Compostos β-dicarbonílicos

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1 Compostos β-dicarbonílicos Acidez de compostos carbonílicos: enol e enolato. Condensação Aldôlica. btenção de compostos 1,3-dicarbonílicos: Condensação de Claissen. Alquilação de compostos carbonílicos e 1,3-dicarbonílicos: enaminas, síntese de Éster Aceto-Acético e Malônico. Reação de Wittig: Formação estereo-seletiva de alcenos. Bruice: Paula Y. Bruice rganic Chemistry 5th edition, Pearson Education Inc., Clayden: Clayden, J., Greevers, N., Warren, S., Wothers, P. rganic Chemistry, xford University Press, Vollhardt: Vollhardt, K.P.C., Schore, N.E. rganic Chemistry: Structure and Function, 3rd edition, W.H. Freeman & Co,

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 % 2

3 Tautômeros versus Estruturas de Ressonância Ânion enolato Estruturas de Ressonância - CH -C-CH CH -C=CH 3 2 H-A H-A H A - + CH -C-CH 3 3 Tautômeros CH -C=CH + A Forma cetônica Forma enólica 3

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

5 Mecanismos da Enolização Catálise Básica: Catálise Ácida: 5

6 Valores de pk a para alguns ácidos de carbono 6

7 Acidez C-H 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-H Ácidos não Compostos Carbonílicos nitroetano pk a = 8,6 propanonitrila pk a = 26 N,N-dimetilacetamida pk a = 30 Compostos Dicarbonílicos 3-oxibutirato de etila acetoacetato de etila pk a = 10,7 2,4-pentanodiona acetilacetona pk a = 8,9 7

8 Formação de Enolato com Bases Fortes LDA (amideto de diisopropil lítio) 8

9 Alquilação de Carbono-α de Compostos Carbonílicos corrência de Poli-alquilação: 9

10 Alquilação de Carbono-α de Compostos Carbonílicos: Regio-Química Dois produtos diferentes podem ser formados com cetonas não simétricas. 10

11 Alquilação de Compostos Carbonílicos: Regio-Seletividade na Formação de Enolatos enolatos regio-isômeros produtos regio-isoméricos 11

12 Condensação Aldólica Adição Aldólica: Eliminação de Água do Aldol: Um produto de adição aldol perde água para formar um alceno conjugado. 12

13 Mecanismo Condensação Aldólica Passo 1: Geração do enolato HC CH 2 H + H H 2 C C + HH Passo 2: Ataque nucleofílico (do enolato ao carbono carbonílico) H CH 3 CH + CH 2 C CH 3 CCH 2 CH 2 H H Passo 3: Protonação do alcoxilato H CH 3 CCH 2 CH 2 H + HH CH 3 CCH 2 CH 2 + H - H Mecanismo da des-hidratação: E1 CB CH 3 C H H H C H CH + H CH 3 C H H H C C 3-hidroxibutanal (50 % - 60 %) H CH 3 CH + HH + H CHCH 13

14 Condensação Aldólica com Cetona Nesta cetona há so uma possibilidade de formação do enolato, ocorre formação de somente um produto. 14

15 Condensação Aldólica com Cetona Equilíbrio para formação do produto Aldol com acetona deslocado para esquerda H CH 3 CCH 3 H CH 3 CCH 2 CCH 3 94 % 6 % CH 3 4-hidroxi-4-metil-2-pentanona Equilíbrio não favorável para formação do produto btenção do produto de desidratação: retirada da água do equilíbrio H CH 3 CCH 2 CCH 3 NaH, H 2, Δ H 3 C C CHCCH 3 + H 2 CH 3 H 3 C 80 % 4-metil-3-penten-2-ona 15

16 Adição Aldólica Mista propanal 2-metilbutanal 16

17 Condensação Aldólica Cruzada (Mista): Etanal + Propanal Formação de quatro (04) produtos; H (i) etanal + etanal (enol) CH 3 CH CH 3 CH CH 3 CH 2 CH não participa CH 3 C H CH 2 CH 3-hidroxibutanal H (ii) propanal + etanal (enol) CH 3 CH 2 CH CH 3 CH CH 3 CH 2 C CH 2 CH H 3-hidroxipentanal H (iii) etanal + propanal (enol) CH 3 CH CH 3 CH 2 CH CH 3 C CHCH H CH 3 3-hidroxi-2-metilbutanal H (iv) propanal + propanal (enol) CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 2 C CHCH H CH 3 3-hidroxi-2-metilpentanal 17

18 Adição Aldólica Mista Um produto principal será formado se o outro composto carbonílico não tiver carbono-α. 18

19 Adição Aldólica Mista Exemplos de Aldol Cruzada que levam a somente um produto: CH 3 CH 3 CCH CH 3 CH 2 CH NaH, H 2, Δ CH 3 CH 3 CCH CH 3 CCH + H 2 CH 3 2,2-dimetilpropanal propanal CH 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). CH 2 CH 3 NaH, H 2 C 6 H 5 CH CHCH + CH 3 CH 2 CH 2 CH C 6 H 5 CH CHCH CCH - H 2 3-fenil-2-propenal butanal 55 % 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). 19

20 Condensação de Claisen Síntese de β-ceto ésteres Mecanismo da Condensação de Claisen: 20

21 Comparação: Condensação de Claisen e Adição Aldólica Condensação de Claisen Adição Aldólica expulsão do GP R - ; formação de ligação π protonação do alcoolato para formação do aldol 21

22 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. 22

23 Condensação de Claisen Intramolecular: Condensação de Dieckmann Mecanismo da Condensação de Dieckmann Condensação Aldólica Intramolecular 2,5-hexanodiona (1,4dicetona) Influência do tamanho do anel: tensão de anel não formado 23

24 Condensação Aldólica Intramolecular: Tamanho do Anel formado 2,7-octanodiona (1,6dicetona) não formado Importância de fatores entrópicos 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. 24

25 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 25

26 Alquilação de Compostos Carbonílicos Controle da reação dificultada: ocorrência de poli-alquilação. Enaminas como Equivalentes de Compostos Carbonílicos: Reação com Eletrófilos (Alquilação) enamina enolato 26

27 Alquilação de Enaminas como Equivalentes de Compostos Carbonílico enamina 1. Formação da Enamina (Carbonila + Amina secundária); 2. Alquilação da Enamina com Haleto de alquila (S N 2, condições neutras!) 3. Hidrólise da Enamina (Formação do composto carbonílico monoalquilado 27

28 Acilação de Compostos Carbonílicos via Enamina Composto 1,3-dicarbonílico 28

29 Alquilação de Compostos 1,3-Dicarbonílicos: Síntese do Éster Malónico malonato de dietila éster malônico síntese de ácidos carboxílicos substituídos do haleto de alquila do éster malônico Seqüência de Reação: éster malônico substituído em α ácido carboxílico monosubstituído em α ácido malônico substituído em α 29

30 Síntese do Éster Malónico: Preparação de ácidos carboxílicos dissubstituidos. 30

31 Síntese do Éster Aceto-Acético: Preparação de metil cetonas substituídas. 3-oxobutanoato de etila (acetoacetato de etila) éster acetoacético do haleto de alquila do éster acetoacético Seqüência da Reação. metil cetona substituída 31

32 Condensação Aldólica in vivo resíduos de lisina lisil oxidase Condensação Aldólica colagem cross-linkado 32

33 Condensação de Claisen in vivo Aumento da cadeia de carbono redução redução desidratação 33

34 A Reação de Wittig: Formação de Alcenos Ilida de fosfônio trifenilfosfinóxido 34

35 Mecanismo da Reação de Wittig uma betaina trifenilfosfina trifenilfosfinóxido uma ilida de fosfônio 35

36 Aplicação Sintética btenção de bombycol, um ferormônio da fêmea do bicho-da-seda rendimento: 52 %; E:Z = 96 : 4 bombicol rendimento: 92 %; rendimento: 79 %; A síntese foi feita em 1977 e contém dois passos utilizando-se a reação de Wittig de maneira estereo-seletiva. 36