos secundá- lítio, nos e terciários, a eliminação se torna o curso principal da reação.  TO aldeidose Cetonas II. Reações Aldólicas Tratando à a-benzenosselenenil cetona com peróxido de hidrogênio à temperatura ambiente converte-a em cetona «,B insaturada, o O | og ] Eu Pa 3 HO. do CH qt ae *CH >ecH=eH, + CoHsSeOH s (no total 84.89% SeCH, da cetona) Estas são condições muito brandas para a introdução de uma ligação dupla (temperatura ambiente e uma solução neutra), e esta é uma das razões por que este método é valioso. Mecanicamente, duas etapas são envolvidas na conversão de uma cetona com grupo a- benzenosselenenil na posição a em cetona ap insaturada. A primeira etapa é uma oxidação provo- cada pelo H,O,. A segunda etapa é uma eliminação intramolecular espontânea, na qual o átomo de oxigênio de carga negativa ligado ao átomo de selênio age como base, o 0 E | ca ES; | H, Acre O Toidação) CH, H | k | C,H,Se «Se , CH Or eliminação intramobecular | CH SeOH) o I € CH >cH=cH z Quando formos estudar a eliminação do Cope na Seção 20.13B, iremos descobrir um outro exem= plo deste tipo de eliminação intramolecular. Problema 17.24 » Começando com a 2-metilcicloexanona, mostre como você iria usar à selenação « em uma síntese do seguinte composto: o H;C 17.9 ADIÇÕES AOS ALDEÍDOS E CETONAS «, INSATURADOS Quando aldeídos é cetonas «,B insaturados reagem com reagentes nucleofílicos, eles podem fazê-lo de duas maneiras. Eles podem reagir por uma adição simples, isto é, uma na qual o nucleófilo adiciona através da ligação dupla do grupo carbonila; ou eles podem reagir pela adição conjugada. Estes dois processos se parecem com as reações de adição 1,2- e 1,4- dos dienos conjugados (Seção 13.10). po E o +H* Es Adição E. | i a simples | De SE namo ot ME im E Ii T + Nu! — | 108 | o EE, = = +=. o adição Nu [ Nu A conjugada H Forma enólica Forma cetônica  E. Wrr ro Meserve a influência da ineça do nucleáfilo sobre a sêção conjugada versus a adição simples. n Aldeidos e Cetonas IL Reações Aldólicas Muitas vezes, ambos os modos de adição ocorrem na mesma mistura. Como exemplo, vamos con- siderar a reação Grignard mostrada aqui. oH I ELó | Produto de CH,CH=CHCCH, + CH,MgBr ————» CH, CH=CHCCH, adição i 2 HO a | simples CH, (72%) E o | Produto de CH,CHCH,CCH, adição | conjugada € H, Cem forma (20%) de ceto) Neste exemplo observamos que a adição simples é favorecida & este geralmente é o caso com nueleófilos fortes. A adição conjugada é favorecida quando nucleófilos mais fracos são emprega- dos. Se examinarmos as estruturas de ressonância que contribuem para o híbrido global de um aldeí- do ou cetona a,B insaturado (veja estruturas A-C), poderemos entender melhor estas reações. “o 10: a 10 | | au | | Açai + a, + Aço | | | A B C Apesar de as estruturas B e € envolverem cargas separadas, elas fazer uma contribuição significan- te ao híbrido pois, em cada um, a carga negativa é levada pelo oxigênio eletronegativo. As estruturas B e C indicam também que ambos às carbonos carbonílicos e o carbono B devem carregar uma carga positiva parcial, Eles indicam que devemos representar o híbrido da seguinte maneira: o | l Eram I Esta estrutura nos diz que devemos esperar que um reagente nucleofílico ataque o carbono carbonílico ou o carbono B. Quase cada reagente nucleofílico que se adiciona ao carbono carbonílico de um aldeído ou uma cetona simples é capaz de adicionar-se ao carbono B de um composto carbonilado a-f insaturado. Muitas vezes, quando nucleófilos mais fracos são usados, a adição conjugada é o caminho da reação principal. Considere à seguinte adição do cianeto de hidrogênio. o Í — cHON | CH CH=CHCC,H, + CN “Taco” Ce CN (05%) Um Mecanismo para a Reação A Adição Conjugada do HCN o o Z0N [) EN [2 a CHCH=CHÊCCH —+ di “+ Eng EE FCNT CN CN Intermediário ânion enolato  Aldeídos e Cetonas II, Reações Aldóticas Depois, o intermediário enolato aceita um próton em qualquer uma das duas maneiras: | OH —+ GMs CH==CCH, Forma enólica Q* CN ã ! n* Ci 1qH—Ciestca, y CN º | pi qo —CH—CC,H. Forma cetônica CN | | Um outro exemplo deste tipo de adição é o seguinte: cH, O CH, ? CH;C=CHÉCH, + CH,NH, + CH,C—CH.CCH, ? CH,NH (75%) | Um Mecanismo para a Reação | A Adição Conjugada de uma Amina E E E lc nSo : CH, 2 CH, EQ | | ' 4 1 peteca cê cn, =HC—-c—cH=C-cH, És az H;C—NÉH CH,;NH, 5 e HM A H O nucteófilo ataca o Em duas etapas separadas, o átomo carbono 8 parcialmente de nitrogênio perde um próton e positivo, e oxigênio ganha um próton. CH; 0H CH, “o HE-C—CH=C—cH, + H€—C—CH,—E=cH; HC=N—H HC=N—H Forma enólica Forma cetônica 17.9A Adição Conjugada dos Reagentes de Organocobre Os reagentes de organocobre, seja o RCu ou o R,CuLi, se adicionam aus compóstos carbonilados «, B insaturados, quase que exclusivamente de modo conjugado. Aldetdos e Cetonas IL Reações Aldólicas 75 Problema 17.27 » Quando a acroleina reage com a hidrazina, o produto é uma dihidropirazol: CH,=CHCHO + HN—NH, —+ | no | H Acroléina Hidrazina Uma diidropirazo Sugira um mecanismo que explique esta reação. Iremos estudar exemplos adicionais da adição de Michael no Cap. 19. Resumo das Reações-chave Reações dos Compostos com Hidrogênio Ativo | =0—Z É + —z — Boy | OH na “OR Da NR, Um composto de Um carbânion hidrogênio ativo estabilizado Exemplos Específicos Z, E (um Reagente (um Grupo Retirante de Elétron) Eletrofílico) Racemização (Seção 17.34) (se um estereocentro está presente) I UE Halogenação (Seção 17.38) XxX I z => ap (=H,0) / -—C=H(R) 1H C | “ SH(R) OH adição aldólica (ou ciclização aldólica) e desidratação (Seções ITA, 17.5 e 17.61 A dntramolecular) CE o ar ee € C—H(R) HO Eu —H(R) I | HR) o oH I R—X re Alquilação (Seção 17.70) R f e; HO, o q (CASH) =s CHçSe Selenação-eliminação (Seção 17.8) | E Adição de Michael (Seção 17.9)  76 aldeídos e Cetonas IT. Reações Aldólicas Palavras-chave e Conceitos Carbono a Hidrogênios a Formas de ceto e enol Seção 17,1 Seções 17.1, 17.5C e 17,5D Seções 17.1,17.2e 17.3 Ânion enolato Seções 17.1, 17.3,17.4€ 17.7 Tautômeros, tautomerização Seção 17.2 Epímeros, epimerização Seção 17,34 Reação do halofórmio Seção 17,3C Aldol Seção 17,4 Reações aldólicas (adições e condensações) Seções 17,4, 17.5 e 17.6 Reação aldólica cruzada Seção 17,5 Ânions enolatos cinéticos e termodinâmicos Seção 17.7A Diisopropilamida de lítio (LDA) Seção 17.7 Reação aldólica dirigida Seção 17.7B Nucleófilo ambidente Seção 17.7C Sililação Seções 11,15 e 17,7C Adição conjugada (adição de Michael) Seção 17.9 Adição simples Seção 17.9 PROBLEMAS 17.28 Dêas fórmulas estruturais para os produtos da reação (se ela ocorrer) quando o propanal é ADICIONAIS* tratado com cada um dos seguintes reagentes: (a) OH". HO (b) C;H.CHO, OH” (c) HEN (d) NaBH, (e) HOCH,CH,0H, p-TsOH (£) AgO, OH”, depois H,O* (g) CH;Mgl, depois H,0* (h) Ag(NH),*OH”, depois H,O* () NHOH () CHCH—P(CH), (k) CHgLi, depois H,O* (1) HE=CNa, depois HO* (m) HSCH,CH.SH, HA, depois Raney Ni, H, (n) CH,CH,CHBrCO,Et e Zn, depois H,O* 17.29 Dê as fórmulas estruturais para os produtos da reação (se cla ocorrer) quando a cetona é tra- tada com cada um dos reagentes do problema precedente. 17.30 Que produtos iriam se formar quando o 4-metilbenzaldeído reage com cada um dos seguin- tes? (a) CH;CHO, 0H” (b) CHC=CNa, depois H,0* (c) CH,CH;MgBr, depois H,0* (d) KMnO, diluído, frio, depois H,0* (e) KM5O, quente, OH”, depois H,O* ( :CH,—P+(CHo, (g) CH,COCH, OH” (h) BrCH;CO,Et e Zn, depois H,O* 17,31 Mostre como cada uma das seguintes transformações poderia ser realizada. Você poderá usar qualquer outro reagente necessário, (a) CH;COC(CH;), —+ CH.CH=CHCOC(CH;), (b) CHLCHO —+ CH en) Õ “Problemas marcados com asterisco são “Problemas de Desafio”. 17,32 Aldeídos e Cetonas IL. Reações Aldólicas 77 (c) CH,CHO —+ Caron, CH, ll. A (d) CH,CIC Eden, —+ HC CHCH, OH (e) CHCN—+ co (O) cu-cnes 9 GHON (f) CH,CH,CH,CH,CH —» CH(CH),CH=C(CH,).CH, all) z A, CH CH A seguinte reação ilustra a reação de anelação de Robinson (Seção 17.9B). Dê os mecanis- mos para as etapas que ocorrem. CH, 17.33. Escreva as fórmulas estruturais para A, Be €. HC=CH (1) NaNH,, lig. NH, Ho CALCHO, OH TF CHCOCH, A (CoHg0) — E o *B(CH0) + € (C;H,,0,) (3) NH,CUHLO 17.34 Os átomos de hidrogênio do carbono do crotonaldeído são bastante acídicas (pk, = 20). PR « CH.CH=CHCHO Crotonaldeido (a) Escreva as estruturas de ressonância que irão explicar este fato. (b) Escreva um mecanismo que explique a seguinte reação: C,H;CH=CHCHO + CH,CH=CHCHO Ea CHACH=CH),CHO (87%) 17.35 Que reagentes você usaria para provocar cada etapa das seguintes sínteses? da 7 OO-OU b-001 o  80 alasidos é Cetonas Il. Reações Aldólicas Fig. 17,2 Espectro “C RMN, totalmente desacoplado, do composto X, Problema 17.44. Informação do espectro “C RMN DEPT está acima dos picos. CHE CH ada TMS CH | ci ii Ei | 135 130 125 | º l CDC | e | si aà Spear cad 220 200 180 160 140 +20 100 Bo Bo am ao 0 de ppm orearranjo do epoxiálcool sob as condições mostradas, para formar o produto aldólico. [Dica: Também se pode conseguir o rearranjo, preparando um éter trialquilsilílico do epoxiálcool. primeiro em uma reação separada e depois tratando o éter silílico resultante, com um catali- sador tipo ácido de Lewis (isto é, BF;).] O (Dk Eu ICO,CH, OH gregos POXOCH, +, Na Ee (3 DIBAL-H | cH, terc-BuDOH TiçO--Pr), Cartrato de D-i—diisopropila TBDMSOTT TBDMSO O dtriflato de OH rere-batibdimetitsilita), O L3 equiv. E fa EEm AV “H Diisopropileslamina, CH. 1,35 equiv., CH, E neira molecular, Ê pm na 94% APT . (95% de excesso enantiomérico) Om PROBLEMA PARA Os esteróides são uma classe extremamente importante de compostos naturais e farmacêuticos. Os esforços sintéticos dirigidos aos esteróides têm existido por muitos anos e continuam sendo uma área Grupo de pesquisa importante. As sínteses do colesterol e cortisona por R. B. Woodward (Universidade de Harvard, recebedor do Prêmio Nobel em Química para 1965) e seus colaboradores representam a principal realização na síntese do esteróide. As seguintes são reações selecionadas da síntese do co- lesterol de Woodward, Esta síntese é recheada de exemplos da química de carbonila c outras reações TRABALHOS EM que já estudamos. (a) Especifique o tipo da reação envolvida de 2 a 3, Classifique cada reagente de acordo com seu papel na reação. (b) Escreva um mecanismo para a reação que ocorre de 3 a 4. A reação pode ocorrer, seja sob con- dições acídicas ou básicas. (0) A reação de 5 a 6 converte um éter enólico em uma enona pela hidrólise e a desidratação. Escre- va um mecanismo para este processo. (d) Escreva um mecanismo para a reação de 7 a 8 (para clarificação, outras maneiras de escrever “E1O,CH" são HCO,Et, formato de etila e metanoato de etila). Comente por que o 8 existe na forma de enol. (e) Qual é o nome da reação de 8 a 9? Escreva um mecanismo para esta reação [EVK (etil vinil cetona) é uma abreviação comum para o 4-penteno-3-ona]. Aldeídos e Cetonas 1. Reações Aldóticas 81 (f) Qual é o nome do tipo de reação de 9 a 107 Escreva um mecanismo para esta reação. (g) Observe que você estudou as reações que ocorrem de 10 a 11 e de 11 a 12. Que grupo funcional é formado em 12? (h) Escreva um mecanismo para a etapa (1) da reação entre 1d e 15/16. (O produto inicial desta eta- pa possui um grupo nitrila onde o ácido carboxílico está em 15 e 16, No Cap. 18 iremos aprender como converter uma nitrila em ácido carboxílico.) Comente por que é formada uma mistura de 15e 16. (i) Escreva um mecanismo que explique a combinação das etapas entre 17 e 19. (j) Dêo tipo de reação que ocorre de 20 a 21 e escreva um mecanismo. (k) Qual éa reação que ocorre na etapa de 24 à 25? Explique por que uma mistura de configurações resulta no carbono de álcool. (1) Escreva um mecanismo para a reação que converte a cetona mostrada imediatamente antes do 27 ao 27 propriamente dito, (A abreviação pir vem de piridina, uma base.) (1) NaOH (3 HEI (Ly Ac OPir | (2) Zn E ms 8 H As = CH 7 ii 10.CH (1 sere-BuOKk (2) EVK + Aldeídos e Cetonas IL, Reações Aldólicas (2) ] PiNHMe (1 peão (1y 0H 1=>en (2) KOH 6 Or AC)ONaDAS 15 AcYNaDAS O) e (1) MeMgBr (2) KOH Ácidos Carboxílicos e Scus Derivados. Adição-eliminação Nuclcofílicano Carbono Acílico 85 18.1 INTRODUÇÃO Q O grupo carboxila, dor (abreviado —CO,H ou —COOH), é um dos grupos funcionais mais amplamente encontrados na química e na bioquímica. Não apenas os próprios ácidos carboxílicos são importantes, mas 6 grupo carboxila é o grupo gerador de uma família enorme de compostos re- lacionados chamados de compostos acílicos ou derivados de ácido carboxílico, como o mostrado na Tabela 18.1, 18.2 NOMENCLATURA E PROPRIEDADES FÍSICAS 18.2A Ácidos Carboxílicos Os nomes sistemáticos ou substitutivos da IUPAC para os ácidos carboxílicos são obtidos pela retirada do sufixo -ano do nome do alcano equivalente, que corresponde à maior cadeia do ácido, e pela adição-óico precedida pela palavra ácido. Os exemplos apresentados aqui ilustram como isto é feito. ; O O Eus dani & gpa de gndaalo CHE is H,CH,COH CHCH=CHC H.CH,COH CH, Ácido 4-metilhexanóico Ácido 4-hexenóico Vários ácidos carboxílicos possuem nomes comuns derivados de palavras do latim ou grego, que indicam suas fontes naturais (Tabela 18.2), O ácido metanóico é chamado de ácido fórmico (Latim: formica, formiga). O ácido etanóico é chamado de ácido acético (Latim: ecetum, vinagre), O ácido butanóico é o composto responsável pelo cheiro da manteiga rançosa, cujo nome comum é ácido bu- tírico (Latim: butyrum, manteiga). O ácido pentanóico, como está presente na planta valeriana, uma erva perene, é chamado úcido valérico. O ácido hexanóico está relacionado com o odor das cabras: por isso seu nome comum é ácido capróico (Latim: caper, cabra). O ácido octadecanóico tem como nome comum ácido esteárico, da palavra grega stear, sebo. A maior parte destes nomes comuns nos acompanha há muito tempo e alguns deles, provavel. mente, serão de uso vulgar por mais tempo ainda, por isso será muito útil ter familiaridade com eles. Neste texto citaremos sempre ácido metanóico e ácido etanóico, assim como ácido fármico é acético, respectivamente. Contudo, em quase todas as outras ocasiões usaremos os nomes sistemáticos ou substitutivos da TUPAC. Os ácidos carboxílicos são substâncias polares. Suas moléculas podem formar li gações de hidro- gêmio fortes umas com as outras & com à água. Como resultado, os ácidos carboxílicos possuem ge- ralmente altos pontos de ebulição, e os ácidos carboxílicos de baixo peso molecular apresentam so- lubilidade apreciável em água. Os quatro primeiros ácidos carboxílicos (Tabela 18.2) são miscíveis com a água em todas as proporções. À medida que o tamanho da cadeia aumenta, a solubilidade em água diminui. E Tabela 18.1 Derivados do Ácido Carboxílico Estrutura Nome Cloreto de acila (ou ácido) Anidrido de ácido Éster Nitrila 86 Ácidos Carboxílicos e Seus Derivados. Adição-eliminação Nuclcofílica no Carbono Acílico Tabela 18.2 Ácidos Carboxílicos Solubilidade em Água pf. pe. (g 100 mL”! de H,0) Estrutura Nome Sistemático Nome Comum (ºC) (C) 25º€ PK, HCO,H Ácido metanóico Ácido fórmico 8 100,5 o 3,75 CcH,CO,H Ácido etanúico Ácido acético 15,6 18 m 4,76 CH,CH.CO;H Ácido propanóico Ácido propiônico e 14] » 4,87 CHACH;,CO,H Ácido butanóico Ácido butírico - 6 164 a 481 CHACH),COH Ácido pentanóico Ácido valérico — 34 187 4,97 48 CHÁCH),CO,H Acido hexanóico Ácido capróico =. 205 1,08 484 CHÁCH,),CO,H Ácido octanóico Ácido caprílico 16 239 0,07 4,89 CHACH),COH Ácido decanóico Ácido cáprico 31 269 0,015 4,84 CH(CH)COH Ácido dodecanóico Ácido láurico 44 179% 0,006 5,30 CH(CH),CO,H Ácido tetradecanóico Ácido mirístico 59 2008 0,002 CHAÁCH)CO,H Ácido hexadecanóico Ácido palmítico 63 2197 0,0007 6,46 CHACH;), COM Ácido octadecanóico Ácido esteárico 70 383 0.0003 CH.CICO,H Ácido eloroetanóico Ácido cloroacético 63 189 Muito solúvel 2,86 CHCLCO,H Ácido dicloroetanóico Ácido dicloroacético 10,8 192 Muito solúvel 1,48 Cci,Cco,H Ácido tricloroetanóico | Ácido tricloroacético 56,3 198 Muito solúvel 0,70 CH,CHCICO,H Ácido 2-cloropropanóico Ácido a-cloropropiônico 186 Solúvel 2,83 CH,CICH,CO,;H Ácido 3-cloropropanóico Ácido -cloropropiônico 61 204 Solúvel 3,98 CA,CO,H Ácido benzóico Ácido benzóico 122 250 0,34 4,19 p-CH,C,H,CO,H Ácido 4-metilbenzóico | Ácido p-toluico 180 275 0,03 4,36 ) p-CICH,CO,H Ácido d-clorobenzóico | Ácido p-clorobenzóico 242 0,009 3,98 p-NO,C,H;CO,H Ácido 4-nitrobenzóico Ácido p-nitrobenzóico 242 0,03 3,41 E Co, Ácido I-naftóico Ácido q-naftóico 160 300 Insolúvel 30 (001 : Co,H Ácido 2-naftóico Ácido B-naftóico 185 > 300 Insolúvel 4,17 | 18.2B Sais dos Ácidos Carboxílicos Problema 18.1 > Problema 18.2 > Os sais dos ácidos carboxílicos são caracterizados pela terminação —atos, tanto na sistemática da IUPAC quanto na comum, substituindo-se o -ico do nome do ácido e retirando a palavra ácido da frente. Portanto, CH,CO,Na é o acetato de sódio ou etanoato de sódio. Os sais de sódio e potássio da maioria dos sais de ácidos carboxílicos são facilmente solúveis em água. Isto também é observado para ácidos carboxílicos de cadeias longas. Os sais de sódio ou potás- sio de ácidos carboxílicos de cadeia longa são os principais componentes dos sabões (veja Seção 23.2€). Dê os nomes sistemáticos TUPAC para cada um dos seguintes compostos: (a) CH;CH;CHCO,H (d) C,H.CH,CH,CH,CH,CO,H | (e) CHCH=CCH,CO,H ; CH, po (b) CH;CH=CHCH,CO,H CH, (e) BrCH,CH.CH,CO,Na Experimentos indicam que o peso molecular do ácido acético no estado vapor (exatamente acima de seu ponto de ebulição) é aproximadamente 120. Explique a discrepância entre este valor , experimental e o valor real de aproximadamente 60. j | | 18.2C Acidez dos Ácidos Carboxílicos A maioria dos ácidos carboxílicos não-substituídos possui valores de K, na faixa de 10 10º (PK, = 4 — 5) como pode ser visto na Tabela 18.2, O pK, da água é cerca de 16 o pk, aparente do H.CO, é cerca de 7. Esta acidez relativa significa que os ácidos carboxílicos reagem facilmente com soluções aquosas de hidróxido de sódio e bicarbonato de sódio para formar sais de sódio solúveis. nan  Testes de solubilidade tal como estes são rápidos e ateis na classificação de compostos desconhecidos. ER Sra Ácidos Carboxílicos e Seus Derivados, Adição-eliminação Nucleofílica no Carbono Acílico 87 Logo, podemos usar testes de solubilidade para distinguir ácidos carboxílicos insolúveis em água dos fenóis insolúveis em água (Cap. 21) e dos álcoois. Os ácidos carbox ílicos insolúveis em água dissolvem-se em solução aquosa de hidróxido de sódio ou de bicarbonato de sódio: o o l EO | coH + noH + CO-Na* + HO Ácido benzóico Base mais Benzoato de sódio Base mais (insolúvel em água) forte (solúvel em água) fraca Ácido mais forte Base mais fraca í 1 H, (O)-ton + Naico, Ep (D)-corma + C0,4+H0 (insolúvelem água) Base (solúvel em água) Ho, cido mais forte mais forte Base mais fraca Ácido mais fraco Os fenóis insolúveis em água (Seção 21.5) dissolvem-se em solução aquosa de hidróxido de sódio mas (exceto para alguns nitrofenóis) não sé dissolvem em solução aquosa de bicarbonato de sódio, Os álcoois insolúveis em água não se dissolvem nem em solução aquosa de hidróxido de sódio nem em bicarbonato de sódio. Na Tabela 18.2, observamos que os ácidos carboxílicos que possuem grupos retirantes de elétrons são mais fortes que os ácidos não-substituídos. Os ácidos cloroacéticos, por exemplo, apresentam a seguinte ordem de acidez: Ci ci H A | Cet > E<fcom > Ciee—con > Etc ci H H H pk, 0:70 LAS 286 476 Como foi visto nas Seções 3.5B e 3.7B, este fortalecimento da acidez, provocado por grupos re- tirantes de elétrons, aparece devido à combinação dos efeitos indutivos e entrópicos. Desde que os efeitos indutivos não são transmitidos muito eficientemente através das li gações covalentes, o efeito de aumento de acidez diminui quando a distância entre o grupo retirante de elétron é o grupo carbo- xílico aumenta, Dos ácidos clorobutanóicos a seguir, o mais forte é o ácido 2-clorobutanóico: Í í 7 e TA Ca mn ad SAB CH —CH,—CH,—C—0H ci ci ci Ácido 2-clorobutandico Ácido 3-clorobutanóico Ácido 4-clorobutanóico (PA, = 2,85) (PA, = 4,05) (pk, = 4,50) Problema 18.3 » Qual dos ácidos de cada par apresentado a seguir você esperaria ser o mais forte? (a) CH;CO,Hou CH,ECO,H (b) CH;FCO,H ou CH,CICO,H (e) CH.CICO,H ou CH,BrCO,H (d) CH,FCH,CH,CO,H ouCH,CHFCH,CO,H (e) CH;CH;CHFCO,H ouCH,CHFCH.CO,H ( (cms (O) com ou (Ocon (g) e AD)-con ou O com 18.2D Ácidos Dicarboxílicos Os ácidos dicarboxílicos são denominados como ácidos alcanodióicos na sistemática da IUPAC ou no sistema substitutivo. A maioria dos ácidos dicarboxílicos simples possui nomes comuns (Ta- bela 18.3) e são estes 0s nomes que iremos usar.