1. By W. S.,QUI MICA ORGANICA A2 stima edioT. W. Graham Solomons University of South FloridaCraig B. Fryhle Pacific Lutheran UniversityTraduoWhei Oh Lin Professora Titular do Departamento de Engenharia Qumica do Instituto Militar de EngenhariaS.L!f-sc;~~ttv-b1.v1 6(.6LTCEDITORA

2. /'No interesse de difuso da cultura e do conheCimento, os autores e os editores envidararn o mximo esforo para localizar os detentores dos direitos autorais de qualquer material utilizado, dispondo-se a possveis acertos posteriores caso, inadvertidamente, a identificao de algum deles tenha sido omitida.Organic Chemistry Copyright 2000 John Wiley & Sons, Inc. All Rights Reserved. Authorized translation from the English language edition published by John Wiley & Sons, Inc.Capa: Gerry Ellis/GerryEllis.comDireitos exclusivos para a lngua portuguesa Copyright 2002 byLTC - Livros T.:cnicos e Cientficos Editora S.A. Travessa do Ouvidor, 11 Rio de Janeiro, RJ- CEP 20040-040 Tel.: 21-2221-9621 Fax: 21-2221-3202 Reservados todos os direitos. proibida a duplicao ou reproduo deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrnico, mecnico, gravao, fotocpia, distribuio na Web ou outros) sem permisso expressa da Editora.I. I 3. SUMRIO GERALVolume I CAPTULO CAPTULOI 2Compostos de Carbono e Ligaes Qumicas Compostos de Carbono Representativos: Grupos Funcionais, Foras lntermoleculares e Espectroscopia de Infravermelho (IV)3 4 5CAPTULO CAPTULO TULO T ULOUma Introduo s Reaes Orgnicas: cidos e Bases Alcanos: Nomenclatura, Anlise Conformacional e uma Introduo Sntese6 7CAPTULOReaes lnicas -8 TULO 9 TULOLOEstereoqumica: Molculas Quirais Substituio Nucleoflica e Reaes de Eliminao dos Haletos de AlquilaAlcenos e Alcinos 1: Propriedades e Sntese. Reaes de Eliminao de Haletos de Alquila Alcenos e Alcinos 11: As Reaes de Adio Ressonncia Magntica Nuclear e Espectrometria de Massa:Ferramentas para Determinao de Estruturas I O Reaes de Radicais _LOI I lcoois e teres I 2 lcoois a Partir de Compostos Carbonlicos, Oxidao-Reduo e Compostos OrganometlicosLO13 Sistemas lnsaturados ConjugadosLO14 Compostos Aromticos 15 Reaes de Compostos AromticosLOLORespostas dos Problemas Selecionados -.nour:.;:,oe:l.rlo~..... , J s .. o.das Ilustraes e das FotosVolume 2 o o o o16 Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila 17 Aldedos e Cetonas 11. Reaes Aldlicas-~ 18 cidos Carboxlicos e Seus Derivados. Adio-Eliminao Nucleoflica no Carbono Aclico I 9 Sntese e Reaes dos Compostos Mais Qumica dos nions Enolato~-Dicarbonlicos: 4. XXSumrio GeralCAPTULO20 AminasCAPTULO21CAPTULO22 CarboidratosCAPTULO CAPTULO23 Lipdios 24 Aminocidos e ProtenasCAPTULO25 cidos Nuclicos e Sntese de ProtenasFenis e Haletos de Arila: Substituio Aromtica NucleoflicaRespostas dos Problemas Selecionados Crditos das Ilustraes e das Fotos ndice 5. SumrioCaptulo 16 Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleofilica ao Grur(i-Bu)2AIH hexanoO H 2011CH 3CH=CHCH 2CH 2CH2CH11__.____. CH 3CH=CHCH 2CH 2CH2CHMostre como voc sintetizaria o propanal a partir de: (a) 1-propanol e (b) cido propinico (CH 3CH2C0 2H).I 6.5SNTESE DE CETONAS16.5A Cetonas a partir de Alcenos, Arenos e lcooisrVimos trs mtodos de laboratrio para a preparao de cetonas nos captulos anteriores.1. Cetonas (e aldedos) por ozonlise de alcenos (discutida na Seo 8.11A).R"R"R'/R.. (2) Zn, H 0C=C /"2HR""C=O+O=C /"R'/ CetonaH Aldedo2. Cetonas a partir de arenos por acilao de Friedel-Crafts (discutida na Seo 15.7).o 11o AICI,11ArH + R-C-Cl---'- Ar-C-R + HCI Uma alquil aril cetonaAlternativamente,o liArH + Ar-C-Clo liAr-C-Ar + HCI Uma diaril cetona 18. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila93. Cetonas a partir de lcoois secundrios, por oxidao (discutida na Seo 12.4). OHO H CrOIR-CH-R''11R-C-R'' IJo16.58 Cetonas a partir de Alcinos Os alcinos adicionam gua instantaneamente quando a reao catalisada por cidos fortes e ons mercricos (Hg+2) . Usam-se em geral, para esta finalidade, solues aquosas de cido sulfrico e sulfato mercrico. O lcool vinlico que se forma inicialmente , em geral, instvel e se rearranja rapidamente em uma cetona (ou, no caso de etino, a etanal). O rearranjo envolve a perda de um prton do grupo hidroxila, a adio de um prton ao carbono vicinal e a relocalizao da ligao dupla.HgS04 - C=C- +H-OH --=::.---=-IJIH ,so,l.[HC=CI 1y____,.-C-CIIOH Um lcool vim1ico (instvel)'H O CetonaEste tipo de rearranjo, conhecido como tautomerizao, catalisado por cido e ocorre da seguinte forma: HHH-b~H0 ~ ~ .. I +H:O-HH___.-t- !' I---+-t-! H,: I 'QLH~Hlcool vim1ico.9:HCetonaO lcool vinlico recebe um prton em um dos carbonos da dupla ligao, formando um intermedirio catinico, o qual perde ento um prton do tomo de oxignio, produzindo uma cetona. Os lcoois vinlicos costumam ser chamados de enis (-en, a terminao dos alcenos, mais -o!, a terminao dos lcoois). O produto do rearranjo , em geral, uma cetona e tais rearranjos so conhecidos como tautomerizaes ceto-enlicas. I c= c I I IHAI-~- c -e:g-H'_>:HForma cetnicaForma enlicaExaminamos este fenmeno em maiores detalhes na Seo 17 .2. A adio de gua aos alcinos segue a regra de Markovnikov - o tomo de hidrognio liga-se ao tomo de carbono que possui o maior nmero de tomos de hidrognio. Portanto, quando alcinos terminais, que no o etino (acetileno), so hidratados, os produtos so cetonas e no aldedos. HR - C== C- H + H 0 2Hg2+ H,+1Jo[R"-C=C/HJ - H HO/"H~c(H _HOUma cetonaDois exemplos desta sntese de cetonas esto listados aqui.(80%) 19. &')Aldedos e Cetonas I. Adio Nuc!eoflica ao Grupo CarbonilaQuando o etino sofre adio de gua, o produto um aldedo.H-C=C-H+ H 20[H"HgS04---=-----"-~H~~H~ lC=C /H ] --+H-C-C/"IHOHE tinoOEtanal (acetaldedo)Este mtodo tem sido importante na produo .comercial de etanal. Dois outros mtodos de laboratrio para a preparao de cetonas baseiam-se no uso de compostos organometlicos, conforme discutido a seguir.16.SC Cetonas a partir de Dialquilcupratos de Ltio Quando uma soluo de um dialquilcuprato de ltio em ter tratada com um cloreto de acila a -78C, o produto uma cetona. Esta sntese de cetonas uma variao da sntese de alcanos de Corey-Posner, Whitesides-House (Seo 12.9). Reao Geral!o+ R'-CDialquilcuprato de ltio!o --.. R'-CCI+ RCu + LiCIR C etonaCloreto de acilaExemplo EspecficooO-IR-C-OH~H/~IExemplos Especficos/ Hc~3 " /b 'o C=O + H-OCH CH ~ ,9CH 2CH 3I _ _23H CH -C-OH.I3.HUm henacetal (veja Seo 16.7)CNICH -C-OH 3ICH3Uma cianoidrina (veja Seo 16.9)Os aldedos e cetonas so especificamente suscetveis adio nucleoflica devido s caractersticas estruturais que discutimos na Seo 12.1, que so mostradas abaixo.R'," t8+ c)'B -R...-;..Aldedo ou cetona (R ou R' pode ser H)O arranjo trigonal plano dos grupos ao redor do tomo de carbono da carbonila faz com que este fique relativamente aberto ao ataque, por cima ou por baixo. A carga positiva no tomo de carbono da carbonila significa que este especial'mente suscetvel ao ataque por um nuclefilo. A carga negativa no tomo de oxignio da carbonila significa que a adio nucleoflica suscetvel catlise..cida. Portanto, a adio nucleoflica ligao dupla carbono-ox1gemo ocorre em um dos dois modos 'gerais.1. Quando o reagente um nuclefilo forte (Nu), a adio costuma acontecer da seguinte forma, convertendo o aldedo ou cetona trigonal plana em um produto tetradrico. 22. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleof!ica ao Grupo Carbon a13Um Mecanismo para a ReaoNu.... C-O-H+ =Nu-R .. 'J RProduto tetradrico Nesta etapa, o nucletilo.formaNesta etapa, o oxi!:J:t::' ; jtlo, por ser forte_e__= ~~-.remove um prton do H-Nu ou de algum outro cido.l!!JUl..}iga~.no , portanto, (avorecida no equis lbrio. Com as cetonas, os dois substituintes alqulicos de carbono da carbonila provocam um maior impedimento estrico no produto tetradrico, tomando-o menos estvel. Portanto, uma menor concentrao de produto est~ presente no equilbrio. Uma vez que ~ grupos alquila so liberadores de eltr_ ns, os aldedos so tambm mais reativos o do ponto de vista eletrnico, Os aldedos tm ap!!!l11JL!lm grupo liberador de eltrons para neutrali~ar parcia~ ~,_por.tanto, estabilizar a carga positiva em seu tomo de carbono da carbonit'a. As cetonas tm dois grupos liberadores de eltrons e so mais estabilizadas. Uma maior estabilizao da cetona (o reageHt-&}-em relau ao seu pr.odlllo..significa-q~ onstaii.te de equilbrio para a formao do produto tetradrico a partir de uma cetona mellQLe_a.rea_ menos favorvel. o'(osli CS+osli : csR;;y ~R' CetonaR::,r 'H AldedoO carbono da carbonila menos positivo.carbono da carbonila mais positivo.Nesse aspecto, tambm, substituintes retiradores de.eltrons (e.g., ~pos -CF3 ou -CC1 3) toralp o carbono da carbonila mais positivo (e o composto inici~l toma-se menos estvel), favoreceoo as reaes de adio.G16.6C Reaes Subseqentes dos Produtos de Adio A adio nucleoflica a uma dupla ligao carbono-oxignio pode levar a um produto que seja estvel nas condies reacionais que empregamos. Se for este o caso, seremos ento capazes de iso- ' lar produtos com a seguinte-estrutura geral:~" L /c"- ~ R.Nu/("~OHEm outras reaes, o produto formado inicialmente pode ser instvel e sofrer espontaneamente reaes subseqentes. Mesmo que o produto de adio inicial seja estvel, entretanto, podemos deliberadamente realizar uma reao subseqente pela modificao das condies de reao. Quando comearmos nosso estudo sobre reaes especficas, veremos que uma reao subseqente comum a-Fe~rrdn!'limin:av, m espeetal..a.des~Problema 16.5>-A reao de um alded0 ou cetona com um reagente de Grignard (Seo 12.8) uma adio nucleoflica ligao dupla carbono-oxignio. (a) Qual o nuclefilo? (b) A parte do magnsio do 24. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila15reagente de Grignard desempenha um papel importante nesta reao. Qual a sua funo? (c) Que produto formado inicialmente? (d) Que produto se forma quando se adiciona gua? Problema 16.6 >-As reaes de aldedos e cetonas com LiAlH4 e NaBH4 (Seo 12.3) so adies nucleoflicas ao grupo carbonila. Qual o n1;1clefilo nestas reaes?16.7 A ADIO DE LCOOIS: HEMIACETAIS E ACETAIS 16.7A Hemiacetais Dissolvendo-se um ldedo ou cetona em um lcool, estabelece-se lentamente um equilbrio entre estes dois compostos e um novo composto chamado hemiacetalj O hemiacetal roduto da ad o nucleof~~xi n~~~~de...caroono ~~ni_!a ds> ltl~o ou ~Um Mecanismo para a Reao9J~~-Formao de Hemiacetal+I; ~Q ()..M;-. ~ ()JVSe -eM. ' (kt- ~(}i'I 0_O.- -Esboce todas as etapas do mecanismo de formao de um acetal cclico a partir de acetona e etileno glicol, em presena de HCI gasoso.16. 7C Acetais como Grupos de Proteo Embora os ~ejam hidrolisados a aldedos e cetonas em cidos aguosos eles ~o e tr.eis. em l solut...llfsicas.-ow + Hp ------. no h reaoow + Hp ------. no h reaopos protetores so !Hramentas estratgicas rua sntese.Devido a esta propriedade, os acetais nos do um mtodo conveniente para roteger s aldedo YetoD de reaes indesejadas e~solues bsicas. (Os acetais so de fato gem-_ eters e, como os -!l_ teres, so relativamente n-reativo; ffente a bases.) Podemos converter um aldedo ou cetona em acetal, realizar uma reao em outra parte qualquer da molcula e, ento, hidrolisar o acetal com cido aquoso. Como exemplo, consideremos o problema de convertero liO C O C 2H 5 AB 29. 20Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaOs grupos ceto so mais facilmente reduzidos do que os grupos steres. Qualquer agente redutor (e.g .. LiAlH4 ou H/Ni) que possa reduzir o grupo s ter de A reduz o grupo ceto tambm. Mas, se "protegermos" o grupo ceto convertendo-o em um acetal cclico (o grupo ster no reage), podemos reduzir o grupo ster em soluo bsica sem afetar o acetal cclico. Aps terminarmos a reduo do ster. podemos hidrolisar o acetal cclico e obter nosso produto desejado B.(1 ) LiAIH4Etp (2)u,oProblema 16.12~Que produto seria obtido se A fosse tratado com hidreto de alumnio e ltio, sem que fosse convertido antes a um acetal cclico?Problema 16.13~(a) Mostre como voc poderia usar um acetal cclico para realizar a seguinte transformao:OH Ioyyco2C2H ___. oyyTcH3 5 L___jL___jACH 3C(b) Por que uma adio direta de brometo de metilmagnsio a A falharia em dar ? Problema 16.14 ~A dihidropirona reage rapidamente com um lcool em pre'sena de traos de HCl anidro ou H2S04, formando um ter tetrahidropiranlico (THP).o+ROH~ ('1 l_O)-__ORoDiidropiranoter tetrahidropiranlico(a) Escreva um mecanismo plausvel para esta reao. (b) Os teres tetrahidropiranlicos so estveis em soluo aquosa bsica, mas se hidrolisam rapidamente em soluo aquosa cida, gerando o lcool original e um outro composto. Explique. (Qual o outro composto?) (c) O grupo tetrahidropiranlico pode ser usado como grupo protetor para lcoois e fenis. Mostre como voc - pode us-lo em uma sntese de 5-metil-1,5-hexanodiol, partindo de 4-cloro-1 -butanol.16.70 Tioacetaiso RS SR' li 4:/ -c- ----+Os aldedos e cetonas reagem com tiis formando tioacetais:R'.._ / S-CH2CH3 2 CH3CH 2SH _____. DAR'.._HBF/C=O + HSCH 2CH 2SH --4 R'/C'.._+ H 20S-CH 2CH 3 Tioacetal/S-CI H2 /C'.._ + H20 R' S-CH2 Tioacetal cclico R'.._ 30. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila21Os tioacetais so importantes em sntese orgnica porque reagem com nquel Raney, gerando hidrocarbonetos. Nquel Raney um catalisador de nquel especial que contm hidrognio absorvido. Estas reaes (i.e., a formao de tioacetal e a "dessulfurizao" subseqente) nos do um mtodo adicional para converter os grupos carbonila dos aldedos e cetonas em grupos Ni Raney (H,~-CH2- . O outro mtodo que estudamos foi a reduo de Clemmensen (Seo 15.9). Na Seo 16.8B, veremos como isto pode tambm ser feito com a reduo de Wolff-Kishner.ro blema 16.15>Mostre como voc pode usar a formao de tioacetal e a dessulfurizao por nquel Raney para converter: (a) cicloexanona a cicloexano e (b) benzaldedo a tolueno.16.8 A ADIO DE DERIVADOS DE AMNIA s aldedos e cetonas reagem com M!Y.I;las primrias (RNH2) formando compostos com ligao dua c bono-nitro~nio, chamados UniDas (RCH~R ou R 2C NR). A reao catalisada por cio e o pr~ado uma mistura dos ismeros (E) e (Z). >l~-R ~Aldedo ou cetonaAmina 1"'JE!f;R + H,!mina [ismeros (E) e (Z)]Um Mecanismo para a Reao Formao de lmina"'-~ C ~0 + H N-R /1 V"/ 2Aldedo Amina 1a ou cetona A amina adicionada ao grupo carbonila para formar um intermedirio dipolar tetradrico.NH-R"'- /cTransferncia do prton, intennolecular, do nitrognio para o oxignio, produzindo um aminolcool. / ~-....._- u, o/0< OH2+ ~ .& -Aminolcool protonadoAminolcoolIntermedirio di polarJA protonao de um oxignio 1. produz um bom grupo retirante ..:.v A perda e uma molcula de gua leva ao on imnio.I{ H "'+C=Ny"'R / on iminio1 .. ':ou,~"' /.. C=N R !mina [ismeros (E) e (Z)]A transferncia de um prton para a gua produz a imina e regenera o on hidrnio cataltico.A reao avana mais lentamente se a concentrao do on hidrnio alta demais para a protonao da prpria arnina e oco~e aprecivel; isto causa a diminuio da concentrao de 31. 22Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaA vinheta de abertura do captulo discutiu o fosfato piridoxal, uma coenzima importante que reage via um grupo funcional imina. Veja tambm "A Qumica do Fosfato de Piridoxal".nuclefilo necessrio na primeira etapa. Se a concentrao do on hidrnio for muito baixa, a rea toma-se fenta porque a concentrao do aminolcool protonado toma-se baixa. Um pH entre pH 4 pH 5 um compromisso efetivo. A formao de iminas ocorre em muitas reaes bioqumicas, porque as enzimas usam em gene um grupo -NH2 para reagir com um aldedo ou cetona. A formao de uma ligao imina importante em uma etapa das reaes que ocorrem durante o processo visual (veja "A Fotoqumica da Viso . Seo 13.9). As iminas so tambm formadas como intermedirios em uma sntese laboratorial de aminas mui til, a qual estudamos na Seo 20.5. se As iminas de compostos como hidrrudlamina (NH 20H), drazina (NH2NH2) . e < car.l>azida (NH2NHCONH) so usadas como derivados de aldedos e cetonas (Seo 16.8A . A Tabela T _ lista exemplos destes compostos. .....mecanismos pelos quais estes derivados se formam - si a~ ae mecanismo de formao de uma imiii a-partir de uma ~mina primria que acabamos de estudar. Tal co~ffiinas, a forma dos tsmeros (E) e (Z) posstvel.16.8A 2,4-Dinitrofenilhidrazonas, Semicarbazonas e Oximas ~~~_,_.Q produtos gas reaes de aldedos e cetonas com ,4-dinitrofenilhidrazina, semicarbazida e es comhidroxilamina so fregentemente usa os para i entl tear aldedos e cetonas co ecr postos, Isto , 2,4-dinitrofem 1 razonas, tal" azon~as e oxirus so normalm -nte slido relativamente insolveis, que possuem pontos de fuso caractersticos e bem definidos. A comparao entre pontos de fuso de derivados obtidos a partir de compostos desconhecidos e pontos de fuso retirados da literatura qumica para um derivado c.onhecido pode prover uma evidncia para se identificar este composto desconhecido. A maioria dos livros-texto de laboratrio de qumic orgnica incluem tabelas extensas de pontos de fuso de derivados. O mtodo que compara ponto de fuso de derivados s til, entretanto, para compostos que tm pontos de fuso de derivado previamente registrados na literatura. Os mtodos espectroscpicos (especialmente IV, RMN e espectrometria de massa) so geralmente mais empregados na identificao de compostos desconhecidos (Seo 16.14 ).16.88 Hidrazonas: a Reduo de Wolff-Kishner As hidramuas so ~das s vezes 12ara identificar s. Mas, diferentemente das 2,4-dinitrofenilhidrazonas, as hidrazonas simples freqentemente possuem pontos de fuso baixos. Contudo, as hidrazonas so a base para um mtodo til para se reduzir grupos carbonila de aldedo e cetonas a grupos -CH2- , chamados de reduo de Wolff-Kishner: Reao GeralAldedo ou cetonaHidrazona (no-isolada)Exemplo Especficoo-o~CH2 CH3 + H NNH 22--Na_o_u _ trietileno glicol_ . o - C H 2CH 2CH 3 + N 22ooo c(82%)Ferramentas para a reduo de carbonilas de aldedos e cetonas a grupos -CH 2- .A reduo de Wolff-Kishner pode ser desenvolvida em temperaturas muito mais baixas se o sulfxido de dimetila usado como solvente. A reduo de Wolff-Kishner complementa a reduo de Clemmensen (Seo 15.9) e a reduo de tioacetais (Seo 16.7D),j que todas as trs reaes convertem o grupo" /C=O em grupos- CH2-. 32. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila23Tabela 16.2 Reaes de Aldedos e Cetonas com Derivados de Amnia 1. Reao com Amina Primria Reao GeralR""C=N / / . Uma imina [ismeros (E) e (Z)]+HPCH 3CH2C=O / Aldedo ou cetona Uma amiila 1".)Exemplo Especfico"/C=NCH 2CH 2CH3 + H 20H3C UmaiminaUmaamina 1"Butano na 2. Reao com Hidroxilamina Reao Geral"C=O/ Aldedo ou cetona+H 2 N-OH____.Hidroxilamina"OHC=N // . Umaoxima [ismeros (E) e (Z)]Exemplo Especfico~c,H~"/C=O+ H 2NOH ____./C=NOllH+ H 20H AcetaldoximaAcet1lldedo3. Reaes com Hidrazina, Fenilhidrazina e 2,4-Dinitrofenilhidrazina Reaes Gerais - -~-Aldedo ou cetona'/C=O+ H 2NNH 2 ____. Uma hidrazinaUma hidrazona [ismeros (E) e (Z)]FenilhidrazinaUma fenilhidrazona>~o+ n,NNHYNo,--+ >~NNHYNo, +u,o N~2,4-DinitrofenilhidrazinaN~Uma 2,4-dinitrofenilhidrazonaExemplo EspecficoC6Hs, /C=OH3C Acetofenona+ H 2NNHC 6H 5C6Hs". /C=NNHC 6H 5H3C Acetofenona fenilhidrazona+HP 33. (24)Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila~Tabela 16.2 Reaes de Aldedos e Cetonas com Derivados de Amnia (continuao) 4. Reao com Semicarbazida Reao Geralo "/C=Oo11 " 11 + H 2NNHCNH 2 _____. /C=NNHCNH 2 + HzOAldedo ou cetonaSemicarbazidaUma semicarbazonaExemplo EspecificooOo+H2 NNH~NH 2o_____.ONNH~NH2 + H 0 2CicloexanonaCicloexanona semicarbazonaA reduo de Clemmensen ocorre em meios fortemente cidos e pode ser usada para compostos qu so sensveis a bases. A reduo de Wolff-Kishner ocorre em solues fortemente bsicas e pode se usada para aqueles compostos que so sensveis a cidos. A reduo de tioacetais ocorre em solues neutras e pode ser usada para compostos que so sensveis tanto a bases quanto a cidos. O mecanismo da reduo de Wolff-Kishner como segue. A primeira etapa a formao de hidrazona. Ento a base forte leva a tautomerizao da hidrazona a um derivado com a estrutura"CH-N = NH. Este derivado ento leva eliminao catalisada por base de uma molcula de ni/ trognio. A perda da molcula especialmente estvel de nitrognio prov a fora diretora para a reao.Um Mecanismo para a Reao Reduo de WolffKishner de Aldedos e Cetonas Etapa 1 Formao de hidrazona. IC=O.. .. + H 2N-NH2 I....C=N - NH2+ HzEtapa 2 Tautomerizao catalisada por base e eliminao de uma molcula de nitrognioJ ow .. .. ow [ b) .. .._;; ;; .. C=N-NH C=N-NH._...-C-N=NH I 2 Hp I .. I .. HI .. .. ow -C-N=N-H . I Hpi:A.HI .. AHI IHPHI I-N H o -C-N=N= - ~-c:-~-C-HI~Qumica de ...Fosfato de piridoxal O fosfato de piridoxal (sigla e_ ingls PLP- pyridoxal phosphate) uma molcula biolgica m envolvida em vrias reaes importantes de a-aminocidos (ver vinheta de abertura do captulo). Dependendo do substrato e da enzima especfica, o PLP pode catalisar reaes que resultam na interconverso de grupos amino e cetona, descarboxilao, inverso estereoqumica, eliminao 34. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleofli ca ao Grupo Carbonila25e substituio. Em todas as reaes catalisadas por PLP, seu objetivo servir como receptor de um par de eltrons reversvel. Como exemplo especfico desta funo, consideremos uma reao de racemizao que envolve o PLP. A bactria requer (R)-(- )-alanina (tambm chamada D-alanina, Seo 24.2) para a construo da parede celular. Contudo, a forma mais abundante de alanina o enantimero (S)-( +)-alanina (ou L-alanina). Para se obter o enantimero (R) necessrio para a sntese da parede celular, a bactria usa uma enzima chamada racemase alanina para catalisar a formao de uma mistura racmica de alanina, obtendo, deste modo, um fornecimento de (R)(- )-alanina. O primeiro estgio nas reaes enzimticas que envolvem PLP a troca da ligao imina que acorrenta o PLP a sua enzima pela ligao da imina entre o PLP e o substrato amino. Aqui, este processo ilustrado com a (S)-( +)-alanina.o H 3c, /c, 1 1c i Ho-N H2(S)-( +)-AlaninaEnz-NH 2O prximo estgio envolve a remoo de um prton do carbono a da alanina pelo grupo bsico pertencente enzima. A formao deste nion um processo exeqvel porque o anel de piridina carregado positivamente no PLP serve como um receptor de par de eltrons (ver Problema 16.B2). A formao do intermedirio carbnion conjugado resulta na perda de quiralidade do carbono a da alanina. A reprotonao subseqente do intermedirio (em qualquer face) com carbono a triangular plana resulta na forma racmica de alanina. A formao do aminocido racmico ocorre com a troca da ligao de imina que retoma ao grupo amino da enzima (a etapa da hidrlise que o reverso do primeiro estgio mostrado acima).~: 8-Enzimao_ o- ~Vl 0 _ :;j" P lS:cH"- ~N ::..__ /o/: 8 - Enzima0~ oH~I/ N+ICH 3HProblema 16.8 I>-Escreva o mecanismo mostrando como a imina do PLP com uma enzima podem substituir uma imina do PLP com um substrato tal como a alanina.Problema 16.82>-Escreva as estruturas de ressonncia que mostram como o a-carbnion, intermedirio na racemizao da alanina, estabilizado pela conjugao com o anel de piridina. 35. ~Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila16.9 A ADIO DO CIDO CIANDRICO 0--Aci:dg dao"lci,Q_ ' ila dos aldedos e da maioria das cetonas pm .fonar..compostns deRm:J:Hnad6S-('[Exemplo Esboce uma sntese de Wittig para o 2-metil-1-fenilpropeno. Soluo:Examinamos a estrutura do composto, prestando ateno aos grupos de cada lado da ligao dupla.i CH3 i I+C6 H 5CH CCH 3 2-Metil-1-fenil-1-propeno So possveis duas abordagens para a sntese:ou 39. 30Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaEm (a), primeiro produzimos o ildeo a partir do 2-halopropano e, ento, fazemos com que ele reaja com o benzaldedo."+(CH 3 ) 2 C-P(C6H5 ) 3C6H5CHO(CH3 ) 2C=CHC6Hs + (C 6 H5 )3P=OEm (b), produzimos o ildeo a partir do haleto de benzila e fazemos com que ele reaja com a acetona. RLi+(b) C6 H5 CH2Br + (C 6H5 ) 3P ____.. C6H5CH2-P(C6 H5 ) 3 Br----+ "+C6 H5CH-P(C6Hs)3(CH 3 ) 2 C =OC6H 5CH=C(CH3)2 + (C6Hs)3P=OUma reao de Wittig modificada, amplamente usada, a de Horner-Wadsworth-Emmons. A reao de Homer-Wadsworth-Emmons envolve o uso de um ster fosfonato ao invs de um sal de trifenilfosfnio. O produto principal normalmente o ismero (E) do alceno. Algumas bases que so tipicamente usadas para formar o carbnion do s ter fosfonato incluem o hidreto de sdio, terc-butxido de potssio e butiltio. A seguinte seqncia de reaes um exemplo. Etapa 1o-o--N~O NaH11CH2-f-OEt-----+~jO 11CH-r-OEt +H-HOEtOEtUm ster fosfonatoEtapa 2o-~a+ ~cH-r-oEt +H'Uo n ~1OEtOc=d" ____..y+ Eto-r-o- Na+ OEt(84%)O ster fosfonato preparado pela reao de um fosfito de trialquila [(R0)3P] com um haleto apropriado (um processo chamado de reao Arbuzov). Segue um exemplo.o-CH2-X +EtO-~-OEt____..OEto~jo 11CH2-r-0Et + EtX OEtFosfito de trietilaProblema 16.17>-Alm da trifenilfosfina, considere que voc tenha disponvel como matria-prima quaisquer aldedos, cetonas e haletos orgnicos necessrios. Mostre como sintetizar os seguintes alcenos utilizando a reao de Wittig:(c) 40. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila(d)631CH 3CH2I(e) CH3CH 2CH=CCH 2CH 3 (f) C6H 5CH=CHCH=CH 2 (g) C6H 5CH=CHC 6H 5roblema 16.18 ~A trifenilfosfina pode ser usada para converter epxidos a alcenos, por exemplo,o / '.. C6H 5,,,,,. ..,,,,CH 3 C H ""'" C-C """'H +(C H ) P: __. C=C +(C H) PO 65 /H6sH.. ,. .3"H65 3CH 3Propor um mecanismo plausvel para esta reao.16.11AADIO DE REAGENTES 0RGANOMETLICOS: A REAO DE REFORMATSKY Na Seo 12.8, estudamos a adio de reagentes de Grignard, compostos de organoltio e alquinetos de sdio a aldedos e cetonas. Estas reaes, como veremos, podem ser usadas para produzir uma ampla variedade de lcoois:fi-~'..~I H+ I / I I -~'.. ~ I Ho+ I R:Li + C=O __.R -C-OLi ~R-C-OH /l fi-~'.. ~ I H+ I RC=C:Na + C=O __. RC==C-C-ONa ~ RC==C-C-OH / I I R:MgX +C=O_.R-C-OMgX~R-C-OHAgora examinaremos uma reao similar que envolve a adio de um reagente organozinco ao grupo carbonila de um aldedo ou cetona. Esta reao, denominada reao de Reformatsky, aumenta a cadeia carbnica de um aldedo ou cetona, resultando em steres .8-hidroxilados. Ela envolve o tratamento de um aldedo ou cetona com ster a-bromado na presena de zinco metlico; o solvente mais freqentemente usado o benzeno. O produto inicial um alcxido de zinco, que deve ser hidrolisado para levar ao ster .B-hidroxilado. BrZnO"-c=o + Br-e-co R I / I 2 AldedoZn benzeno~ster a-bromadoHOI I H o+ I {3 I -C-C-CO2 R~ -C-C-CO 2R I I I I s ter {3-hidroxiladoou cetonaO intermedirio da reao aparece como sendo um reagente organozinco adicionado ao grupo carbonila, de forma anloga ao de um reagente de Grignard.Um Mecanismo paraa Reao Reao de Reformatsky ~~ Zn .H ( l- ___ -/C=O Br-~-C0 2 R ~be --no + BrZn:~-C0 2 R---+ ~n ze -IBrZnOHOI I . Ho+ I I -c-c-co2R~ -c-c-co2R I I I I J que o reagente organozinco menos reativo do que o reagente de Grignard, no adicionado ao grupo ster. Os s teres .B-hidroxilados produzidos na reao de Reformatsky so facilmente desi- 41. 32Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila dratados a s teres o:,/3-insaturados, porque a desidratao resulta em um sistema em que a dupla li o carbono-carbono conjugada com a dupla ligao carbono-oxignio do ster. HOOIIII" " liHp+11-C-C-CORC=C /Calor/(-H 20)HCORos ter {3-hidroxilados ter o:,f3-insaturadoExemplos da reao de Reformatsky esto a seguir (onde Et = CH 3CH2- ) :o0011.CH 3CH 2CH 2CH + BrCH2C0 2Et O( ! ) ZnICH 3CH 2CH 2CHCH2C0 2Et(2) Hp+CH3liOHI(I(2) Hp+CH 3 CH + Br-C-C0 2EtCH 3I1) ZnICH 3 CH -C-C02 EtICH 3 O 11C6H5CHProblema 16.19>CH 3CH3OH (!) ZnIICH3 I+ Br-CH -C0 2Et ....;..;._ _ C6H5CH -CH -C02Et (2) Hp+Mostre como voc usaria uma reao de Reformatsky na sntese de cada um dos seguintes compostos. (Etapas adicionais podem ser necessrias em alguns momentos.) OH I (a) (CH 3) 2CCH 2C0 2CH 2CH 3~(b) ~THC0 2 CH 2 CH 3CH 316.12OXIDAO DE ALDEDOS E CETONASOs aldedos so muito majs facj !mepte.oxidados que.as cetonas. Os aldedos so rapidamente oxidados por agen.tes oxidantesfortes, tal como permanganato de potssio; e so tambm oxidados por agentes oxidantes moderados, como o xido de prata.oo KMnO OH-11RCH''11o Ho+Ho+ooliAg 20,0H-RCH11RCO- ~ RCOH 11o 11RCO-~RCOHObserve que nestas oxi.dae~ g~ aleedas perdem o hjdmgnio que aoexada ao tomo de carbono da carbonila. C .9 a cetonas no possuem este hidrognio, elas so muito mais resistentes oxidao.16.12A A Oxidao de Eraeyer-Villiger de Aldedos e Cetonas Tanto aldedos quanto cetonas so oxidados por peroxicidos. Esta reao, denominada oxidao de Baeyer- Villiger, especialmente til para cetonas, porque as converte a s teres carboxlicos. Por exemplo, tratando-se a acetofenona com um peroxicido, ocorre a converso ao s ter, acetato de fenilao 11? RCOOHo 11C 6H 5-C-CH 3 - - - C6 H5 -0-C-CH3 Acetofenona Acetato de fenila O mecanismo proposto para esta reao envolve as seguintes etapas. 42. 33Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaUm Mecanismo para a Reao Oxidao de Baeyer-Villiger+ /H. =o .-o 11~ . ...:11+ H-o~o-C-RCCH 3 /""cH5 6.. / H=o 4~:oI .. + . 1 CH - C - - 0 - 0 - C - R 4 3I~I~C 6H 5 H'__:AO reagente carbonilado remove um prton do cido.O peroxicido ataca o reagente carbonilado protonado.O grupo carbonila do peroxicido neste intermedirio protonado, preparando a parte do RC02H que se tornar o grupo retirante.Um prton removido do on oxnio.O grupo fenil migra com um par de eltrons para o oxignio adjacente, simultaneamente com a partida do RC02H como um grupo retirante.Um prton removido, resultando em um produto ster.-HAOs produtos desta reao mostram que um grupo fenila tem uma tendncia muito maior de migrar do que o grupo metila. No fosse isto, o produto seria C 6H5COOCH3 e no CH3COOC 6H 5 Esta tendncia de um grupo para migrar chamada de aptido migratria. Estudos da oxidao de BaeyerVilliger e outras reaes tm mostrado que aptido migratria dos grupos H > fenil > alquil 3 > alquil 2o > alquill o > metil. Em todos os casos, esta ordem para grupos migrando com seus pares de eltrons, isto , como nions.aProblema 16.20 ~Quando o benzaldedo reage com um peroxicido, o produto um cido benzico. O mecanismo para esta reao anlogo ao que acaba de ser dado para a oxidao da acetofenona e o resultado ilustra a maior aptido migratria do tomo de hidrognio se comparado ao fenil. Esboce todas as etapas envolvidas. Problema 16.21 ~D a estrutura do produto que resi.Jltaria da oxidao de Baeyer-Villiger da ciclopentanona.Problema 16.22~Qual seria o produto principal formado na oxidao de Baeyer-Villiger da 3-metil-2-butanona?16.13 ANLISESQUMICAS PARA ALDEDOS E CETONAS16.1 lA Derivados dos Aldedos e Cetonas Aldedos e cetonas podem ser diferenciados dos compostos no-carbonlicos atravs de suas reaes com derivados de amnia (Seo 16.8). Semicarbazona, 2,4-dinitrofenilhidrazina e hidroxilamina reagem com aldedos e cetonas para formar precipitados. Semicarbazonas e oximas so normalmente incolores, enquanto as 2,4-dintrofenilhidrazonas so normalmente laranja. Os pontos de fuso destes derivados podem tambm ser usados na identificao de aldedos e cetonas especficos. 43. 34este de T ollens (Teste do Espelho de Prata) acilidade com que os aldedos sofrem a oxidao prov um teste til que diferencia aldedos maioria das cetonas. Misturando uma soluo aquosa de nitrato de prata com uma soluo aquosa de an produz-se uma soluo conhecida como reagente de Tollens. O reagente possui o on diarninoprata(I Ag(NH3) 2+.Embora este on seja um agente oxidante muito fraco, ele oxida aldedos a nions carboxilatos. Como ele faz isso, a prata reduzida do estado de oxidao+ 1 [do Ag(NH3h+]a prata metlica. Se taxa de reao lenta e as paredes do recipiente esto limpas, prata metlica se deposita nas paredes tubo de ensaio como um espelho; se no, deposita-se um precipitado cinza a preto. O reagente de Tolle d um resultado negativo com todas as cetonas,exceto as cetonas a-hidroxiladas.oR-~- HoAg(NH,),+ RAldedo O 11H20-~-o-Agt Espelho de prataOHOI+O11Ag(NH3) +11R-C-CH-R' __:::..:...._"""': - R-C - C-R' + . HO 'Cetona a-hidroxiladao 11 R- C- R' CetonaAgt Espelho de prataAg(NH,), + H 20no h reao16.1 4PRO PRIEDAD ES E SPECTROSCPICAS DE ALDEDOS E CETONAS16.14A Espectro IV de Aldedos e Cetonas Os grupos carbonila de aldedos e cetonas apresentam bandas de absoro fortes por estiramen de C=O na regio 1665-1780-cm-I. A localizao exata da absoro (Tabela 16.3) depende da estrutura do aldedo ou cetona e uma das absores mais teis e caractersticas do espectro de IV. Os aldedos acclicos saturados absorvem tipicamente prximo de 1730 em-I ; as cetonas similares al>sorvem prximo de 1715 em- I. A conjugao do grupo carboniZa com uma ligao dupla ou um anel benznico desloca a absoro da ligao C O para freqncias mais baixas, na ordem de 40 cm- 1. Este deslocamento para freqncias mais baixas ocorre devido ao fato de a dupla ligao de um composto conjugado possuir mais carter de ligao simples (veja as estruturas de ressonncia a seguir) e as ligaes simples so mais fceis de estirar do que as duplas.:o ~"'tI:occr( .---.'c~! I+----Ligao simplesTabela 16.3 Bandas de Estiramento da Carbonila de Aldedos e Cetonas C= O Freqncias de Estiramentos CompostosFaixa (cm- 1)CompostosFaixa (cm- 1)R-CHO Ar- CHO1720-1740 > 1695-1715RCOR ArCO R1705-1720 1680-1700 I C= CI1680-1690 I C= C I . 665-1680 1CHOCOR Cicloexanona Ciclopentanona Ciclobutanona1715 1751 1785 44. 35Aldedos e Cetonas i. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila100 ,..--.,1,---.,1-,.-1--'-,---,.---,,.---,---.l--,---,--1-.,-----,l-.--,-l'---,l-,----,-i-----,1~ !.90f---1------ - - - ----+---t----+---+-----1----+---+-----+---- --rr ~v----1f. r-11 ( fIM :: ~ ',tt ....,.~::-(,::":::~_~t- __ v--_ tv'r--/7il-n---t(-t,-F~-_-_,_ ___--~~-~=---t---'~ o c _-r_-_---t~ - ~-t! V1- -rl /~:~ g50~-60~ -~1~ -V'(n: rmomco)1---------1--VH--+H~---~11))-~l 2-C-H/JIIIoII___li --t-t--t---HI-- 1+11--tiii----+--II+H _::::2.___.i40 f---f---f-~~~--f---t----++-r-+-~~~~--+-~~+---+hK+~ L Jc-~ ~ 30 1----+:_____ --~!!dcld!ka____Ic:'C-H_L_J L.-Ji-( -H'a!dernhaI-H-+----i -----lf--1- ( eformaop -----U-f-----+(esnram mo)f----1~o~ n c~~~ l d- H ~ ~~~~+-~~~~--4 20 1----~~ m~~ O) C-H ~'---r---r---+~--+-r+-+--~(qeformao ~o plano) (esnramen ! 0 aliftict ~ L ' 1 --:c: ! c ---c. c H 10 ~-~---4~~~~-~--~COo~~~~*===~~~--~~~~~~~~~ [I o L___L__JI _ I _I(esnram ntIIIstiramento lI:I0(defom ao fora dI IJ.I o) 'I ant)l J _[___l_ _..l__J__ _ j___j__ _L__L__J_ _.J_...Ll_ _..l___L_ _ j___L_ _L___L.l=!=====!===t!. .. '40003600320028002400200018001600140012001000800_j600Nmero de onda (cm-1)Fig. 16.1 O espectro de infravermelho do feniletanal.A localizao da absoro da carbonila de cetonas cclicas depende do tamanho do anel (comparar os 'compostos cclicos da Tabela 16.3). medida que os anis ficam menores, o pico de estiramento da ligao C=O se desloca para freqncias maiores. As vibraes da ligao C-H do grupo CHO dos aldedos tambm apresentam duas bandas fracas nas regies 2700-2775 e 2820-2900cm- 1 que so facilmente identificadas. A Figura 16.1 mostra o espectro IV do feniletanal.16.148 Espectro RMN de Aldedos e CetonasEspectro 13 C RMN O tomo de carbono da carbonila de um aldedo ou cetona apresenta sinais caractersticos de RMN na regio de 180-220 no espectro de 13C. J que quase nenhum outro sinal ocorre nesta regio, a presena de um sinal nesta .regio (prximo a 200) sugere fortemente a pre. sena de grupo carboniZa.Espectro 1H RMN Um prton aldedico apresenta um sinal no campo baixo distante na regio ( 9-10) onde quase no h outro prton absorvendo; portanto, facilmente identificado. O prton aldedico de um aldedo aliftico apresenta um acoplamento spin-spin com prtons em carbonos adjacentes a, e o padro de desdobramento revela o grau de substituio do carbono a . Por exemplo, no acetaldedo (CH 3CHO), o sinal do prton aldedico desdobrado em um quarteto por trs prtons metlicos e o sinal do prton desdobrado em um dupleto pelo prton do aldedo. A constante de acoplamento cerca de 3 Hz. Os prtons no carbono a so desblindados pelo grupo carbonila e seus sinais geralmente aparecem na regio de 2,0-2,3. As metil cetonas apresentam um singleto caracterstico (3H) prximo de 2,1. As Figs. 16.2 e 16.3 mostram os espectros 1H e l 3C do feniletanal.16.14C Espectro de Massa de Aldedos e Cetonas O espectro de massa de cetonas normalmente apresenta um pico correspondente ao on molecular. Os aldedos tipicamente produzem um pico proeminente em Mt _ 1 no seu espectro de massa a partir da clivagem do hidrognio do aldedo. As cetonas normalmente sofrem clivagem em qualquer lado do grupo carbonila para produzir ons aclio, RC ==o;, , onde R pode ser um grupo alquila de qualquer lado da cetona. A clivagem via rearranjo de McLafferty (Seo 9.16C) tambm possvel em vrios aldedos e cetonas.16.140 Espectro UV Os grupos carbonila de aldedos e cetonas saturados do uma banda de absoro na regio de UV entre 270 e 300 nm. Esta banda deslocada para comprimentos de onda maiores (300-350 nm) quando o grupo carbonila est conjugado com uma ligao dupla. 45. 36Aldedos e Cetonas L Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila(d)(c)0(e) Q - c H -g-H (a) 2 (b)(a)(b)1MS(c,d,e)_j~T~--~---,---.~~-,-9,759,70783,709,65563,65o2343,60~(ppm)Fig. 16.2 O espectro de 1H RMN, a 300 MHz, do feniletanal. O pequeno acoplamento entre os prto aldedico e metilnico (2,6 Hz) mostrado nos grficos inseridos.IIII) a(e) (f)I'IIIIIiIIIIIIIII(d)criCH2-C-H (b)CH(a)(d,e,j) CH CHCHI I 220II ' 200TMS(b)(a)l II 180iI 160II 140II120I100llc (ppm)II 80III6040II 20IIo13Fig. 16.3 O espectro C RMN, desacoplado de prton, do feniletanal. As informaes do 13C RMN DEPT e os carbonos assinalados esto mostrados prximos a cada pico.Resumo dos Mecanismos pra Reaes de Adio d Aldedos e Cetonas As reaes de adio nucleoflica de aldedos e cetonas que ocorrem no tomo de carbono da carbo que ns estudamos at agora, esto resumidas abaixo. No Cap. 17, veremos outros exemplos.Reaes de Adio Nucleofilica de Aldedos e Cetonas 1. Adio de Compostos Organometlicos Reao geral 46. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaExemplo Especfico Usando o Reagente de Grignard (Seo 12.7) OOH (I) Et,O11CH3CH2MgBr+ CH3C-H (2)IHp+ llCH3~~!~~CH3Exemplo Especfico Usando a Reao de Reformatsky (Seo 16.11) (I) Zn (2) Hp+2. Adio de on Hidreto Reao geral"'- r::::.~-H:~C=O---+7.I II IH-c-o----+ H-C-OH Hlo +Exemplos Especficos Usando Hidretos Metlicos (Seo 12.3)~O + LiAIH4 ~(I) Et,O (2) Hp+O C 2H 50-C-OC2H 5HIH+ HOH37 47. 38Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila6. Adio de Derivados de Amnia (Seo 16.8) Reao geral~.r-----.._ -N-H 0C=OIH/4~[ -N-C-OH ___. N=C/ .. I . I I - Hp I "-HExemplo Especfico~ CH3CH+ NH2 0H____./OH /C=J'!.CH3 AcetaldoximaTautomerizao Enis Tautomerizao ceto-enlica Adio Nucleoffiica ao carbono da carbonila HemiacetaisPROBLEMAS ADICIONAISSeo 16.5B Seo 16.5B Seo 16.5B Seo 16.6 Seo 16.7A Acetais I minas Hidrazonas, semicarbazonas e oximas Cianohidrinas IldeosSeo 16.7B Seo 16.8 Seo 16.8A S~o 16.9 Seo 16.1016.23 D a frmula estrutural e outro nome aceitvel para cada um dos seguintes compostos: (a) Formaldedo (b) Acetaldedo (c) Fenilacetaldedo (d) Acetona (e) Etil metil cetona (f) Acetofenona (g) Benzofenona (h) Salicilaldedo (i) V anilina (j) Dietil cetona (k) Etil isopropil cetona (I) Diisopropil cetona ) (m) Dibutil cetona (n) Dipropil cetona (o) Cinamaldedo 16.24 Escreva as frmulas estruturais para os produtos formados quando o ropanal reage com c um dos seguintes reagentes: (a) NaBH4 em NaOH aquoso (b) C6 5MgBr, depois Hz H (c) LiAlH4 , depois H2 0 (d) Ag20 , OH(e) (C6Hs)3P=CH2 (f) H 2 e Pt (g) HOC:~2CH~OH e HA (h) CH3CH- P(C6H 5) 3 (i) (1) BrCH2C02C2H5, Zn; (2) H 3 + (j) Ag(NH3)2+ (k) Hidroxilamina (I) Semicarbazida (m) Fenilidrazina' Os problemas marcados com asterisco so "problemas de desafio". 48. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbo nila39(n) KMn04 diludo a frio (o) HSCH2CH2SH, HA (p) HSCH2CH2SH, HA, depois nquel Raney16.25 D as frmulas estruturais para os produtos formados (se houver) a partir da reao de acetona com cada um dos reagentes do Problema 16.24. 16.26 Quais produtos seriam obtidos a partir de cada uma das seguintes reaes da acetofenona?(a) Acetofenona + HN03 (b) Acetofenona(c) AcetofenonaH 2so!+ C 6H 5NHNH2 ---+ + + :CH2 -P(C6H 5) 3 ---+ HO(d) Acetofenona + NaBH4 o~- (e) Acetofenona+ C6H 5MgBr(2)H 2o16.27 (a) D trs mtodos para sintetizar a fenil propil cetona a partir do benzeno e de outros reagentes necessrios. (b) D trs mtodos para transformar fenil propil cetona em butilbenzeno. 16.28 Mostre como voc converteria benzaldedo em cada um dos seguintes compostos. Voc pode usar gualquer reagente necessrio e mais de uma etapa, caso haja necessidade. (a) Alcool benzlico (b) cido benzico (c) Cloreto de benzola (d) Benzofenona (e) Acetofenona (f) 1-Feniletanol (g) 3-metil-1-fenil-1-butanol (h) Brometo de benzila (i) Tolueno (j) C6H 5CH(OCH3) 2 (k) C6 H 5CH18 (1) C 6H 5CHDOH (m) C 6H 5CH(OH)CN (n) C6H 5CH NOH (o) C6H 5CH NNHC 6H 5 (p) C6H 5CH NNHCONH2 . (q) C6H 5CH=CHCH=CH2 16.29 Mostre como a etil fenil cetona (C6H 5 COCH2CH3) seria sintetizada a partir de cada um dos seguintes compostos: (a) Benzeno (b) Cloreto de benzola (c) Benzonitrila, C6H 5CN (d) Benzaldedo 16.30 Mostre como o benzaldedo seria sintetizado a partir de cada um dos seguintes compostos: (a) lcool benzlico (d) Fenileteno (estireno) 1 (b) cido Benzico (e) C 6H 5C02CH3 f (c) Feniletino (f) C6H5C=N 16.31 D as estruturas dos compostos A-E. CicloexanolH2Cr04 acetona .,(I) CH3MglA {C6 H 100) (2) H,OC (C7HI2)(I) 0 3 (2) Zn, HOAc ..HA ., B (C 7H 14) ___:a~or.,D (C7H12z)(I) Ag,, OH(2) H,o ..' E (C7H1203)16.32 A seguinte seqncia de reao mostra como a cadeia carbnica de um aldedo pode ser aumentada em dois tomos de carbono. Quais so os intermedirios K-M?El(I) BrCH2C02Et, Zn~na (2) H,O..K(CO ) HA, calor 6H12 3 .. H2 , PtL {C6 H 100 2) ~ M (C6 H 120 2)(I) DffiAL-H ( ) H 0 .. 2 2butanal 49. 40Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaDica: O espectro de 13 C RMN de L consiste de sinais em 166,7; 144,5; 122,8; 60, 17,9e 14,3.16.33 Aquecer o piperonal (Seo 16.3) com soluo aquosa de HCl diluda fornece um campos com a frmula C7H60 3 O que este composto e qual tipo de reao est envolvida? 16.34 Partindo do brometo de benzila, mostre como voc sintetizaria cada um dos seguintes compostos: (a) C6H5CH2CHOHCH 3 (c) C6H5CH=CH-CH=CHC 6H5 (b) C6H5CH 2CH 2CHO (d) C6H 5CH 2COCH 2CH 3 16.35 Os compostos A e D no do teste de Tollens positivo; contudo, o composto C d. D asestruturas para A-D. 4 -B romo b utana1HOCH,CH,OH , HAA(C H O Br ) 6 11 2Mg, Et,.,16.36 Apresente os reagentes necessrios e os intermedirios para a sntese seguinte: HO-o-CHpH~ CH30 - o - C H p H ~? ~ OHOHCHp-Q-tHTHC02Et~ CHp-Q-tHTHCHpHCH 3CH 316.37 Aqui est esquematizada a sntese do gliceraldedo (Seo 5.14A). Quais so os intermedirios A-C e quais formas estereoisomricas do gliceraldedo voc obteria? CH 2= CHCH 20HPCC CH,CI, .,CH 30H, HAA (C3 4 0) _.::...._..:....___. HB (C 5 H 100 2 )KMnO,, OH-H, -.:=-:::-.H 20C (C 5 H 120 4 ). . fn o. dilu fdo' g]1cerald e1'd o16.38 Considere a reduo do (R)-3-fenil-2-pentanona pelo borohidreto de sdio. Aps a reduo estar completa, a mistura separada por cromatografia em duas fraes. Estas fraes contm compostos isomricos e cada ismero opticamente ativo. Quais so estes dois ismero e qual a relao de estereoisomeria entre eles? 16.39 A estrutura do feromnio sexual (atraente) da mosca ts-ts fmea tem sido confirmada pelas seguintes snteses. O composto C mostra-se idntico ao feromnio natural em todos os aspectos (incluindo a resposta da mosca ts-ts macho). Apresente as estruturas para A ,B e C.o 11(I) 2 (C 6 H5) 3 P) BrCHiCH2 7CH 2Br --'-'----'---"--'""-- A (C 45 H4l (2) 2 RLi2 CH 3 (CH 2) 11 CCH32) ----"-'---~--'+16.40 Apresente os testes qumicos simples que distinguiriam cada um dentre os seguintes pares de compostos: (a) Benzaldedo e lcool benzlico (d) 2-Hexanol e 2-hexanona (b) Hexanal e 2-hexanona (e) C6H 5CH=CHCOC6H5 e C6H5COC 6H5 (c) 2-Hexanona e hexano (f) Pentanal e ter dietlicooo1111OH IO 11CCH3 (g) CH 3 CCH 2eC= CHCCH 3 CH 3(h) crOCH3 -ecrOH 50. 41Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila16.41 Os compostos W e X so ismeros; eles tm frmula molecular C9 H 80. O espectro de IV de cada composto mostra uma banda de absoro forte prxima de 1715 cm- 1 A oxidao de qualquer um dos compostos com permanganato de potssio bsico e quente seguido de acidificao fornece o cido ftlico. O espectro de 1H RMN de W mostra um multipleto em 7,3 e um singleto em 3,4. O espectro de 1H RMN de X mostra um multipleto em 7,5, um tripleto em 3,1 e um tripleto em 2,5. Propor estruturas para W e X.~co,H , C02 H Acido ftlico16.42 Os compostos Y e Z so ismeros com frmula molecular C 10H 120. O espectro IV de cada composto mostrou uma banda de absoro forte prxima a 1710 cm- 1 Os espectros de 1H RMN de Y e Z esto dados nas Figs. 16.4 e 16.5. Proponha estruturas para Y e Z.~L1,287TMSJlmm1,045632oH (ppm)Fig. 16.4 O espectro de 1H RMN, a 300 MHz, do composto Y, Problema 16.42. As expanses dos sinais esto apresentadas em grficos inseridos.JU, _) u~~2,98765TMS2,7432oH (ppm)Fig. 16.5 O espectro de 1H RMN, a 300 MHz, do composto Z, Problema 16.42. As expanses dos sinais esto apresentadas em grficos inseridos. 51. 42Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo CarbonilaIIIIII!IIIIIIIIIIIII'IIA, C9H1gCH 2 CHCDCI3 TMScjl.! II220. i 200I , 160I180I 140I , iI 120I 60I80100I 40I 20IIo (ppm) c 13Fig. 16.6 O espectro de C RMN, desacoplado de prton, do composto A, Problema 16.43. As informaes dos espectros do 13C RMN DEPT so dadas acima dos picos.16.43 O composto A (C 9 H 18 0) forma a fenilhidrazona, mas d negativo no teste de Tollens. O espectro de IV de A possui uma banda forte prxima de 171 O em - I. O espectro de 13 C RMN , desacoplado de prton, de A. dado na Fig. 16.6. Proponha uma estrutura para A. 16.44 O composto B (C 8H 120 2) mostra uma forte absoro de carbonila em seu espectro de IV. O espectro de 13C RMN, desacoplado de prton, de B, dado na Fig. 16.7. Proponha uma estrutura para B. 16.45 Quando a semicarbazida (H2NNHCONH2) reage com uma cetona (ou um aldedo) para formar uma semicarbazona (Seo 16.8A), apenas um tomo de nitrognio da semicarbazida age como um nuclefilo e ataca o tomo de carbono da carbonila de uma cetona. O produto da reao conseqentemente R2C NNHCONH 2, ao invs de R2C = NCONHNH2 Quais fatores devem ser considerados para o fato de que os dois tomos de nitrognio da semicarbazida so relativamente no-nucleoflicos?IIII'II'III!II'I .IIII'II'ICH3TMScCD~l3 1c I220200I 180I 160II140, III120100I 80II6040II 20c (ppm)Fig. 16.7 O espectro de 13 C RMN, desacoplado de prton, do composto B, Problema 16.44. As informaes dos espectros do 13C RMN DEPT so dadas acima dos picos.I Io 52. Aldedos e Cetonas L Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila4316.46 Uma doena do olmo' ornamental causada por um fungo transmitido s rvores de olmo pelo besouro. O besouro fmea, quando localizado em uma rvore de olmo atrativa, libera vrios feromnios, incluindo a multistriatina, cuja frmula vem a seguir. Estes feromnios atraem os besouros machos, que trazem com eles os fungos mortais.--v MultistriatinaTratar a multistriatina com soluo aquosa de cido diluda temperatura ambiente leva formao de um produto, C 10H200 3, que apresenta um pico forte no infravermelho prximo de 1715 cm- 1 Proponha uma: estrutura para este produto. 16.47 Uma sntese industrial do benzaldedo usa tolueno e cloro molecular como matrias-primas para produzir C 6H5CHC12 Este composto ento convertido a benzaldedo. Sugira quais etapas esto envolvidas no processo. 16.48 Um composto opticamente ativo, C6H 120, d teste positivo com a 2,4-dinitrofenilhidrazina mas d teste negativo com o reagente de Tollens. Qual a estrutura do composto? 16.49 No caso dos aldedos e cetonas assimtricas, duas oximas isomricas so possveis. Qual a origem desse isomerismo? 16.50 A estrutura seguinte um intermedirio na sntese das prostaglandinas F2a e E 2 feita por E. J. Corey (Universidade de Harvard). A reao de Homer-Wadsworth-Emmons foi usada para formar o (E)-alceno. Escreva as estruturas para o s ter fosfonato e o reagente carbonilado que foram usados neste processo. (Nota: o componente carbonilado da reao inclui o grupo ciclopentila.)o16.51 A coenzima fosfato de piridoxal (PLP, ver a vinheta de abertura do captulo "A Qumica de Fosfato de Piridoxal", Seo 16.8) catalisa as reaes de descarboxilao de alguns a- aminocidos. Assim como todas as reaes PLP, o processo comea com a formao de uma imina a partir do PLP e do substrato do aminocido. No mecanismo, um intermedirio correspondente a um nion no carbono a do aminocido produzido, o qual estabilizado pelo grupo PLP como um receptor temporrio de par de eltrons. Uma vez que o grupo cido carboxlico perdido, sendo substitudo por um prton de algum stio na enzima (em geral, do grupo "HB-Enzima"). Dada esta informao, propor um mecanismo detalhado de descarboxilao de um aminocido catalisado por PLP.o RliC"-c/ "-oH _____;H:.:..-....:B::...--=::.:n= a - - - - . E zi:::m=-1HNH20p-_ 'P0/,oH....._ C' O-CHn02 ~ I h N+ C H I ' HFosfato de piridoxal' rvore da fanu1ia das ulmceas, prpria da Europa e ausente no Brasil. (N .T.) 53. 44Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila16.52 (a) Quais seriam as freqncias destas duas bandas de absoro esperadas como sendo proeminentes no espectro de infravermelho de 4-hidroxicicloeptanona (A)? (b) Na realidade, a banda de freqncia mais baixa das duas muita fraca. Esboce a estrutura de um ismero que existiria em um equihbrio com A e que explica esta observao. 16.53 Uma das reaes importantes de lcoois, teres e steres benzlicos a facilidade da clivagem da ligao benzil-oxignio durante a hidrogenao. Isto um outro exemplo da "hidrogenlise", a clivagem de uma ligao pelo hidrognio. Isto facilitado pela presena de cido. A hidrogenlise tambm pode ocorrer em compostos com anel tensionado. Na hidrogenao do composto B (ver abaixo), utilizando catalisador de nquel Raney em uma soluo diluda de cido clordrico em dioxano e gua, a maioria dos produtos tem um grupo 3,4-dimetoxifenilligado em uma cadeia lateral. Entre eles, um produto interessante o C, cuja formao ilustra no apenas a hidrogenlise mas tambm a aptido migratria do grupos fenila. Para o produto C, estes so os dados espectrais chave: MS (m/z): 196,1084 (M"!" , em alta resoluo), 178 IV(cm- 1): 3400 (largo), 3050, 2850 (estiramento CH 3-0) 1 H RMN (8, em CDC1 3): 1,21 (d, 3H, J =7Hz), 2,25 (s, IH), 2,83 (m, IH), 3,58 (d, 2H, J = 7Hz), 3,82 (s, 6H), 6,70 (s, 3H). Qual a estrutura do composto C?cPROBLEMAS PARA TRABALHO EM GRUPOA sntese do cido ascrbico (vitamina C, 1) partindo da D-( + )-galactose apresentada no final deste captulo (Haworth, W.N., et a.l, J. Chem. Soe. 1933, 1419-1423). Considere as seguintes questes sobre o projeto e as reaes usadas nesta sntese. (a) Por que Haworth e co-autores introduzem os grupos funcionais acetal em 3? (b) Escreva o mecanismo para a formao de um destes acetais. (c) Escreva um mecanismo para a hidrlise de um dos acetais (4 a 5). Considere que a gua estava presente na mistura reacional. (d) Na reao de 5 para 6, voc pode adotar que existia um cido (e.g., HCl) presente com o amlgama de sdio. Qual reao ocorreu aqui e de que grupo funcional esta reao realmente prosseguiu? (e) Escreva o mecanismo para a formao de uma fenilhidrazona a partir da carbonila do aldedo 7. [No considere o grupo fenilhidrazona em C2. Iremos estudar a formao das bishidrazonas deste tipo (chamada de osazona) no Cap. 22.] (f) Qual foi a reao usada para adicionar o tomo de carbono que finalmente leva o carbono da carbonila da lactona a se tomar o cido ascrbico (1)? 54. Aldedos e Cetonas I. Adio Nucleoflica ao Grupo Carbonila)lo oHOMe2COIH2S04-;;(oOHOH32~KMn04J{;~:H OH._N_....:g:::.... a!H)lo OHHOo 11H,so.OHC02H-;;(o5614(1) NH3 (2) NaOCIH~HOCH,OHHOCHOOHPhNHNH,H~HOCH,OHHOPhCHOIH, SO,CH = NNHPh NNHPh78~KCN/CaC12 HOCHzOHo OHOH 18%HCI45 55. 17CaptuloAldedos e Cetonas 11. Reaes Aldlicas TIM (lsomerase Fosfato de Triose) Recicla o Carbono via um Enol Um enol um lcool vinlico, ou um alceno-lcool. Os enis so o centro para a vida, assim como para as reaes que iremos estudar neste captulo. Por exemplo, um intermedirio enol ocupa um papel-chave na gliclise, um caminho usado por todos os seres vivos para a produo de energia atravs da clivagem da glucose. Se no fosse pela intermediao de um enol, a produo lquida do ATP, apenas da gliclise, seria nula. I C=C I OHUm enolNa primeira etapa da gliclise, uma molcula de C6 da glucose dividida em duas molculas de C 3 diferentes [fosfato de diidroxiacetona (DHAP, sigla em ingls) e 3-fosfato de gliceraldedo (GAP- sigla em ingls)]. Este processo consome energia na forma de duas molculas de ATP. Na segunda etapa da gliclise, o metabolismo de um dos intermedirios C3 (GAP), provoca a formao de duas molculas de ATP. Portanto, at este ponto a produo de energia de gliclise zero. Contudo, uma enzima chamada isomerase fosfato de triose (TIM ou TPI) recicla o intermedirio C3 (DHAP) no-usado, formado a partir da glucose, para que uma segunda passagem pela Etapa 11 da gliclise seja possvel. O metabolismo da segunda unidade C 3 produz mais duas molculas de ATP, que resulta em um rendimento global pela gliclise de dois ATP, a partir de uma molcula de glucose. Um diagrama desta seqncia mostrado no esquema a seguir:Gliclse, Estgio I~c ~2ATP2 ADPGliclise, Estgio 11o::.__ .,po c I ~--+ --+ C=O --+ --+ --+ (Rendimento lquido de 2 ATP) I 2 (2 ADP)2 (2 ATP)CH 3PiruvatoIntermedirio enodiol 56. Aldedos e Cetonas li. Reaes Aldlicas47Iremos usar os enis e os enolatos (a base conjugada de um enol) nas reaes para fazer ligaes carbono-carbono, um exemlo dos quais conhecido como uma reao aldlica. Curiosamente, o precursor direto do DHAP e o GAP na gliclise um tipo de molcula chamada de aldol (um aldedo ou cetona com um grupo 13-hidroxila). Este precursor clivado para o DHAP e o GAP por uma enzima chamada aldolase .A Acidez dos Hidrognios a dos Compostos Carbonilados: nions Enolatos ..1 Tautomeria Ceto-enlica -.3 Reaes via Enis e nions Enolatos A A Reao Aldlica: A Adio de nions Enolatos aos Aldedos e s Cetonas .117.5 17.6 17.7 17.8Reaes Aldlicas Cruzadas Ciclizaes via Condensaes Aldlicas Enolatos de Ltio Selenao a: Uma Sntese dos Compostos Carbonilados a,f3 Insaturados 17.9 Adies aos Aldedos e Cetonas a,f3 Insaturados17.IA ACIDEZ DOS HIDROGNIOS a DOS COMPOSTOS CARBONILADOS: NIONS ENOLATOS No Cap. 16, descobrimos que uma caracterstica importante dos aldedos e das cetonas sua capacidade de sofrer adio nucleoflica nos seus grupos carbonila. "-C=O+ H-Nu--+/"- /OH C /"-NuAdio nucleoffiicaUma segunda caracterstica importante dos compostos carbonilados a acidez excepcional dos tomos de hidrognio sobre os tomos de carbono adjacentes ao grupo carbonila. (Estes tomos de hidngnio so normalmente chamados de hidrognios a, e o carbono o qual eles so ligados, o carbono a.).-o 1...IaI jJI11IR-C-C-C-H H Hidrognios a so___)' extraordinariamente acdicos (pK. = 19-20).:' IH~B$'1c-e .,,,_ Hidrognios {3 no so acdicos (pK0 = 40-50).:a. IIC=C+ H-BBnion estabilizado por ressonnciaObservamos desta reao que duas estruturas de ressonncia, A e B, podem ser escritas para o nion. Na estrutura A, a carga negativa est sobre o carbono, e na estrutura B, a carga negativa est 57. 48Aldedos e Cetonas li. Reaes Aldlicassobre o oxignio.~~~ s~ascotribu~mao l}~o. Apesar de a estrutur~edayorec.!:_da~p.ela;,fu.L.a de . aJigaoAr:._~ac~~o, relativa ligao 'TT mais fraca carbono-car ~e B, a estrutura B f o ece cont "h1QQ maior ao hbridp, pois .9 oxi nio Qdo alt _ te eletmneativo, consegue acomodar melhor a carga negativa. Podemos representar o hbrido da seguinte maneira:~ ~{Quando este nion estabilizado pela ressonncia aceita um prton, ele pode faz-lo de qualquer uma das duas maneiras: ele pode aceitar o prton no carbono para formar o composto carbonilado original, no que chamado de forma cetnica, ou pode aceitar o prton de oxignio para formar um enol. Um prton pode ser adicionado aqui~os - ou ~ Um prton pode ser adicionado aqui ", 8- / C=C + HB /' '-... Anion enolatoHO'-... // C=C'-...0".+ B:-Forma enlica/c-e/H ~/;+ s=-Forma cetnicaAmbas as reaes so reversveis. Devido a sua relao com o enol o ~abilizado pela.r.e_s~q_ nncia chamada de um ni n...enolato. m mapa de potencial e etrosttico calculado para o nion enolato da acetona mostrado aqui. O mapa indica aproximadamente a extrema extenso da densidade do eltron (a superfcie van der W aals) do nion enolato da acetona. A regio superior, prxima do oxignio, consistente com o oxignio que consegue estabilizar melhor o excesso da carga negativa do nion. A parte do carbono onde.um hidrognio a foi removido indica que um pouco do excesso da carga negativa tambm localizado a. Estas implicaes so paralelas s concluses acima citadas, sobre a distribuio de carga no hbrido baseada na ressonncia e nos efeitos da eletronegatividade.Enolato de acetona17.2 T AUTOMERIACETO-ENLICAAs formas ceto e enol dos compostos carbonilados so ismeros constitucionais, mas de um tipo especial. Como so facilmente interconvertidos na presena de traos de cidos e bases, os qumicos usam um termo especial para descrever este tipo de isomerismo constitucional. As formas ceto e enol interconversveis so chamadas de.tanWm.eros, e sua interconverso chamada de~ Sob a maioria das circunstncias, encontramos tautmeros ceto-enlicos em um estado de equilbrio. (As superfcies das vidrarias comuns dos laboratrios so capazes de catalisar a interconverso e estabelecer o equilbrio.) Para compostos monocarbonila simples, tais como a acetona e o acetaldedo, a quantidade da forma enol presente no equilbrio muito pequena. Na acetona menor que 1%; no acetaldedo, a concentrao do enol pequena demais para ser detectada. A maior estabilidade das seguintes formas ceto dos compostos monocarbonilados pode ser relacionada fora 58. Aldedos e Cetonas Il. Reaes Aldlicas49maior da ligao 1r do carbono-oxignio, comparada ligao 1r do carbono-carbono (-364 kJ mol- 1 versus -250 kJ mol- 1). Forma En6licaForma Cetnicao AcetaldedoliCH 3CH (-100%)o liCH 3CCH 3Acetona(>99%)OH--==.ICH 2 = CH(extremamente pequeno)OH--==.ICH 2 =CCH 3 (1,5X10- 4 %)OHCicloexanona (98,8%)(1,2%)Nos compostos cujas molculas possuem dois grupos carbonila separados por um grupo - CH2(chamados compostos 13-dicarbonila), a quantidade de enol presente no equilbrio muito maior. Por exemplo, o 2,4-pentanodiona existe na forma enol numa proporo de at 76%.2,4-Pentanodione (24%)Forma enlica (76%)A maior estabilidade da forma enol dos compostos 13-dicarbonilado pode ser atribuda estabilidade obtida atravs da estabilizao por ressonncia das ligaes duplas conjugadas e (em uma forma cclica) atravs da ligao do hidrognio.Estabilizao pela ressonncia da forma enlica.Problema I 7.I>Para todos os fins prticos, o composto 2,4-cicloexadieno-1-ona existe totalmente na sua forma enol. Escreva a estrutura do 2,4-cicloexadieno-1-ona e sua forma enol. Que fator especial explica a estabilidade da forma enol?17.3 REAES VIA ENIS E NIONS ENOLATOS I7 .lA Racemizao Quando a soluo do (+)-sec-butil fenil cetona (veja a reao seguinte) em etanol aquoso tratada com cidos ou bases, a soluo perde gradualmente sua atividade ptica. Depois de algum tempo, o isolamento da cetona mostra que ela sofreu a racemizao. C2H ~ . C-CC 6H 5 HC''"'/ 3OH-ou H 3o+H(R)-(+ )-sec-Butil fenil cetona()-sec-Butil fenil cetona (forma racmica) 59. 50Aldedos e Cetonas li. Reaes AldlicasA racemizao ocorre na presena de cidos ou bases, pois acetona muda lenta, mas reversivelmente, para seu enol, e o eno/ aquiral. Quando o enol reverte para sua forma ceto, ele produz quantidades iguais de dois enantimeros.C2H H~C2H 5 I c=c I C'"''C-CC 6 H5 3HH 3COH(+ ) e (- )-sec-Butil fenil cetona (na forma racmica mostrada anteriormente).C6H5Enol (aquiral)(R)(+ )-sec-Butilfenil cetona (quiral)A base catalisa a formao de um enol atravs da formao do intermedirio, um nion enolato.Um Mecanismo para a Reao Enolizao Catalisada por Base~o: C-C ~ .. - '"'"1':3' " HO: H"uCetona(quiral)H~OH " /:o:JC=C /":O-H"C=C /"/nion enolato (aquiral)Enol (aquiral)O cido pode catalisar a enolizao da seguinte forma:Um Mecanismo para a Reao Enolizao Catalisada por Acido":O-HC=C // Cetona (quiral)". ++H-O-H IHEnol (aquiral)Em cetonas cclicas, o enol ou nion enolato formado pode ser (E) ou (Z). A protonao sobre uma face do ismero (E) e a protonao sobre a mesma face do ismero (Z) produz enantimeros.Problema I 7.2>-Voc esperaria que cetonas opticamente ativas, tais como as seguintes, sofressem a racemizao catalisada por cido ou base? Explique sua resposta. 60. Aldedos e Cetonas li. Reaes Aldlicasroblema 17.3~51Quando uma sec-butil fenil cetona tratada com on- ou D30+, na presena de D20 , acetona sofre intercmbio de hidrognio-deutrio e produz este composto:Escreva os mecanismos que explicam este comportamento.Os diasteremeros, cuja configurao difere em um estereocentro apenas, so s vezes chamados de epmeros. A tautomerizao ceto-enlica pode, s vezes, ser usada para converter um epmero menos estvel em um mais estvel. Este processo de equilbrio um exemplo da epimerizao. Um exemplo a epimerizao do cis-decalona em trans-decalona.trans- Decaio nacis-Decalonaroblema I 7.4~Escreva um mecanismo usando o etxido de sdio em etanol para a epimerizao do cis-decalona em trans-decalona. Desenhe as estruturas conformacionais de cadeira que mostram por que o trans-decalona mais estvel do que o cis-decalona.17.38 Halogenao das Cetonas As cetonas que possuem um hidrognio u reagem imediatamente com os halognios pela substituio. As velocidades destas reaes de halogenao aumentam quando os cidos ou bases so adicionados e a substituio ocorre quase que exclusivamente no carbono u:H O IX O11 .d-C-C- +XI,2Cl o ou baseI11- C -C-I+ HXEste comportamento das cetonas pode ser explicado em termos de duas propriedades relacionadas que j havamos encontrado: a acidez dos hidrognios u das cetonas e a tendncia das cetonas para formar enis.Halogenao Promovida por Base Na presena de bases, a halogenao ocorre atravs da lenta formao de um nion enolato ou um enol, seguida por uma reao rpida do nion enolato ou enol com halognio.Um Mecanismo para a Reao Halogenao dos Aldedos e Cetonas Promovida por BaseEtapa 1/~ H ~o: ~~ ~B=-+-c-eI"lento 4B=H+'-fi-:o~-,;7 c~c/:OH rpido 4"nion enolato"-C= C//"Enol+ B:- 61. 52Aldedos e Cetonas li. Reaes AldlicasEtapa 2..X Io:..o: f?J rpido x-xv-----c; .f' __,_____.-c-e.f' + x+-c-e 1"I"nion enolatoComo iremos ver na Seo 17 .3C, podem ocorrer halogenaes mltiplas.Halogenao Catalisada por cido. Na presena de cidos, a halogenao ocorre atravs da lenta formao de um enol, seguida pela rpida reao do enol com o halognio.Um Mecanismo para a Reao Halogenao dos Aldedos e Cetonas Catalisada por cido:B-Hl Etapa 1II/:Etapa 20:~. 0J 'VI,/'-C-Crpido1 ~Io:f-c-e I"f+ x-X 4/ + H=B" Enol+ x-"0:IrpidoOHC=Co-H -c-e IHH -:f'-C-C"/Etapa3+ H=B~fI"-c-e+ HXParte da evidncia que apia estes mecanismos vem dos estudos da cintica da reao. Tanto as halogenaes das cetonas promovidas por base ou catalisadas por cido apresentam velocidades iniciais que so independentes da concentrao de halognio. Os mecanismos que descrevemos esto de acordo com esta observao; em ambos os casos, a etapa lenta do mecanismo ocorre antes da interveno do halognio. (As velocidades iniciais tambm so independentes da natureza do halognio; veja Problema 17.6.)Problema 17.5~Por que dizemos que a halogenao das cetonas em base "promovida por base" em vez de "catalisada por base"?Problema I 7.6~Evidncia adicional para os mecanismos de halogenao, que acabamos de apresentar, advm dos seguintes fatos: (a) A sec-butil fenil cetona opticamente ativa sofre racemizao catalisada por cido a uma velocidade exatamente equivalente velocidade na qual ela sofre a halogenao catalisada por cido. (b) A sec-butil fenil cetona sofre iodinao catalisada por cido, na mesma velocidade em que sofre a brominao catalisada por cido. (c) A sec-butil fenil cetona sofre intercmbio de hidrognio-deutrio catalisado por base, na mesma velocidade que sofre a halogenao promovida por base. Explique como cada uma destas observaes apia os mecanismos que apresentamos. 62. Aldedos e Cetonas li. Reaes Aldlicas5317.3C A Reao d9 Halofrmio Quando as metil cetonas reagem com os halognios na presena de base, halogenaes mltiplas sempre ocorrem no carbono do grupo de metila. Halogenaes mltiplas ocorrem pois a introduo do primeiro halognio (devido sua eletronegatividade) toma os demais hidrognios a no carbono de metila, mais cidos.O H 11O XI11IC6H 5-C-C-H + 3 X 2 + 3 OH- ----+ C6H 5-C-C-X + 3 1basex- +3 H 201HXUm Mecanismo para a Reao Etapa da Halogenao da Reao do Halofrmio:~ ~~-:~ .. ~x_fx:~tC H -C-C-H+ :B +===C H -C-C-H---+ C H -C-C-H+I65I65H6I5Hx-H- =oH""C=C /"/ C6H 5Hnion enolato:o xo x 11-+.~ ~-C H -C-C-H+ :B 65I.4~C11o x+r--x_fxH - C -C:-I65H65HA acidez aumentada pelo tomo de halognio, o eltron retirante-o ."/ C6H 5x-H18 HC=CI I11 C H - C-C-X+/"Xdepois X2:o x 11 I CH -c-e-x 6 5 Inion enolatoXQuando as metil cetonas reagem com os halognios no hidrxido de sdio aquosos (i.e., em solues de hipoalitos), ocorre uma reao adicional. O on hidrxido ataca o tomo de carbono carbonlico da cetona trialogenada e provoca uma clivagem na ligao carbono-carbono entre o grupo carbonila e o grupo trialometila, um grupo retirante razoavelmente bom. A clivagem produz um nion carboxilato e um halofrmio (i.e., ou um CHC13 , CHBr3 ou CHI3). A etapa inicial um ataque nucleoflico pelo on hidrxido sobre o tomo de carbono carbonlico. Na etapa seguinte ocorre a clivagem da ligao carbono-carbono e o nion trialometila (:CX3 -)parte. Este um dos raros momentos em que um carbnion age como um grupo retirante. Esta etapa pode ocorrer porque o nion trialometila excepcionalmente estvel: sua carga negativa dispersada pelos trs tomos de halognio eletronegativos (quando X= Cl, o cido conjugado, CHC13, possui pK. = 13,6). Na etapa final, ocorre uma transferncia de prton, entre o cido carboxlico e o nion trialometila.*Dissolver um halognio em hidrxido de sdio aquoso produz uma soluo de hipoaleto de sdio (NaOX) devido ao seguinte equilbrio:X2+ 2 NaOH ~NaOX + NaX + H 20 63. 54Aldedos e Cetonas ll. Reaes AldlicasUm Mecanismo para a Reao Etapa de Clivagem da Reao do Halofrmio .-o x- =o=11-$1..C H - C-C-X+ - =oH 6~5T ,_ /..46I5x ~I ~I11CH-C-C-X~CH-C 65Xx I.-oI1=OH- =o= lIC H -C-C-X~65xI0: "-.1./-'c - X=qH X1.,OJHXlt .-ox11ICH-C 65+H-C-XI"..xo= -nion carboxilatoHalofnnioA reao do halofrmio tem utilidade sinttica como um meio de converter as metil cetonas em cidos carboxlicos. Normalmente, quando a reao do halofrmio usada na sntese, utiliza-se o cloro e o bromo como componentes de halognio. Ambos, o clorofrmio (CHC1 3) e o bromofrmio (CHBr3) , so lquidos misturveis com gua e so facilmente separados da soluo aquosa que contm o nion carboxilato. Quando o iodo o componente de halognio, o resultado um iodofrmio slido amarelo claro (CHI3). Esta verso a base do teste de classificao de laboratrio para as metil cetonas e lcoois secundrios de metila (que so oxidados primeiro em metil cetonas sob as condies da reao). -C-CH 3 + 3 12 + 3 OH- ____. - C- CI 3 + 3 1- + 3 HzO1111oo-T-CI3 + ow -----.-T-o- + OO+ 3cHIPrecipitado amareloQuando a gua clorada para purificao no consumo pbliCo, o clorofrmio produzido das impurezas orgnicas encontradas na gua via a reao do halofrmio. (Muitas destas impurezas orgnicas so naturais, tais como as substncias hrnicas.) A presena do clorofrmio na gua de consumo pblico faz parte da preocupao dos responsveis pelo tratamento da gua e de ambientalistas, pois o clorofrmio cancergeno. Desta forma, a tecnologia que soluciona um problema cria um outro. Vale lembrar, contudo, que antes de a clorao da gua ser introduzida, milhares de pessoas morriam em conseqncia das epidemias de clera e da disenteria.17.4 AREAO ALDLICA: A ADIO DE NIONS ENOLATOS AOS ALDEDOS E S CETONAS Quando o acetaldedo reage com o hidrxido de sdio diludo temperatura ambiente (ou abaixo desta temperatura), ocorre uma dimerizao, produzindo o 3-hidroxibutanal. Como o 3-hidroxibutanal , tanto um aldedo como um lcool, ele foi denominado pelo nome comum de "aldol", e as reaes deste tipo geral so conhecidos como adies aldlicas (ou reaes aldlicas). Observe os dois aspectoschave dos compostos orgnicos carbonilados: acidez do hidrognio ex e a suscetibilidade ao ataque nucleoffiico.o 11OH 10% NaOH, fi,OIO112 CH 3CH - -- c o--'-- CH 3CHCH 2CH 53-Hidroxibutanal ("aldol") (50%) 64. Aldedos e Cetonas Il. Reaes Aldlicas55O mecanismo para a adio aldlica ilustra duas carl;lctersticas importantes dos compostos carbonilados: a acidez de seus hidrognios a e a tendncia de seus grupos carbonila em sofrer adio nucleoflica.Um Mecanismo para a Reao A Adio Ald61ica Etapa 1-~..:oH-o: - + H4H -C-H [124:o::-~~11IJ.. I-:cH -C-H...._. CH =C-H +H-O: 22Hnion enolatoNesta etapa a base (um on hidrxido) remove um prton do carbono a de uma molcula de acetaldedo para produzir um nion enolato, estabilizado pela ressonncia.Etapa 2:o:-1CH 2=C-HO nion enolato reage ento como um nuclefilo - como um carbnion - e ataca o carbono de carbonila de uma segunda molcula do acetaldedo, produzindo um nion alcxido. Etapa 3:?:-~ ~:?-H yCH 3 -CH-CH 2-C-H + H-0-H---+ CH 3 -CH-CH 2-C-H + - :o-H Base mais forteAldolBase mais fracaO nion alcxido remove agora um prton de uma molcula de gua para formar aldol.I7.4 A Desidratao do Produto de Adio Aldlica Se a mistura bsica que contm o aldol (no exemplo anterior) for aquecida, ocorre a desidratao e o 2-butenal (crotonaldedo) ser formado. A desidratao ocorre imediatamente devido acidez do restante do hidrognio a (apesar de o grupo retirante ser um on hidrxido) e devido ao produto ser estabilizado, por possuir ligaes duplas conjugadas.Um Mecanismo para a Reao Desidratao do Produto de Adio Ald61ica:- H ISAs ligaes duplas do Estes hidrognios alceno e carbonila so acdicos so conjugadas [:o 1:o- 1....CH -CH-CH-C-H---+ CH -CH=CH-C-H +H-O:+ H-o:3 ~I 3 I .. 2-Butenal .. ~ (crotonaldedo) H H-o:-J 65. 56Aldedos e Cetonas li. Reaes AldlicasEm algumas reaes aldlicas, a desidratao ocorre to rapidamente que no conseguimos isolar o produto na forma do aldol; em vez disso, obtemos o derivado enal (alceno aldedo). Ocorre uma condensao aldlica, em vez de uma adio aldlica. A reao de condensao aquela na qual as molculas so unidas atravs da eliminao intermolecular de uma pequena molcula, como a gua ou um lcool. Produto da condensaoProduto da adio 11 O 2 RCH 2CH~[1 --4I 1 1 OH O RCH 2CH1HCHoli- HRCH2CH = C- CHIR Umenal (um aldedo a,jl-insaturado)No-isolado17.48 Aplicaes nas Sntese s A reao aldlica uma reao geral dos aldedos que possuem um hidrognio a. O propanal, por exemplo, reage com o hidrxido de sdio aquoso para produzir o 3-hidroxi-2-metilpentanal. O 112 CH3CH2CHOOHowIO- IoocCH 3CH 2CHCHCH11ICH 3 Propanal3-Hidroxi-2-metilpentanal(55-60%)Problema 17.7>-(') Mostre tOUm processo industrial para a sntese do 1-butanol comea com o acetaldedo. Mostre como esta sntese poder ser feita.Problema 17.9>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 (c) 2-Etil-1-hexanol (d) 2-Etil-1,3-hexanodiol (o repelente de insetos "6-12")./As cetonas tambm sofrem adies aldlicas catalisadas por base, mas para elas o equilbrio desfavorvel. Esta complicao, contudo, pode ser ultrapassada, ao preparar a reao em um recipiente especial que permite que o produto seja removido, medida que formado, sem ter contato com a base. Esta remoo do produto desloca o equilbrio para a direita e permite adies aldlicas com vrias cetonas, com xito. A acetona, por exemplo, reage como segue:OOH O OH"112 CH 3CCH 3I11CH3CCH2CCH3ICH3 (80%)reao retro-aldlica 'ca uma etapana gliclise (veja a ta de abertura do 16).17.4C Reversibilidade das Adies Aldlicas A adio aldlica reversvel. Se, por exemplo, o produto obtido da adio aldlica (veja acima) aquecido com uma base forte, ela reverte para uma mistura equilibrada que consiste principalmente de ---95% de acetona. Este tipo de reao chamada de reao retro-aldol.oo11+ -:cH2CCH3H,O o~-112 CH 3CCH3 (95%)17.40 Condensaes Aldlicas Catalisadas por cido As condensaes aldlicas tambm podem ocorrer com cido como catalisador. Tratar a acetona com o cloreto de hidrognio, por exemplo, leva formao do 4-metil-3-penteno-2-ona, o produto da condensao aldlica. Em geral, as reaes aldlicas catalisadas por cido levam desidratao do produto de adio aldlica, formado inicialmente.Um Mecanismo para a Reao Reao Aldlica Catalisada por cido Reaoo 112 H 3C- C-CH3o HCI _____.11c~ IH 3C-C-CH=C - CH3 + H 20 4-Metil-3-penteno-2-onaMecanismo..:O-HI..H 3C-C=CH 2 +H-,I=O mecanismo se inicia com a formao do enol catalisado por cido. 67. 58Aldedos e Cetonas li. Reaes Aldlicas+ y-u~y-~~H~ H C-C=CH + C=OLH 23I4~H3..H C-C-CU -C-0-HI23CH3CH 3Depois o enol se adiciona ao grupo carbonil protonado de uma outra molcula de acetona. +(:)_H CH 3 11 I H 3C-C-CH 2-C-O-HICH 3:o4CU 3 11 I H 3C-C-CH-C--OLH 1.::_::::;7 I ___?j I H CH3 H4::J.. ocu 311 I H 3C-C-CH=C-CH3 + H-CI: +:O-H..IHFinalmente, o prton transferido e a desidratao leva ao produto.Problema 17.1 O>-A condensao aldlica da acetona catalisada por cido (que acabamos de mostrar), tambm produz um pouco de 2,6-dimetil-2,5-heptadien-4-ona. D um mecanismo que explica a formao deste produto.>-Aquecer a acetona com cido sulfrico leva formao do mesitileno (1,3,5-trimetilbenzeno). Proponha um mecanismo para esta reao.Problema 17.1117 .SREAES ALDLICAS CRUZADASUma reao aldlica que comea com dois compostos carbonilados diferentes chamada de reao aldlica cruzada. Reaes aldlicas cruzadas, usando solues de hidrxido de sdio aquoso, no tm grande importncia sinttica se ambos os reagentes possuem hidrognios ex, pois estas reaes fornecem uma mistura complexa de produtos. Caso fssemos, por exemplo, executar uma adio aldlica cruzada, usando o acetaldedo e o propanal, iramos obter quatro produtos, pelo menos. OHOI11CH3CH 2CHCHCHICH 3 3-Hidroxibutanal (de duas molculas de acetaldedo)OHI3-Hidroxi-2metilpentanal (de duas molculas de propanal)OOH11+ CH3 CH~HCH+IO 11CH3 CH 2CHCH 2CHCH3 3-Hidroxi-2-metilbutanal 3-Hidroxipentanal (de uma molcula do acetaldedo e uma molcula de propanal)>-Exemplo ___________________________________________________________Mostre como formado, cada um dos quatro produtos que acabamos de fornecer, na adio aldlica cruzada entre o acetaldedo e o propanal. Resposta:Na soluo aquosa bsica inicial, estaro presentes quatro entidades orgnicas: molculas do acetaldedo, molculas de propanal, nions enolato derivados do acetaldedo e nions enolato derivados do propanal. 68. Aldedos e Cetonas 11. Reaes Aldlica59J vimos (Seo 17.4), como uma molcula de acetaldedo pode reagir com seu nion enolato para formar o 3-hidroxibutanal (aldol).o~o11Reao 111o-~ I11CH 3CH + -:CH2CH---+ CH3CHCH2CH ~H_0JOH----+ OHOI11CH3 CHCH2CH + OW 3-HidroxibutanalVimos tambm (Problema 17.7) como o propanal pode reagir com seu nion enolato para formar 3-hidroxi-2-metilpentanal.Reao 2PropanalEnoJa to dopropanalOHOI11CH3 CH2CHCHCHI+ OWCH3 3-Hidroxi-2metilpentanalO acetaldedo tambm pode reagir com o enolato do propanal. Esta reao leva ao terceiro produto, 3-hidroxi-2-metilbutanal.Reao 3AcetaldedoEnoJado de propanalOHOI11C~CHCHCHI+ OH-CH3 3-Hidroxi-2metilbutanalE finalmente, o propanal pode reagir com o enolato do acetaldedo. Esta reaco explica o quarto produto.Reao4 PropanalEnolato de acetaldedo3-Hidroxipentanal 69. 60Aldedos e Cetonas 11. Reaes AldlicasI7 .SA Reaes Aldlicas Cruzadas Prticas Reaes aldlicas cruzadas so prticas, usando bases do tipo NaOH, quando um reagente no possui um hidrognio a e portanto no consegue sofrer uma autocondensao, pois no consegue formar um nion enolato. Podemos evitar outras reaes colaterais colocando este componente na base e adicionando na mistura, aos poucos, o reagente com um hidrognio a. Sob estas condies, a concentrao do reagente com um hidrognio a sempre baixa e grande parte dele se apresenta como em um nion enolato. A principal reao que ocorre aquela entre este nion enolato e o componente que no possui o hidrognio a. O exemplo listado na Tabela 17.1 ilustra esta tcnica. Na Seo 17.7, estudaremos um outro mtodo para reaes aldlicas cruzadas. Como os exemplos na Tabela 17.1 tambm mostram, a reao aldlica cruzada sempre acompanhada pela desidratao. Se a desidratao ir ocorrer ou no, depender das condies escolhidas para areao; mas a desidral.afo especialmente fcil quando ela leva a um sistema conjugado estendido. Tabela 17.1 Reaes Aldlicas Cruzadas Este Reagente sem Hidrognio ex Colocado na Baseo liC 6H5CH Este Reagente com um Hidrognio ex Adicionado Lentamenteo li+C 6H 5CHHCH11C 6H 5CH=C--CH 2-Metil-3-penil-2-propenal ( a-metilcinamaldedo) (68%)o li+OIPropanalo liC 6H 5CH2CHC 6H 5CH=CCH I C6HsFenilacetaldedoBenzaldedoo liCH3CH3CH2CHBenzaldedoo liProduto2,3-Difenil-2-propenalCH3I+o liCH3CH-CHCH3 INa 2C0 3 diludoO 11CH-C-CH40C3ICH20H 2-MetilpropanalFormaldedoProblema 17.12~3-Hidroxi-2,2dimetilpropanal (>64%)Esquematizada abaixo est a sntese de um composto usado nos perfumes, chamado aldedo de lrio. Fornea todas. as estruturas faltantes. lcool p-terc-butilbenzlicoPCC CHp 2Problema 17.13~Mostre como voc poderia usar uma reao aldlica cruzada para sintetizar o cinamaldedo (C 6H 5CH=CHCHO). Escreva um mecanismo detalhado para a reao.Problema 17.14~Quando o excesso de formaldedo na soluo bsica tratado com o acetaldedo, ocorre a seguinte reao: OO11113 HCHCHpH Na2C0 2 diludoI+ CH3CH ---"--=-- - + HOCH2-C-CHO o c 40ICHpH (82%)Escreva um mecanismo que explique a formao do produto. 70. Aldedos e Cetonas Il. Reaes Aldlicas6117.58 Reaes de Claisen-Schmidt Quando as cetonas so usadas como um dos componentes, as reaes aldlicas cruzadas so chamadas de reaes de Claisen-Schmidt, em homenagem aos cientistas alemes J.G. Schmidt (que descobriu a reao em 1880) e Ludwig Claisen (que a desenvolveu entre 1881 e 1889). Estas reaes so prticas quando bases, como o hidrxido de sdio, so usadas, pois sob estas condies as cetonas no se autocondensam apreciavelmente. (O equiHbrio desfavorvel; veja Seo 17.4C.) Dois exemplos das reaes de Claisen-Schmidt so os seguintes: oojj11o.OW CH3CCH3 ~C 6H 5CH +11C6H 5CH=CHCCH3 4-Fenil-3-buten-2-ona (benzalacetona)(70%)o 11C 6H 5CH =CHCC6H 5 1,3-Difenil-2-propen-1-ona (benzalacetofenona)(85%)Um Meca~ismo para a Reao A Reao de Claisen-Schmidt'oEtapa 1~[H-o: - + H~CH-C-CH3 2 ..'o::-~11114~ -~-C-CH3 ...-...cH2= 2]IC -CH..3+H-O:Inion enolato H Nesta etapa a base (um on hidrxido) remove um prton de um carbono a de uma molcula da cetona, para fornecer um nion enolato estabilizado por ressonncia.Etapa 2..:o:1CH2 =C-CH3 O nion enolato age ento como um nuclefil - como uln carbnion - e ataca o carbono carbonlico da molcula do aldedo, produzindo um nion alcxido. Etapa 3~ y:o:-C6H 5I 11 -CH-CH -C-CH 2~3~-+ H-0-H---+ ..:o-H'oI11..C 6H 5 -CH-CH2 -C-CH3 + - :g-H O nion alcxido remove agora um prton de uma molcula de gua. Etapa 4 :o-H'o'o11jS11....C H -CH-CH-C-CJ.I---+ C H -CH=CH-C-CH + H-0: + H-0:65'Li-~653HH-o:-J'IH 4-Fenil-3-buten-2-ona (benzalacetona)A desidratao produz o produto conjugado... 71. 62Aldedos e Cetonas II. Reaes AldlicasNas reaes de Claisen-Schmidt dadas acima, a desidratao ocorre prontamente, pois a ligao dupla que formada se conjuga tanto com o grupo carbonila corno com o anel de benzeno. Portanto o sistema conjugado estendido. Urna etapa importante na sntese comercial da vitamina A usa a reao de Claisen-Schmidt entre o geranial e a acetona:EtONa EtOH-so e GeranialPseudo-ionona (49%)O geranial um aldedo que ocorre naturalmente, que pode ser obtido do leo do capim-limo. Seu hidrognio a vinlico e portanto, no muito cido. Observe tambm, nesta reao, que a desidratao ocorre prontamente, pois a desidratao estende o sistema conjugado.Problema 17.15 ~Quando a pseudo-ionona tratada com BF3 no cido actico, ocorre o fechamento do anel e as iononas a e~ so produzidas. Esta a etapa seguinte na sntese da vitamina A.~-~~~ ~ H:lc~~ +~ Pseudo-iononaa-IononatJ-Ionona(a) Escreva os mecanismos que explicam a formao das iononas a e~- (b) A ionona-~ o produto principal. Corno voc explica isso? (c) Qual ionona voc espera que ir absorver, nos comprimentos de onda maiores, na regio UV-visvel? Por qu?17 .SC Condensaes com Nitroalcanos Os hidrognios a dos nitroalcanos so bem mais acdicos (pK. = 10), muito mais acdicos do que aqueles dos aldedos e das cetonas. A acidez destes tomos de hidrognio, semelhante dos hidrognios a dos aldedos e das cetonas, pode ser explicada pelo efeito retirante de eltron poderoso do grupo nitro e pela estabilizao do nion produzido por ressonncia.+/o +R-CH2 -N"~o ;;~ + ~-:B-+R-CH-No-+-+R-CH=N"o-+/o-nion estabilizado por ressonncia"+H:Bo-Os nitroalcanos que possuem hidrognio a sofrem condensaes catalisadas por base com aldedos e cetonas que se assemelham s condensaes aldlicas. Um exemplo a condensao do benzaldedo com nitrornetano.o 11C 6H 5 CHow + CH3N02 ____. C 6H 5CH=CHN02Esta condensao especialmente til devido ao grupo nitro do produto, que pode ser facilmente reduzido a um grupo arnino. Urna tcnica que provoca esta transformao usa o hidrognio e o catalisador de nquel. Esta combinao no reduz apenas o grupo nitro, mas reduz tambm a ligao dupla: 72. Aldedos e Cetonas Il. Reaes AldlicasProblema 17.16 >-63Assumindo que voc dispe dos aldedos, cetonas e nitroalcanos necessrios, mostre como iria sintetizar cada um dos seguintes compostos e escreva um mecanismo detalhado para cada reao.17.50 Condensaes com Nitrilas Os hidrognios a das nitrilas tambm so bastante acdicos, mas menos do que nos aldedos e cetonas. A constante de acidez para a acetonitrila (CH3CN) de cerca de w-zs (pKa 25). Outras nitrilas com hidrognios a mostram acidez comparvel e estas nitrilas; conseqentemente, sofrem condensaes db tipo aldlico. Um exemplo a condensao do benzaldedo com fenilacetonitrila=o 1Eto-C6H5CH+ C 6H5CH2CN ~ C6H5CH=~-CN C6HsProblema 17.17 >-(a) Escreva estruturas ode ressonncia para o nion da acetonitrila que expliquem sua acidez maior que a do etano. (b) D um mecanismo passo a passo para a condensao do benzaldedo com acetonitrila.17.6 CICLIZAES VIA CONDENSAES ALDLICAS A condensao aldlica oferece tambm uma maneira conveniente para sintetizar molculas com anis de cinco e seis membros (e s vezes at maiores anis). Isto pode ser feito pela condensao aldlica intramolecular usando um dialdedo, um ceto aldedo ou uma dicetona, como substrato. Por exemplo, o seguinte ceto aldedo cicliza para produzir 1-ciclopentenil metil cetona.oo11o owCH 3CCH2CH2CH2CH2 CH ____.o-11 CCH3(73%)Esta reao envolve, quase certamente, a formao de pelo menos trs enolatos diferentes. Contudo, o enolato da parte cetona da molcula que se adiciona ao grupo aldedo que leva ao produto.Um Mecanismo para a Reao A Cicliz:ao Aldlica..oo1CH~ ~-,Q-H''c:>yCHli+:o:HIr:--.1 ..H~?:HH..O:..o....0_.Outros nions enolatos.. ~H-O:1 :5Este enolato leva ao produto principal via uma reao aldlica intramolecular 00Este nion alcxido remove um prton da gua:O-H ....----=-:0-HI?~o:..O-< H4~'~Desidratao promovida por base leva ao produto com ligaes duplas conjugadaso:~....+H-O:+ H-g:-I H 73. 64Aldedos e Cetonas ll. Reaes AldlicasA seletividade nas ciclizaes aldlicas influenciada pelo tipo de carbonila e o tamanho do anel.A razo pela qual, de preferncia, o grupo aldedo que sofre a adio, pode ser a maior reatividade dos aldedos em relao adio nucleoflica em geral. O tomo de carbono carborulico de uma cetona menos positivo (e portanto menos reativo em relao ao nuclefilo), pois ele carrega dois grupos alquila doadores de eltrons; ele tambm possui maior impedimento estrico.oolilic_/c......._Cetonas so menos reativas diante dos nuclefilosAldedos so mais reativos diante dos nuclefilosR;;f"~RR/1HEm reaes deste tipo, anis de cinco membros se formam mais prontamente do que anis de sete membros.Problema 17.18 ~Assumindo que a desidratao ocorre em todos os instantes , escreva as estruturas dos dois outros produtos que podero resultar da ciclizao aldlica que acabamos de dar. (Um destes produtos ter um anel de cinco membros e o outro ter um anel de sete membros.)Problema 17.19 ~Que composto inicial voc usaria na ciclizao aldlica para preparar cada um dos que se seguem?(b)QoCH3 11 / CCH3(c)LJo Problema 17.20 ~Que condies experimentais iriam favorecer o processo de ciclizao na reao intramolecular aldlica, em vez de favorecer a condensao intermolecular?I 7. 7 ENOLATOSDE lTIOA formao do nion enolato depende da fora da base usada. Se a base empregada uma base mais fraca do que o nion enolato, ento o equilbrio tende para a esquerda. Este o caso, por exemplo, quando uma cetona tratada com soluo aquosa contendo hidrxido de sdio. Oos- Na+11CH 3-C-CH 3 + cido mais fraco (pK. = 20)Na+oH-Base mais fracacliCH 3 - C=CH 2sBase mais forte+ cido mais forte (pK. = 16)Por outro lado, se uma base muito forte empregada, o equilbrio tende na extrema direita. Uma base forte muito til para converter cetonas em enolatos a diisopropilamida de ltio, (i-C 3H 7 hN-Li+. oos- Li +11CH 3 -C-CH 3li+ (i-C3H 7) 2N - Li + ___. CH 3 -C=CHl - + (i-C3H 7) 2NHcido mais forte (pK. 20)=Base mais forteBase mais fracacido mais fraco (pK. 38)=A diisopropilamida de ltio (abreviada LDA, sigla em ingls) pode ser preparada pela dissoluo da diisopropilamina em um solvente como o ter dietlico ou THF, tratando-o com um alquiltio.cido mais forte (pK. 38)=Base mais forteBase mais fracacido mais fraco (pK. =50) 74. Aldedos e Cetonas Il. Reaes Aldlicas6517.7A Formao Regiosseletiva dos nions Eno latos Uma cetona assimtrica como a 2-metilcicloexanona pode formar dois enolatos possveis. Qual o enolato formado predominantemente ir depender da base usada e das condies empregadas. O enolato com a ligao dupla mais altamente substituda o enolato termodinamicamente mais estvel, da mesma forma que um alceno com a ligao dupla mais altamente substituda o alceno mais estvel (Seo 7.3). Este enolato, chamado de enolato termodinmico, formado principalmente sob condies que permitem o estabelecimento do equilbrio. Este ser o caso em geral, se o enolato produzido usando uma base relativamente fraca em um solvente prtico. B: -!~lHt)H ,CH base fracaCDI} o-3-;:::?"solvente prticoEnolato termodinmico (mais estvel)2-MetilcicloexanonaEnolato cintico (menos estvel)Este enolato mais estvel pois a ligao ~upla mais substituda. E o enolato predominante, presente no equilbrio.Por outro lado, o enolato com a ligao dupla menos substituda normalmente formado mais rapidamente, pois a remoo do hidrognio necessrio para produzir este enolato menos estericamente impedido. Este enolato, chamado de enolato cintico, formado predominantemente quando a reao controlada cineticamente (ou controlada pela velocidade). O enolato favorecido cineticamente pode ser formado atravs do uso da diisopropilamida de ltio (WA) . Esta base forte, estericamente impedida, remove rapidamente o prton do carbono a menos substitudo, da cetona. O seguinte exemplo, usando a 2-metilcilcoexanona, uma ilustrao. O solvente para a reao o 1,2-dimetoxietano (CH30CH2CH20CH3) , abreviado DME. O LDA remove o hidrognio do carbono a , -CH2- , mais rapidamente, pois ele menos impedido (e porque h duas vezes mais hidrognios para reagir).H H Ctibf O3H Co - Li + }33 7 2 H Li +- N(i-C-H-) - ..'-':::::::DMEEste enolato se forma com maior rapidez pois a base muito impedida remove, com maiOr ve1 "da d e, o oc1 prton menos impedido.Enolato cintico17.78 Enolatos de Ltio nas Reaes Aldlicas Dirigidas- enolatos de ltio so uma menta para a sntese, vs das reaes licas cruzadas.Um dos modos mais eficazes e versteis de provocar uma reao aldlica cruzada o uso de um enolato de ltio, obtido a partir de uma cetona como um componente, e um aldedo ou cetona, como outro. Um exemplo do que chamado de reao aldlica dirigida mostrado na Fig. 17.1. A regiosseletividade pode ser alcanada quando as cetonas assimtricas so usadas em reaes aldlicas dirigidas pela gerao do enolato cintico usando a diisopropilarnida de ltio. Isto assegura a produo do enolato no qual o prton foi removido de um carbono a menos substitudo. O seguinte um exemplo: Uma Reao Aldlica via Enolato Cintico (Usando LDA)o 11oo-Li+ LDA, THFICH3CH2CCH3 ---'---+ CH3CH2C=CH211CH3 CH- 78CO 11"'o - Li + IO HO11OH ICH3 CH 2CCH 2CHCH3 ~ CH CH 2CCH2CHCH3 (75%) Um nico produto de reao aldlica cruzada 75. 66Aldedos e Cetonas ll. Reaes AldlicasA cetona adicionada ao LDA, - base forte, que remove um a hidrognio a da cetona para produzir um enolato.O aldedo adicionado e o enolato reage com o aldedo no seu carbono carbonlico.Uma reao de cido-base ocorre quando, no final, gua adicionada, protonando o alcxido de ltio.Fig. 17.I Uma sntese aldlica, dirigida, usando o enolato de ltio.Se a reao aldlica (Claisen-Schmidt) foi executada de modo clssico (Seo 17 .5B), usando on hidrxido como base, ento pelo menos dois produtos teriam sido formados em quantidade significante. Ambos os enolatos cinticos e termodinmicos teriam sido formados a partir da cetona e cada um deles iria se adicionar ao carbono carbonlico do aldedo:Uma Reao Aldlica que Produz uma Mistura via Ambos os Enolatos, Cinticos e Termodinmicos (Usando uma Base Mais Fraca sob Condies Prticas)Enolato cinticoEnolato termodinmicooli CH CH1 o o3liICH 3CH 2CCH2CHCH3lCHJH oliCH 3CHCCH3I I o-CHCH3l"20 O 11l"2 o oOH ICH 3CH 2CCH 2CHCH311CH 3CHCCH3 I CHCH3IOH O produto resultante uma mistura do aldol cruzado 76. Aldedos e Cetonas 11. Reaes Aldlicas67Problema 17.21~Comeando com cetonas e aldedos de sua escolha, esquematize uma sntese aldlica dirigida de cada um dos seguintes compostos, usando os enolatos de ltio.Problema 17.22~Os compostos chamados a-bisabolanona e ocimenona, foram ambos sintetizados pelas snteses aldlicas dirigidas. Em ambas as snteses, um composto inicial foi o (CH3) 2C=CHCOCH3 Escolha outros c