7.1. Acidez do Hidrogênio-α de Compostos Carbonílicos 7.2. Tautomerismo Ceto Enôlico 7.3. Reações de Enois e Enolatos: Substituição-α

Transcrição

1 7. Reações de enois e enolatos 7.1. Acidez do idrogênio-α de Compostos Carbonílicos 7.2. Tautomerismo Ceto Enôlico 7.3. Reações de Enois e Enolatos: Substituição-α 7.4. Alquilação de Carbono- α de Compostos Carbonílicos 7.5. Condensação Aldólica 7.6. Condensação de Claisen 7.7. Alquilação de Compostos 1,3-Dicarbonílicos 7.8. Reação de Wittig

2 7.1. Acidez do idrogênio-α de Compostos Carbonílicos ânion é estabilizado por ressonância (enolato) C 3 -C-C A - - C 3 -C-C 2 C 3 -C=C 2 + -A Resonance-stabilized enolate anion 2

3 Acidez do idrogênio-α de Compostos Carbonílicos: Valores de pk a Tipo de ligação pk a C3C2- C3CC2- C3 C C- C2=C- C3 C

4 Acidez C- de Diferentes Derivados Ésteres versus Aldeídos/Cetonas: Deslocalização dos pares de elétrons do oxigênio Deslocalização da carga negativa do carbono α s elétrons no carbono α não são deslocalizados com facilidade devido à existência da estrutura de ressonância na esquerda: Ésteres menos ácidos C- Ácidos não Compostos Carbonílicos nitroetano pk a = 8,6 propanonitrila pk a = 26 N,N-dimetilacetamida pk a = 30 4

5 Acidez do idrogênio-α de Compostos Dicarbonílicos A acidez do hidrogênio-α é atribuída à estabilização da carga por ressonância. Maior deslocalização da carga. 5

6 6

7 7.2. Tautomerismo Ceto Enôlico Compostos Carbonílicos Simples: Predomina o Tautômero CET Compostos Dicarbonílicos : Aumento do Tautômero ENL ligação de hidrogênio Fenóis : Somente Enol Sistema Aromático conjugação 100 % 0,0 % 7

8 Tautômerosversus Estruturas de Ressonância Ânion enolato Estruturas de Ressonância - - C 3 -C-C 2 C 3 -C=C 2 -A -A A - + C 3 -C-C 3 Tautômeros C 3 -C=C 2 + A - Forma cetônica Forma enólica 8

9 Equilíbrio Ceto Enólico C 2 C etanal (acetaldeído) K = 5 x 10-6 C 2 C etenol (álcool vinílico) Gº ~ + 9 kcal mol -1 C 2 CC 3 propanona (acetona) K = 6 x 10-9 C 2 C 2-propenol C 3 Gº ~ + 11 kcal mol -1 C 3 CCCC 3 hexano C 3 C CC 3 10% 2,4-pentanodiona (acetilacetona) C 90% Z-4-hidroxipent-3-en-2-ona 9

10 Catálise Básica: Mecanismos da Enolização Catálise Ácida: 10

11 Troca idrogênio Deutério C 3 CC 2 C 3 D 2, D - CD 3 CCD 2 C 3 2-butanona 1,1,1,3,3-pentadeuterio-2-butanona Catálise Básica C C + D - C C - + D - C C + D D C C + D - D Catálise Ácida D D C C + D + C C C C + + C C D D + D + C C C C + D + D D 11

12 Isomerização no Carbono-α Isomerização cis/trans em 2,3-dialquilciclopentanona: - K + C 2 C=C 2 10% K, C 2 C=C 2 C 2 C=C 2 C 3 C 2 C 3 C 3 C 3 Racemização da 3-fenil-2-butanona: C C C CC 3 (S)-3-fenil-2-butanona C 3 C 2 - C 3 C 2 C 3 C 2 - C 6 5 C C 3 C 2 C 3 C 3 C 2 - C 3 C aquiral - C 3 C 2 - C 3 C 2 C 3 C 2 C C C CC 3 (R)-3-fenil-2-butanona 12

13 7.3. Reações de Enois e Enolatos: Substituição-α Estrutura de ressonâncio do enol com separação de cargas Porem: Todos os átomos possuem octeto. Um enol é um melhor nucleófilo do que um alceno. Compostos carbonílicos que formam enóis sofrem reações com eletrófilos: substituição no carbono-α 13

14 Nucleofilicidade de Enois e Enolatos Estrutura de Ressonâncio do Enolato estrutura com carga negativa no oxigênio contribui mais. Um Enolato é um Nucleófilo Bidentado Reações no C ou dependem do eletrófilo e das condições de reação. A protonação ocorre preferencialmente no oxigênio. 14

15 Mecanismo da Substituição-α de Enois Catálise Ácida: Via Enol Catálise Básica: Via Enolato 15

16 alogenação Catalisada por Ácido Sob condições ácidas, um único hidrogênio-α é substituído pelo bromo. 16

17 alogenação Catalisada por Base Sob condições básicas, todos os hidrogênios-α são substituídos pelo bromo. 17

18 Conversão de Metil Cetona à Ácido Carboxílico (Reação alofórmio) Reação alofórmio: 18

19 alogenação-α de Cetonas: Comparação entre Catálise Ácida e Básica C 3 CC C3CC3 - + RC C 2 + C C 2 + R C 2 CC 3 Br + + C2CC3 - + Br RC C + C C + R Br Br Equilíbrio acima mais favorável: Efeito I do bromo desestabiliza o ácido correspondente Equilíbrio abaixo mais favorável: Efeito I do bromo estabiliza o enolato 19

20 Formação de Enolato com Bases Fortes LDA (amideto de diisopropil lítio) 20

21 7.4. Alquilação de Carbono-α de Compostos Carbonílicos corrência de Poli-alquilação: 21

22 Alquilação de Carbono-α de Compostos Carbonílicos: Regio-Química Dois produtos diferentes podem ser formados com cetonas não simétricas. 22

23 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Regio-Seletividade na Formação de Enolatos enolatos regio-isômeros produtos regio-isoméricos 23

24 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Enolatos Termodinâmicos enolato mais estável formado exclusivamente ambos os grupos são introduzidos de maneira regio-seletiva alquilação descarboxilação Formação altamente preferencial do enolato mais estável, pela abstração do mais ácido (duplamente ativado pelos grupo cetos e éster), enolato termodinâmico. Ph K como base forte e pequena formação do enolato conjugado enolato não-conjugado não formado Formação altamente preferencial do enolato conjugado mais estável, enolato termodinâmico. 24

25 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Equivalentes de Enolatos Termodinâmicos Silil enol éter com C=C mais substituida enolato de Li termodinâmico Este método permite a alquilação regio-específica de compostos carbonílicos no carbono mais substituido. Formação preferencial do silil-enol éter mais substituido: enol minoritário: menos substituido enol majoritário: mais substituido 25

26 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Formação de Enolatos Cinéticos Enolato Cinético formado com base forte e grande: adicionar a cetona a à mais acessível (menos impedido) menos acessível (mais impedido) enolato cinético Adição da cetona à base para ter sempre excesso de base e nunca excesso de cetona não desprotonada, evitando cambio de proton entre enolato e cetona. Alquilação de Cetona via Enolato Cinético: 26

27 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Formação de Enolatos Cinéticos Enolato Cinético formado com base forte e grande: mais acessível (menos impedido) adicionar a LDA à -78 o C Alquilação de 2-Metil-Ciclo-exanona via Enolato Cinético: adicionar a LDA à -78 o C 27

28 Enotatos Cinéticos e Termodinâmicos enolato termodinâmico enolato cinético Enolatos termodinâmicos: contendo C=C mais substituida; são mais estáveis; favorecidos por: (i) excesso de cetona; (ii) tempo de reação longo; e (iii) Temperatura alta. Condições de Equilíbrio. Enolatos cinéticos: com C=C menos substituida são menos estáveis favorecidos por: (i) bases fortes e grandes; (ii) temperatura baixa; (iii) tempo de reação curto. Não Equilíbrio. 28

29 Alquilação Regio-Seletiva de Diânions A alquilação de acetoacetato de metila (via mono-ânion) ocorre no carbono central. A alquilação do di-ânion ocorre por reação do ânion menos estável (grupo metila terminal). n-buli pode ser utilizado como base forte para a fomação do di-ânion, porque o mono-ânion não é eltrofílico (não sofre ataque nucleofílico pelo n- BuLi). 29

30 Adição Aldólica: Condensação Aldólica Eliminação de Água do Aldol: Um produto de adição aldol perde água para formar um alceno conjugado. 30

31 Mecanismo Condensação Aldólica Passo 1: Geração do enolato C C C C + Passo 2: Ataque nucleofílico (do enolato ao carbono carbonílico) C 3 C + C 2 C C 3 CC 2 C 2 Passo 3: Protonação do alcoxilato C 3 CC 2 C 2 + C 3 CC 2 C Mecanismo da des-hidratação: E1 CB C 3 C C C + C 3 C C C 3-hidroxibutanal (50 % - 60 %) C 3 C + + CC 31

32 Condensação Aldólica com Cetona Nesta cetona há so uma possibilidade de formação do enolato, ocorre formação de somente um produto. 32

33 Condensação Aldólica com Cetona Equilíbrio para formação do produto Aldol com acetona deslocado para esquerda C 3 CC 3 C 3 CC 2 CC 3 94 % 6 % C 3 4-hidroxi-4-metil-2-pentanona Equilíbrio não favorável para formação do produto btenção do produto de des-hidratação: retirada da água do equilíbrio C 3 CC 2 CC 3 Na, 2, 3 C C CCC C 3 3 C 80 % 4-metil-3-penten-2-ona 33

34 Adição Aldólica Mista propanal 2-metilbutanal 34

35 Condensação Aldólica Cruzada (Mista): Etanal + Propanal Formação de quatro (04) produtos; (i) etanal + etanal (enol) C 3 C C 3 C C 3 C 2 C não participa C 3 C C 2 C 3-hidroxibutanal (ii) propanal + etanal (enol) C 3 C 2 C C 3 C C 3 C 2 C C 2 C 3-hidroxipentanal (iii) etanal + propanal (enol) C 3 C C 3 C 2 C C 3 C CC C 3 3-hidroxi-2-metilbutanal (iv) propanal + propanal (enol) C 3 C 2 C C 3 C 2 C C 3 C 2 C CC C 3 3-hidroxi-2-metilpentanal 35

36 Adição Aldólica Mista Um produto principal será formado se o outro composto carbonílico não tiver carbono-α. 36

37 Adição Aldólica Mista Exemplos de Aldol Cruzada que levam a somente um produto: C 3 C 3 CC C 3 C 2 C Na, 2, C 3 C 3 CC C 3 CC + 2 C 3 2,2-dimetilpropanal propanal C 3 2,4,4-trimetil-2-pentenal 2,2-dimetilpropanal não pode formar enol; usar menor quantidade de propanal para evitar auto-condensação deste, ordem da adição dos reagentes: 2,2-dimetilpropanal + base + propanal (lentamente). C 2 C 3 Na, 2 C 6 5 C CC + C 3 C 2 C 2 C C 6 5 C CC CC % 3-fenil-2-propenal butanal 2-etil-5-fenil-2,4-pentadienal 3-fenil-2-propenal não pode formar enol; usar menor quantidade de butanal para evitar auto-condensação deste, ordem da adição dos reagentes: 3-fenil-2-propenal + base + butanal (lentamente). 37

38 Condensação Aldólica Intramolecular: Tamanho do Anel formado 2,5-exanodiona: Formação preferencial do anel de cinco, não de três. C 3 CC 2 C 2 CC 3 Na, C 3 CC 2 C 2 CC 3, 2 3 C 2,5-hexanodiona 42 % C 3 3-metil-2-ciclopentenona 2,5-hexanodiona 2-etanoil-1-metilciclopropanol 2,7-ctanodiona: Formação preferencial do anel de cinco, não de sete. + 2 C 3 K, 2 b C 3 CC 2 C 2 C 2 C 2 CC 3 a b K, 2 a + 2 C 3 CC 3 3-metil-2-ciclo-heptenona 2,7-octanodiona 1-etanoil-2-metilciclopenteno C C 3 Formação de Anéis: 3 e 4 desfavorável pelos fatores entálpicos (tensão de anel); 5 e 6 favorável pelos fatores entálpicos e entrópicos; > 7 desfavorável pelos fatores entrópicos. 38

39 7.6. Condensação de Claisen: Reações de Enolatos de Ésteres Mecanismo da Condensação de Claisen: 39

40 Condensação de Claisen vs. Adição Aldólica Condensação de Claisen Adição Aldólica expulsão do GP R - ; formação de ligação π protonação do alcoolato para formação do aldol 40

41 A Força Motriz da Reação é a Desprotonação do β-ceto Éster pk a ~ 11 pk a ~ 16 A Condensação de Claisen requer um éster com dois hidrogênios α e quantidades equimolares de base. 41

42 Descarboxilação de β-ceto Ácidos Catálise Básica 3-oxobutanoato (íon acetoacetato) Catálise Ácida ácido 3-oxobutanóico ácido acetoacético um β-ceto ácido estado de transição cíclico envolvendo 6 elétrons - aromático ácido malônico um di-ácido 42

43 Descarboxilação de β-ceto Ácidos 43

44 7.7. Alquilação de Compostos 1,3-Dicarbonílicos Síntese do Éster Malónico malonato de dietila éster malônico síntese de ácidos carboxílicos substituídos Sequencia de Reação: do haleto de alquila do éster malônico éster malônico substituído em α ácido carboxílico monosubstituído em α ácido malônico substituído em α 44

45 Alquilação de Compostos 1,3-Dicarbonílicos Síntese do Éster Malónico Preparação de ácidos carboxílicos dissubstituidos 45

46 Alquilação de Compostos 1,3-Dicarbonílicos Síntese do Éster Aceto-AcéticoAcético 3-oxobutanoato de etila (acetoacetato de etila) éster acetoacético Sequencia da Reação. do haleto de alquila do éster acetoacético Síntese de metil cetonas substituídas. metil cetona substituída 46

47 7.8. A Reação de Wittig Formação de Alquenos Ilida de fosfônio trifenilfosfinóxido 47

48 Mecanismo da Reação de Wittig uma betaina trifenilfosfina trifenilfosfinóxido uma ilida de fosfônio 48

49 Aplicação Sintética btenção de bombycol, um ferormônio da fêmea do bicho-da-seda rendimento: 52 %; E:Z = 96 : 4 rendimento: 92 %; bombicol rendimento: 79 %; A síntese foi feita em 1977 e contém dois passos utilizandose a reação de Wittig de maneira estereo-seletiva. 49