Apostila Química Orgânica 2, Notas de estudo de Química

Baixe Apostila Química Orgânica 2 e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Quı́mica Orgânica II Álcoois, Fenóis, Éteres, Aldeı́dos e Cetonas, Ácidos Carboxı́licos e Derivados, Compostos α ,β -Insaturados e β -Dicarbonı́licos Capı́tulo 1 Álcoois 1.1 Introdução Compostos cujas moléculas possuem um ou mais grupos hidroxila (-OH) ligados a uma cadeia carbônica alifática. A nomenclatura dos álcoois baseia-se nas quatro regras abaixo: 1. determina-se qual a cadeia mais longa da molécula à qual liga-se a hidroxila 2. verifica-se qual o nome do hidrocarboneto ao qual esta cadeia corresponde, e substitui-se sua terminação o por ol 3. numera-se a cadeia acima identificada, de tal modo que o átomo de carbono ao qual a hidroxila se liga tenha o menor número possı́vel 4. determina-se a posição de quaisquer outros substituintes ligados à cadeia 1.2 Propriedades As propriedades fı́sicas mais evidentes dos álcoois são os seus elevados pontos de fusão e de ebulição, bem maiores que os dos correspondentes hidrocarbonetos de peso molecular semelhante; isto ocorre devido ao fato de os álcoois poderem unir-se entre si por meio de ligações de hidrogênio que se formam entre seus grupos hidroxila. Como os álcoois tambem podem formar ligações de hidrogênio com a água, a solubilidade deles em meio aquoso é bastante elevada; como esperado, álcoois com dois grupos hidroxila (dióis) são ainda mais solúveis em água que os correspondente álcoois mono-hidroxilados de peso molecular semelhante. Porem a cadeia carbônica dos álcoois, por ser apolar e não interagir com a água, interfere na solubilidade deles; deste modo, álcoois com cadeia carbônica longa praticamente são insolúveis na água, só se dissolvendo em solventes pouco polares (como o hexano). 1.3 Sı́ntese 1.3.1 Hidratação de alquenos Efetuada em presença de catalisador ácido, obedece à regra de Markovnikov, de modo que a hidroxila é adicionada sempre ao átomo de carbono mais substituı́do da dupla ligação. São usadas, em geral, soluções diluı́das de H2SO4 ou de H3PO4 como catalisadores, e o mecanismo é o seguinte: 1 1.3.5 Adição de Reagente de Grignard a Compostos Carbonı́licos Mediante a adição de reagente de Grignard (RMgBr) a um aldeı́do ou cetona, seguido de tratamento com ácido diluı́do, obtem-se álcool secundário ou terciário, respectivamente. Este procedimento é bastante limitado, pois o número de reagentes de Grignard que podem ser efetivamente preparados é limitado, visto que estes reagentes nunca podem ser obtidos a partir de moléculas que contenham grupos OH, NH2, SH, COOH, CHO, CONH2, CN, NO2, dentre outros; porem, quando for possı́vel preparar o reagente de Grignard, bastará adicionar o aldeı́do ou cetona a ele para que a reação ocorra rapidamente. Exemplos: O mecanismo da reação envolve a adição do carbânion do reagente de Grignard ao carbono carbonı́lico. 1.4 Reações O átomo de oxigênio, possuidor de uma carga parcial negativa, e com dois pares de elétrons não-ligantes, comporta-se como uma base de Lewis, de modo que a hidroxila, mesmo em presença de um ácido relativamente fraco, pode receber um próton: R-OH + HA GGGGA R-OH+2 + A− A protonação do álcool em meio ácido converte a hidroxila num eficiente grupo abandonador, ao mesmo tempo em que faz com que o carbono passe a ter uma carga parcial positiva ainda maior que a que ele possui no álcool não-protonado; estes dois fatores combinados tornam o álcool bastante propenso a sofrer reações de substituição nucleofı́lica em meio ácido, em que ocorre a clivagem da ligação C-O. Na ausência de ácido, o oxigênio passa a poder atuar como nucleófilo, devido aos dois pares de elétrons que possui, porem devido à sua alta eletronegatividade e baixa polarizabilidade, ele é um nucleófilo pouco eficiente, só reagindo em condições favoráveis, ou seja, quando o álcool se encontra em meio fortemente básico. 1.4.1 Reações Ácido-Base Em geral, álcoois são ácidos bem fracos, somente conseguindo doar prótons para bases muito fortes como aminas, reagentes de Grignard, ou hidretos alcalinos, formando os denominados alcóxidos; a sequência de força como ácido de diversas categorias de substâncias é apresentada a seguir: RCOOH > NaHCO3 > Ar-OH > H2O > R-OH > R-C≡CH > R-NH2 > R-H Alcóxidos são úteis pois são nucleófilos muito mais eficientes que os respectivos álcoois, sendo praticamente os únicos reagentes orgânicos em que o oxigênio age como nucleófilo. 4 1.4.2 Desidratação de Álcoois para Obter Alquenos É uma das reações mais úteis que os álcoois sofrem, permitindo obter alquenos em um procedimento rápido e eficiente. Um dos procedimentos mais comuns consiste em aquecer o álcool em presença de um ácido forte diluı́do (geral- mente o H2SO4), levando à eliminação de água; esta reação segue a regra de Zaitsev, originando-se preferencialmente o alqueno com o maior número possı́vel de substituintes unidos à dupla ligação. O aquecimento não deve ser excessivo, e necessita ser mantido sob rigoroso controle, ou pode haver a formação de subprodutos. Exemplo: Devido ao fato de que no mecanismo da reação forma-se carbocátion, esta reação não ocorre com álcoois primários, cujos respectivos carbocátions são muito instáveis. Um procedimento alternativo para desidratação de álcoois secundários e terciários usa o POCl3 e uma base como a piridina, sem a necessidade de aquecimento. O mecanismo desta reação envolve a formação de um intermediário contendo um grupo diclorofosfato ligado, o qual é um grupo abandonador mais eficiente que o OH+2 . 1.4.3 Conversão de Álcoois a Haletos de Alquila A obtenção de haletos de alquila secundários e terciários é efetuada tratando-se o álcool respectivo com HCl ou HBr gasosos, havendo um grande aumento na eficiência da reação se o álcool for dissolvido em cloreto de piridı́nio (ou brometo, respectivamente); quando o objetivo for produzir álcoois primários, trata-se o respectivo álcool primário com SOCl2 ou com PBr3. Em ambos os casos, a preparação de haletos de alquila a partir de álcoois deve ser realizada em banho de gelo, pois o aquecimento favorece a reação colateral de eliminação. Exemplos: No caso de reação com HCl ou HBr, o mecanismo envolve a formação de carbocátion, e portanto pode-se observar a ocorrência de reagrupamento na cadeia carbônica, sempre que isto leve à formação de um carbocátion mais estável que o inicialmente formado; se, alem disso, houver aquecimento intenso, o carbocátion levará tambem à reação de eliminação, com formação de alcenos, e não à reação de substituição desejada. O esquema geral do mecanismo para a reação com HCl é mostrado abaixo; a reação com HBr ocorre de maneira idêntica. 5 A reação de SOCl2 ou de PBr3 com álcoois primários não envolve carbocátions, devido à elevada instabilidade de carbocátions primários. Ao contrário, nestas reações observa-se a clivagem da ligação carbono-oxigênio simulta- neamente à formação da ligação carbono-halogênio. Os respectivos mecanismos para a bromação e para a cloração, usando estes reagentes, são mostrados a seguir: reação com PBr3 reação com SOCl2 1.4.4 Conversão de Álcoois a Tosilatos e Mesilatos Os tosilatos e mesilatos de alquila são os principais constituintes da classe dos sulfonatos de alquila, e são obtidos a partir da reação de álcool com o cloreto de p-toluenosulfonila ou com o cloreto de metanosulfonila, respectivamente. Os sulfonatos são extremamente úteis em reações de substituição nucleofı́lica, devido ao fato de os grupos RSO3 serem excelentes abandonadores, promovendo reações em condições bastante brandas. Exemplos: O mecanismo destas reações envolve o rompimento da ligação O-H do álcool, ficando a ligação C-O inalterada. 6 método, o qual usa H2SO4 como catalisador. É necessário controlar rigorosamente a temperatura, ou ocorrerá a formação de alquenos. Exemplo: O mecanismo da reação envolve o ataque nucleofı́lico de uma molécula de álcool a outra molécula que foi previa- mente protonada pelo ácido. 2.3.2 Sı́ntese de Willianson Envolve a reação de um alcóxido com um haleto de alquila (preferencialmente um iodeto ou brometo) ou com um tosilato; a reação deve ser efetuada sem aquecimento, e o haleto ou tosilato deve ser primário. O alcóxido usado nesta reação é obtido pelo prévio tratamento do respectivo álcool com sódio metálico ou com hidreto de sódio. Exemplo: O mecanismo compreende o ataque nucleofı́lico do átomo de oxigênio negativamente carregado do alcóxido ao haleto ou tosilato de alquila. 2.3.3 Alcoximercuriação-Desmercuriação É realizada mediante adição de trifluoroacetato de mercúrio II a um alqueno em THF contendo um álcool, seguindo-se de redução com boroidreto de sódio (NaBH4) em meio básico. A reação é similar ao processo de obtenção de álcoois a partir de alquenos por oximercuriação-desmercuriação, e como tal segue a regra de Markovnikov, não se observando a ocorrência de reagrupamentos na cadeia carbônica. Exemplo: O mecanismo da reação de oximercuriação-desmercuriação vista anteriormente é em tudo idêntico ao desta reação, sendo que a única diferença é que neste caso é feita a adição de um álcool à dupla ligação do alqueno, enquanto na reação de oximercuriação-desmercuriação ocorre a adição de uma molécula de água. 9 2.3.4 Formação de Epóxidos Denomina-se de epóxido a uma substância cuja molécula contem um ciclo com três átomos, dos quais um é de oxigênio, e que portanto pode ser classificada como um éter. A obtenção de epóxidos pode ser feita de diversas formas, sendo a mais simples o tratamento de um alqueno com peroxiácidos, tais como o MCPBA ou o MMPP, que permitem a obtenção destes compostos através de uma reação suave, sem a necessidade de aquecimento. O uso de MMPP é preferı́vel, visto ser um composto menos instável. Exemplo: O mecanismo da reação envolve a transferência de um átomo de oxigênio do peroxiácido para a dupla ligação, num processo que ocorre em uma única etapa. 2.4 Reações 2.4.1 Clivagem da Ligação C-O É uma das poucas reações a que os éteres se submetem, ocorrendo apenas na presença de ácidos fortes e concentrados, dentre os quais o mais eficiente é o HI, embora o H2SO4 e o HBr tambem sejam usados. Como resultado da reação, cada um dos dois átomos de carbono ligados ao oxigênio do éter original sofrerão reação de substituição, ficando ao final ligados a um haleto ou ao grupo sulfonato; porem, se um dos átomos de carbono ligados ao oxigênio do éter for terciário (ou benzı́lico), ocorrerá reação de eliminação na respectiva cadeia. Se um dos átomos de carbono ligados ao oxigênio fizer parte de um anel aromático, não haverá a clivagem da ligação C-O, devido à elevada energia de ligação envolvida. Exemplos: O mecanismo da reação depende da estrutura do éter que reage; para éteres em que um dos átomos de carbono li- gados ao oxigênio é terciário ou benzı́lico, ocorre formação de intermediário carbocátion, devido à grande estabilidade de carbocátions derivados de compostos orgânicos com tais tipos de estrutura. 10 Para outros tipos de éteres, o mecanismo consiste de ataque nucleofı́lico ao ı́on oxônio inicialmente formado no meio ácido; neste caso, ao contrário do anterior, é necessário efetuar a reação com aquecimento. 2.4.2 Abertura de Anel de Epóxidos Como o anel dos epóxidos tem elevada tensão angular, esta classe de substâncias é muito mais reativa que os outros tipos de éteres, podendo sofrer abertura de anel tanto em meio ácido como em meio básico; quando se usa ácidos, nem sequer é necessário aquecimento, podendo-se inclusive usar ácidos diluı́dos. Em qualquer caso, no mecanismo reacional há ataque de nucleófilo a um dos átomos de carbono constituintes do anel. Em meio ácido, o nucleófilo (representado abaixo por um álcool) liga-se ao átomo de carbono mais substituı́do, visto que o carbocátion intermediário respectivo é o mais estável dentre os que podem ser formados; já em meio básico, o mecanismo compreende uma reação de substituição nucleofı́lica bimolecular, na qual o nucleófilo que ataca (representado abaixo por um alcóxido) só pode fazê-lo em um átomo da carbono com pouco impedimento estérico, de modo que ele se liga ao átomo de carbono menos substituı́do. 11 3.3.4 Reação entre Compostos de Grignard Aromáticos e Boratos Esta reação, como a anterior, gera fenóis com bons rendimentos e sem que seja observada a formação de produtos colaterais. Exemplo: O mecanismo da reação possivelmente envolve radicais livres, mas pouco se sabe a seu respeito. 3.3.5 Conversão de Compostos Ariltálio a Fenóis Sendo os compostos de ariltátio facilmente preparados a partir dos respectivos hidrocarbonetos aromáticos, esta reação é uma das mais úteis para a obtenção de fenóis, inclusive daqueles que possuem estruturas complexas. Tanto a preparação do composto ariltálio como as três reações seguintes que levam à obtenção do respectivo fenol podem ser feitas no mesmo sistema reacional, sem a necessidade de se isolar qualquer dos produtos intermediário que se formam, o que representa a possibilidade de se realizar a transformação direta de um hidrocarboneto aromático em um fenol. Exemplo: 3.4 Reações Os fenóis são ácidos mais fortes que a água, ao contrário do que se observa para os álcoois: Ar-OH + NaOH GGGGA Ar-O−Na+ + H2O Isto é devido ao efeito de ressonância entre o oxigênio hidroxı́lico e o anel aromático, que não ocorre nos álcoois; comparando-se o fenol e o respectivo ânion fenóxido, nota-se que, como este possui um número maior de formas de ressonância, o efeito mesomérico é maior e, portanto, contribui mais para a estabilização do ı́on do que para a estabilização do fenol. Isto leva a uma grande diminuição na energia necessária para a formação do fenóxido a partir do fenol, e permite explicar a acidez mais elevada dos fenóis, visto ser fácil a perda do próton pelo fenol para formar o fenóxido. 14 Como em algumas das formas de ressonância do ı́on fenóxido a carga negativa se distribui no anel aromático, em posições orto e para com relação ao oxigênio hidroxı́lico, a presença de grupos que atraem fortemente elétrons (F, Cl, C≡N, NO2, C=O) localizados nestas posições do anel contribuem para aumentar a acidez dos fenóis; por outro lado, se nestas posições estiverem presentes grupos doadores de elétrons (CH3, (CH3)3B), ocorrerá o efeito inverso, diminuindo a acidez dos fenóis que possuı́rem tais grupos. 3.4.1 Formação de Éteres pela Sı́ntese de Willianson Em meio básico, forma-se o ı́on fenóxido, o qual pode reagir tanto com haletos de alquila como com sulfonatos de alquila. Exemplos: Os tipos de mecanismos envolvidos são idênticos aos previamente vistos na sı́ntese de éteres usando alcóxidos, e qual deles ocorre em cada caso depende do tipo de átomo de carbono ao qual estiver ligado o halogênio ou sulfonato no reagente. 3.4.2 Substituição Eletrofı́lica Aromática Estas reações seguem o mesmo mecanismo observado nas substituições eletrofı́licas em hidrocarbonetos aromáticos, porem com os fenóis tendem a ocorrer mais facilmente, devido ao grupo hidroxila ser um forte ativador do anel aromático frente ao ataque por eletrófilos, e como tal as reações tendem a ocorrer sempre nas posições orto e para com relação à hidroxila. Dentre as reações de substituição eletrofı́lica a que os fenóis se submetem, destacam-se as halogenações, as quais para ocorrerem de modo controlado necessitam que os reagentes sejam diluı́dos em solvente apolar e a frio. Quanto às nitrações, só podem ser efetuadas em temperaturas inferiores à ambiente usando ácido nı́trico diluı́do, ou não haverá como mantê-las sob controle. 15 Exemplos: Por outro lado, a elevada reatividade do anel aromático dos fenóis permite que estes reajam com o ı́on nitrosilo (NO+), normalmente pouco reativo, para formar os nitroso-compostos, sendo que este ı́on dificilmente chega a reagir com outras classes de compostos aromáticos alem dos fenóis. Exemplo: Ao contrário do que acontece com os hidrocarbonetos aromáticos, no caso das reações de substituição eletrofı́lica aromática de fenóis os intermediários envolvidos não podem ser considerados carbocátions, mas sim como ı́ons oxônio, que se formam bem mais facilmente que os carbocátions, por serem mais eficientemente estabilizados por ressonância. Abaixo é mostrado um exemplo de mecanismo, para o caso da reação de nitração: 3.4.3 Reação com CO2 (Reação de Kolbe) Para efetuar a reação inicialmente é obtido em meio básico o respectivo ı́on fenóxido, o qual é a seguir exposto ao gás carbônico sob pressão, formando-se o sal do ácido carboxı́lico (o carboxilato). Exemplo: O mecanismo desta reação é semelhante ao que se observa nas substituições eletrofı́licas aromáticas, porem esta reação só ocorre com os fenóxidos, não sendo observada para os respectivos fenóis, visto que os fenóxidos, por terem carga negativa, estabilizam ainda mais o intermediário da reação, o que é realmente necessário porque o CO2 é um eletrófilo muito fraco, que não conseguiria reagir de outro modo. 16 Exemplos: 4.3.2 Redução de Cloretos de Acila, Ésteres, ou Nitrilas com Hidretos O uso de hidretos de lı́tio e alumı́nio menos reativos que o LiAlH4 permite converter reagentes destas classes em aldeı́dos. Exemplos: Os hidretos a serem usados dependem do tipo de reagente orgânico que sofre a redução, porem em todos os casos tratam-se de hidretos constituı́dos por moléculas volumosas, com elevado impedimento estérico, o que explica sua baixa reatividade; se nestas reações fosse usado o extremamente reativo hidreto LiAlH4, não seria possı́vel pará-las na etapa de aldeı́do, pois ao contrário seriam obtidos diretamente os álcoois respectivos. Para garantir que estas reações ocorram efetivamente de modo controlado, elas são realizadas em temperaturas baixas (cerca de -70oC), o que diminui ainda mais a reatividade dos hidretos usados. O mecanismo destas reações é bastante semelhante entre si, e para o caso de redução de cloretos de acila é mostrado abaixo: O mecanismo de redução de ésteres é idêntico, sendo que as únicas diferenças são o tipo de hidreto redutor usado, e o fato de que nesta reação forma-se como subproduto um álcool, e não o cloreto como no caso anterior: 19 Com nitrilas, embora o mecanismo pareça distinto, na verdade segue o mesmo princı́pio dos anteriores, com o átomo de alumı́nio agindo como ácido de Lewis, ligando-se ao par de elétrons não-ligantes do nitrogênio, o que aumenta a carga parcial positiva do carbono ligado ao nitrogênio, facilitando o ataque a ele pelo ânion hidreto: Ao final das reações, independentemente do tipo de hidreto usado, deve-se remover os resı́duos inorgânicos que permanecem ligados ao composto orgânico, mediante a adição de água, que causa a hidrólise do complexo alumı́nio- orgânico, numa reação cujo mecanismo varia de caso a caso e que pode envolver diversas etapas. 4.3.3 Adição de Reagentes de Grignard a Nitrilas Este é um dos mais simples métodos para obtenção de cetonas; podem ser usados tambem reagentes de organolı́tio, com rendimentos igualmente elevados. Exemplos: O mecanismo envolve o ataque do átomo de carbono negativamente polarizado do reagente de Grignard (ou do organolı́tio) ao carbono positivamente polarizado da carbonila. 4.3.4 Ozonólise A clivagem de alquenos pelo ozônio tem alguma utilidade no preparo de aldeı́dos contendo dois grupos carbonila na mesma molécula. O produto intermediário formado na reação é instável e explosivo, devendo ser imediatamente reduzido pelo zinco metálico para formar o aldeı́do desejado. Exemplos: 20 4.3.5 Hidrólise Ácida de Oximas, Hidrazonas, ou Iminas A hidrólise de composto de qualquer uma destas classes de funções quı́micas levará à obtenção de um aldeı́do ou de uma cetona, dependendo de o átomo de carbono ao qual o nitrogênio do seu grupo funcional estiver ligado ser primário ou secundário, respectivamente. Exemplos: O mecanismo envolve a protonação do átomo de nitrogênio da dupla ligação, o que o torna positivo, aumentando ainda mais a carga parcial positiva existente no átomo de carbono ao qual ele está ligado; isto facilita o ataque do oxigênio da água ao átomo de carbono, permitindo que a reação ocorra facilmente. 4.3.6 Hidrólise Ácida de Acetais Este método não é de interesse especı́fico para a sı́ntese de compostos carbonı́licos, pois em geral os acetais costumam ser na verdade de mais difı́cil obtenção e mais caros que os respectivos aldeı́dos ou cetonas. Nos poucos casos em que esta reação é usada, ela é de realização bem fácil, ocorrendo com grande rendimento em condições bem suaves. 21 Exemplo: O mecanismo é praticamente o oposto ao que se observa para a hidrólise de iminas para obtenção de aldeı́dos ou cetonas; isto está em acordo com o fato de que, na prática, estes dois tipos de reações ocorrem em equilı́brio, sendo a formação de iminas favorável apenas se o valor de pH do meio estiver entre 4 e 5 e se for usado um excesso de amina. Se o pH for menor que 4, toda a amina estará na forma protonada positiva, R’-NH+3 , não podendo atacar a carbonila, e se o pH for maior que 5 o aminoálcool intermediário que se forma não pode receber um próton, não ocorrendo assim a reação de eliminação necessária à formação final da imina. Este valor de pH é normalmente mantido efetuando-se a reação em solução aquosa contendo o tampão acetato. 4.4.4 Adição de Hidroxilamina, Hidrazinas, ou Semicarbazida a Aldeı́dos ou Cetonas Estas substâncias reagem com aldeı́dos ou com cetonas para a obtenção de oximas, hidrazonas, ou semicarbazonas, respectivamente. Exemplos: O mecanismo destas reações é o mesmo observado para a reação de formação de iminas vista acima, com o grupo R’ sendo OH no caso das oximas, NHAr no caso de hidrazonas, ou NH-CONH2 para as semicarbazonas. As condições reacionais tambem são similares, necessitando de controle adequado de pH. 4.4.5 Adição de Ácido Cianı́drico a Aldeı́dos Em presença do catalisador NaCN, o ácido cianı́drico adiciona-se à carbonila de aldeı́dos, formando cianoidrinas. Esta reação dificilmente ocorre com cetonas, principalmente com as que possuem grande impedimento estérico. 24 Exemplo: No mecanismo da reação, inicialmente o ânion CN− do catalisador ataca o carbono carbonı́lico e, a seguir, a própria reação origina mais ı́ons CN− a partir do ácido cianı́drico existente no meio, dando continuidade à reação. Nesta reação, bem como no caso da adição de aminas e hidroxilamina, dentre outros, os reagentes usados são bons nucleófilos, alem de serem bases razoavelmente fortes, de modo que não só não necessitam de catálise ácida como, de fato, até seriam prejudicados se ela fosse usada. Deve-se notar que o ácido cianı́drico, sendo muito fraco, não chega a agir como catalisador ácido nesta reação. 4.4.6 Adição de Reagente Organozinco a Aldeı́dos ou Cetonas (Reação de Reformatski) Trata-se de um método geral bastante eficiente para a obtenção de β -hidroxiésteres. Exemplo: O mecanismo envolve a adição de um intermediário organozinco, previamente preparado, à carbonila de um aldeı́do ou cetona, formando-se um alcóxido de zinco que, mediante tratamento com ácido sofre protonação origi- nando um β -hidróxiéster. Os reagentes de organozinco são menos ativos que os reagentes de Grignard equivalentes, os quais se fossem usados nesta reação não somente atacariam o aldeı́do ou cetona, mas o próprio éster; esta menor reatividade é devida ao fato de que a diferença de eletronegatividade entre o carbono e o zinco é menor que a diferença entre o carbono e o magnésio, o que torna a carga parcial negativa no átomo de carbono ligado ao metal menor nos compostos organozinco que nos respectivos reagentes de Grignard. 4.4.7 Adição de Reagente de Grignard a Aldeı́dos ou Cetonas Permite obter, respectivamente, álcoois secundários ou terciários, como já visto antes (item 1.3.5). 25 Exemplos: 4.4.8 Adição de LiAlH4 ou de NaBH4 a Aldeı́dos ou Cetonas Permite obter álcoois primários ou secundários, respectivamente. O uso do NaBH4 é preferı́vel sempre que houver grupos éster na molécula, pois este hidreto em particular só reage com carbonilas de cetona ou de aldeı́do; em qualquer caso, porem, se houver dupla ligação carbono-carbono na molécula, ela não será atacada por nenhum destes reagentes. Exemplos: 4.4.9 Reação de Halogênios com Aldeı́dos ou Cetonas Quando adiciona-se halogênio a um aldeı́do ou cetona, em meio ácido ou básico, ocorre a substituição de um ou mais dos átomos de hidrogênio vizinhos à carbonila pelo halogênio; com metilcetonas, ocorre a remoção do grupo metil. Como este tipo de reação ocorre em equilı́brio, o uso de excesso de halogênio no meio reacional pode ser necessário para favorecer a formação do produto. O uso de flúor nesta reação é pouco produtivo, e em geral é evitado. Exemplos: Em meio ácido, o mecanismo envolve a formação de intermediário enol, que é rapidamente atacado pelo halogênio para formar o produto final. Quando o meio é básico, o intermediário que participa do mecanismo é o ı́on enolato. 26 O mecanismo inicia-se pelo ataque da hidrazina ao carbono carbonı́lico, seguido de reação da hidrazona inter- mediária com a base. 4.4.13 Redução de Aldeı́dos ou Cetonas em Meio Ácido (Redução de Clemensen) Trata-se de um método de redução complementar à redução de Wolf-Kirshner, pois pode ser usado com substâncias sensı́veis ao meio básico, que não poderiam ser submetidas àquele método. Exemplo: O mecanismo é conhecido apenas parcialmente, sem que se saibam quais os detalhes das etapas envolvidas, o que é de resto um fato bastante comum em reações envolvendo superfı́cies metálicas. No mecanismo acima não é mostrada em etapa alguma a formação de carga em átomos metálicos, ainda que ela deva existir; isto é devido ao fato de que se um átomo de metal (no caso zinco) chegar a ficar positivamente carregado, esta carga imediatamente se redistribui entre os inúmeros átomos metálicos vizinhos, de modo que não se justifica representar os átomos de zinco com carga, e nem mesmo com elétrons desemparelhados. 4.4.14 Reação de Aldeı́dos ou Cetonas com Iletos de Enxofre Este é um método bastante eficiente para obtenção de epóxidos, que por sua vez são reagentes bastante úteis, pois podem ser usados em diversas reações para a produção dos mais diversos tipos de substâncias. Exemplo: 29 Assim como na reação de Wittig, esta ocorre em três etapas, que podem ser efetuadas em sequência num mesmo frasco reacional, o que facilita o procedimento experimental pois permite evitar as etapas de isolamento dos inter- mediários formados em cada etapa. E como na reação de Wittig, os iletos de enxofre são bastante sensı́veis à presença da água, de modo que esta reação precisa ser efetuada em condições anidras. O mecanismo é mostrado abaixo. 30 Capı́tulo 5 Ácidos Carboxı́licos 5.1 Introdução São substâncias contendo o grupo carboxila (-COOH) ligado a uma cadeia orgânica. A nomenclatura dos ácidos carboxı́licos baseia-se na substituição do sufixo o do hidrocarboneto respectivo pelo sufixo óico, sendo que o carbono carboxı́lico sempre é o primeiro da cadeia ao qual pertença, e esta é sempre a mais longa da molécula. 5.2 Propriedades Devido à presença do grupo carbonila e do grupo hidroxila, ligados a um mesmo átomo de carbono, os quais são alta- mente polares e podem participar de ligações de hidrogênio, os pontos de fusão e de ebulição dos ácidos carboxı́licos são bastante superiores aos de hidrocarbonetos e até mesmo de álcoois de pesos moleculares semelhantes. Sendo os mais fortes ácidos dentre as substâncias orgânicas usuais, reagem facilmente com hidróxidos, formando sais; dentre estes sais, os mais comuns são os de metais alcalinos como os de sódio e de potássio, que tendem a ser bastante solúveis em água. 5.3 Sı́ntese 5.3.1 Reação de CO2 com Compostos de Grignard Esta reação leva à obtenção de sais de ácidos carboxı́licos (denominados carboxilatos) que, por tratamento com ácidos minerais fortes convertem-se nos respectivos ácidos carboxı́licos. Qualquer haleto orgânico que não tenha grupos incompatı́veis com a formação de reagente de Grignard (tais como -OH, -NH2, -CHO, -CN, -NO2) pode ser usado nesta reação. 31 5.3.5 Oxidação de Alquenos com Ozônio e H2O2 Esta reação consiste na clivagem da dupla ligação, originando dois grupos carboxila. Exemplo: O mecanismo da reação com o ozônio é o mesmo observado na ozonólise comum para obtenção de aldeı́dos ou cetonas, mas os detalhes da posterior reação com o peróxido de hidrogênio são desconhecidos. 5.4 Reações Embora muito mais fracos que a maioria dos ácidos inorgânicos (HCl, HBr, H2SO4, HNO3, H3PO4), os ácidos carboxı́licos são mais fortes que a maioria das outras classes de substâncias orgânicas. Eles reagem tanto com os hidróxidos como com os carbonatos, convertendo-se nos respectivos sais (carboxilatos); esta reação pode ser revertida adicionando-se ácidos fortes ao sal obtido. Ao contrário do que ocorre com os fenóis, tanto o efeito indutivo como a mesomeria são os responsáveis pela maior acidez destes compostos. A mesomeria, ao distribuir a carga negativa existente nos sais carboxilatos os torna bastante estáveis, o que explica a sua fácil formação pelas reações ácido-base acima mostradas; quanto ao efeito indutivo, a presença de dupla ligação carbono-oxigênio tambem ajuda a estabilizar a carga negativa presente nos sais carboxilatos, o que favorece ainda mais a sua formação. Devido à importância do efeito indutivo na acidez destas substâncias, deve- se esperar que a presença de outros grupos que atraem elétrons, se estiverem localizados próximos ao grupo carboxila, aumente ainda mais a sua acidez, o que se verifica na prática; deste modo, por exemplo, o ácido 2-cloropropanóico (CH2ClCH2COOH) é mais forte que o acido propanóico (CH3CH2COOH), que não possui o grupo cloro, e tambem é mais forte que o ácido 3-cloropropanóico (CH2ClCH2COOH), no qual o cloro encontra-se mais distante da carboxila. As únicas reações que os ácidos carboxı́licos sofrem, alem das reações ácido-base já citadas, são as de adição à dupla ligação carbono-oxigênio, que são em tudo semelhantes às adições nucleofı́licas a aldeı́dos e cetonas, inclusive necessitando em geral de catalisador ácido; porem, como o grupo -OH+2 que se forma nestas condições de reação é um bom grupo abandonador, neste caso a adição nucleofı́lica é seguida pela perda dele, de modo que na prática o que se observa é uma reação de substituição, na qual o grupo hidroxila do ácido é trocado com o nucleófilo que ataca a molécula. Por esse motivo, o mecanismo desta reação é conhecido como de adição-eliminação nucleofı́lica. 5.4.1 Reação com SOCl2 É praticamente o único método prático para a obtenção dos cloretos de acila, reagentes bastante úteis na quı́mica orgânica. O próprio reagente contem ácido como impureza, de modo que nesta reação não é necessário adicionar deliberadamente catalisador ácido. 34 Exemplos: A reação é bastante eficaz, pois pode-se observar no mecanismo a formação de um bom grupo abandonador, o HOSOCl, o que favorece a formação do produto. 5.4.2 Reação entre Ácidos Carboxı́licos e Álcoois (Esterificação) A reação de esterificação é feita usualmente com o uso de ácido sulfúrico como catalisador, embora qualquer outro ácido forte possa ser usado. A reação tende a atingir um equilı́brio no qual parte dos reagentes permanecem sem serem consumidos; para conseguir forçar a conversão completa dos reagentes para o éster é necessário usar um excesso de ácido ou de álcool (o que for mais barato), ou remover continuamente a água que se forma como subproduto, por meio de destilação azeotrópica ou adição de desidratante. Exemplo: O mecanismo da reação consiste no ataque do álcool à carboxila, a qual precisa ser ativada pelo meio ácido, visto que o álcool é um nucleófilo fraco. A etapa inversa, de hidrólise do éster, que ocorre no equilı́brio impedindo a conversão completa dos reagentes em produto, segue o mesmo mecanismo porem na sequência exatamente inversa. Devido ao fato de ser usado catalisador fortemente ácido, esta reação não pode envolver álcoois terciários, que sofrem eliminação facilmente nestas condições, originando vários subprodutos (dentre os quais se destacam os alque- nos). 5.4.3 Reação entre Ácidos Carboxı́licos e Aminas Trata-se de uma reação pouco eficiente, pois no meio ácido as aminas, que são bases fortes, são facilmente protonadas originando os respectivos cátions amônio que são péssimos nucleófilos; é preferı́vel proceder esta reação portanto em meio neutro, ativando-se a carboxila com o uso de dicicloexilcarbodiimida (DCC). 35 Exemplos: A reação entre ácidos carboxı́licos e aminas usando DCC como ativador é bastante eficiente porque ao final obtem- se, alem de amida, que é bastante estável, a dicicloexiluréia que é um excelente abandonador; estes dois fatores são os responsáveis pelo fato desta reação ser irreversı́vel e ocorrer com altos rendimentos. 5.4.4 Reação entre Ácidos Carboxı́licos e Haletos de Acila Permite obter anidridos carboxı́licos, e apresenta rendimentos elevados quando efetuada em presença de piridina. Exemplo: O mecanismo envolve o ataque do carboxilato (resultante de reação ácido-base entre o ácido carboxı́lico e a piridina) ao haleto de acila. O ácido carboxı́lico é um mau nucleófilo, e é sua transformação no ânion carboxilato que favorece a ocorrência da reação; a piridina, por sua vez, embora seja uma base apreciavelmente forte, é um péssimo nucleófilo, não interferindo no decorrer da reação. Pode ocorrer a formação de anidridos pela reação direta entre dois grupos carboxila, quando o anidrido obtido formar um ciclo com cinco ou seis membros; o mecanismo nestes casos é similar ao da reação de esterificação. Neste caso, não é necessário usar piridina, devendo-se porem aquecer fortemente os reagentes. 36 Os cetenos, por fim, possuem nomenclatura substitutiva: 6.2 Sı́ntese 6.2.1 Reação de Ácidos Carboxı́licos com SOCl2 É praticamente o único método para obtenção de cloretos de acila, e permite obtê-los com altos rendimentos, como já visto no item 5.4.1. Exemplo: Embora existam métodos para preparar outros haletos de acila, só os cloretos são de interesse prático. 6.2.2 Eliminação de HCl de Cloretos de Acila Esta reação, efetuada em meio básico, leva à formação de cetenos com altos rendimentos. Os cetenos são os mais reativos derivados de ácidos carboxı́licos, e somente são estáveis quando contem dois substituintes ligados ao grupo C=C=O; em qualquer outro caso não podem ser isolados. Exemplo: O mecanismo consiste de uma reação de eliminação ativada por bases, sendo em geral usadas para este fim as aminas terciárias (contendo três cadeias carbônicas ligadas ao nitrogênio); o uso deste tipo de composto é preferı́vel porque, ainda que sejam bases fortes, são péssimos nucleófilos, não causando a formação de subprodutos. 39 6.2.3 Desidratação de Ácidos Carboxı́licos Efetua-se esta reação com o uso de desidratante (P2O5 ou anidrido trifluoroacético), para obter os anidridos car- boxı́licos. Não se usa neste procedimento misturas de ácidos, pois caso contrário seriam obtidas misturas de produtos. Se na reação for obtido anidrido cı́clico contendo cinco ou seis membros, a reação ocorre sem a necessidade de usar desidratante, se for efetuada com aquecimento bastante intenso. Exemplos: O mecanismo desta reação é semelhante ao da esterificação. 6.2.4 Reação entre Ácidos Carboxı́licos e Cloretos de Acila Esta reação, quando efetuada em presença de piridina, leva à obtenção de anidridos com rendimentos elevados. Esta reação já foi mostrada no item 5.4.4. Exemplo: 6.2.5 Reação entre Ácidos Carboxı́licos e Álcoois É um dos métodos usados para a obtenção de ésteres, tendo sido visto previamente no item 5.4.2. Exemplo: Um procedimento alternativo, e que leva a altos rendimentos, consiste na reação entre álcoois e ácidos carboxı́licos ativados pela DCC. 40 Exemplo: Este processo tem um mecanismo bem similar ao da reação de ácidos com aminas para obtenção de amidas, com uso de DCC. Assim como na obtenção de amidas, o subproduto dicicloexiluréia obtido, por ser muito estável, favorece a ocorrência da reação, que é portanto bastante eficaz, permitindo obter ésteres com elevados rendimentos. 6.2.6 Reação entre Cloretos de Acila e Álcoois Permite obter ésteres com elevados rendimentos, em particular quando a reação é efetuada em presença de piridina; por este método, é possı́vel obter ésteres tambem pela reação entre ácidos carboxı́licos e fenóis, embora neste caso a reação seja mais lenta. Exemplos: O mecanismo consiste no ataque da piridina ao cloreto de acila, formando um intermediário altamente reativo que, em presença de álcool ou fenol, reage imediatamente para originar ao final o éster. 41 O mecanismo da reação, no caso da formação de amidas, é idêntico ao da reação entre cloretos de acila e aminas. No caso em que se obtem uma imida, a primeira parte do mecanismo é idêntica à mostrada acima, porem ele tem uma etapa a mais, que é vista a seguir: 6.2.11 Reação entre Nitrilas e Álcoois Quando efetuada em meio ácido, esta reação leva à obtenção de amidas N-substituidas (contendo uma cadeia carbônica, alem da carbonila, ligada ao átomo de nitrogênio). Exemplo: O mecanismo constitui-se da formação de carbocátion, o qual então ataca a nitrila, ocorrendo ao final reação entre o intermediário formado e água, para originar ao final a amida. Como álcoois primários dificilmente formam carbocátions, esta reação é limitada essencialmente ao uso de álcoois secundários e terciários como reagentes. 6.2.12 Reação entre Cianetos Alcalinos e Haletos de Alquila É o método mais simples de obtenção de nitrilas, porem tem o inconveniente de não poder ser usado com haletos terciários; como o cianeto é uma base relativamente forte, ao reagi-lo com haletos terciários, ocorre preferencialmente reação de eliminação, e não a reação de substituição necessária para a formação de nitrila. Exemplo: 44 O mecanismo consiste numa simples reação de substituição nucleofı́lica bimolecular. 6.2.13 Reação entre Aldeı́dos e Hidroxilamina, em Presença de Desidratante É um método simples para a transformação direta de um aldeı́do na respectiva nitrila. Exemplos: O mecanismo consiste na formação inicial de uma oxima, a qual a seguir perde uma molécula de água pela ação de um desidratante (usualmente o anidrido acético). 6.2.14 Reação entre Amidas e SOCl2 É um processo de desidratação que permite obter nitrilas a partir das respectivas amidas. Só pode ser realizado se no nitrogênio da amida não estiver ligada nenhuma cadeia carbônica alem do próprio grupo carbonila. Exemplo: No mecanismo inicialmente forma-se um intermediário semelhante a uma imina que, a seguir, ataca o SOCl2, formando ao final a nitrila. 6.3 Reações De um modo geral, a ordem de reatividade em reações de adição-eliminação, observada para os derivados de ácidos carboxı́licos, segue a tendência: cetenos > cloretos de acila > anidridos > ésteres > amidas 45 A reatividade das nitrilas é bastante variável, não podendo ser colocada numa posição exata na escala acima. A explicação para a sequência acima é a ressonância que existe entre a dupla ligação da carbonila e um dado grupo X ligado ao átomo da carbono desta; no caso das amidas, o grupo em questão é o amino (-NH2), em que o par de elétrons não-ligante no nitrogênio participa intensamente da ressonância com a dupla ligação carbono-oxigênio. Isto torna o átomo de carbono carbonı́lico menos polarizado positivamente, diminuindo sua atração por nucleófilos, o que explica a mı́nima reatividade de amidas em reações de adição-eliminação nucleofı́lica. Já no caso de ésteres, o átomo de oxigênio do grupo -OR, ligado à carbonila, é mais eletronegativo que o átomo de nitrogênio, e portanto tem menor tendência a doar elétrons, contribuindo bem menos para a ocorrência de ressonância; como há então uma menor participação da fórmula II na ressonância, a polaridade do átomo de carbono carbonı́lico neste caso não é tão diminuı́da, e a reatividade dos ésteres perante nucleófilos não é portanto tão baixa como para as amidas. Nos anidridos, o átomo de oxigênio que une as duas ’metades’ da molécula está ligado a duas carbonilas, e por estar submetido portanto a um elevado efeito indutivo, tem ainda menor tendência a doar elétrons. A ressonância neste caso é ainda menor, garantindo assim ao anidridos uma reatividade mais elevada. Para os cloretos de acila, dois efeitos fazem com que apresentem muito pouca ressonância entre o cloro e a carbo- nila: por um lado, o cloro é um átomo bastante eletronegativo, evitando doar elétrons, e por outro lado, sendo ele um elemento do 3◦ perı́odo da tabela periódica, seus elétrons não-ligantes 3p não interagem bem com os orbitais 2p do carbono carbonı́lico, prejudicando a formação da dupla ligação necessária para a ressonância. Quanto aos cetenos, as duplas ligações C=C e C=O são ditas cumuladas, com cada par respectivo de orbitais 2p posicionados entre si num ângulo de 90◦, de modo que não pode haver conjugação entre as duplas ligações, e nem chega a haver ressonância neste caso. Não havendo ressonância que possa estabilizar os cetenos, estes apresentam a mais alta reatividade possı́vel dentre todos os tipos de derivados de ácidos carboxı́licos mais comuns. Deve-se ressaltar, entretanto, que o que foi acima explicado depende tambem da cadeia carbônica à qual os grupos funcional estejam ligados; deste modo, por exemplo, embora os cloretos de acila sejam em geral bastante reativos, os que tem o grupo COCl ligado a anel aromático reagem mais lentamente, podendo inclusive necessitar de catálise básica em alguns tipos de reações. A presença, na cadeia carbônica, de grupos que atraem elétrons pode tambem, dependendo do tipo de reação envolvida, tornar o derivado de ácido menos ou mais reativo do que poderia ser previsto considerando-se apenas os princı́pios acima discutidos. 6.3.1 Redução com Hidreto de Lı́tio e Alumı́nio Quando se efetua esta reação com cloretos de acila, anidridos, ou ésteres, são obtidos álcoois; já no caso de o reagente ser uma amida ou nitrila, são obtidas aminas. Em qualquer caso, ligações duplas carbono-carbono que existam na molécula não são afetadas por esta reação. Os detalhes do mecanismo variam em cada caso, mas a etapa inicial é sempre a adição do ı́on hidreto ao carbono positivamente polarizado ligado ao oxigênio (ou ao nitrogênio, no caso das nitrilas). Independente do tipo de derivado de ácido que sofra redução, a etapa final de hidrólise é sempre necessária, seja para formar o produto final, ou ao menos para remover o ı́on alumı́nio que permanece formando complexo com a molécula orgânica após a etapa de redução. 46 6.3.6 Hidrólise de Ésteres É realizada pela adição de solução aquosa de hidróxido alcalino ao éster, levando à formação de mistura do carboxilato e do álcool respectivos. Trata-se de uma reação bastante útil, não só por ser de fácil realização, mas principalmente porque diversos ésteres são disponı́veis na natureza, na forma de óleos e gorduras, o que permite obter os carboxilatos a preços baixos, e estes por sua vez podem ser facilmente convertidos aos respectivos ácidos carboxı́licos por tratamento com ácidos fortes (HCl, H2SO4). Exemplo: O mecanismo envolve, como na maioria das reações já vistas para derivados de ácidos, a adição-eliminação de nucleófilo. 49 Capı́tulo 7 Compostos Carbonı́licos α ,β -Insaturados e β -Dicarbonı́licos 7.1 Sı́ntese 7.1.1 Reação Aldólica Ocorre quando duas moléculas de um dado aldeı́do reagem entre si, em meio básico, sofrendo dimerização. As bases mais usadas para esta reação são os hidróxidos alcalinos. Exemplo: O mecanismo da reação demonstra duas caracterı́sticas fundamentais de compostos carbonı́licos, as quais são a tendência de sofrerem adição de nucleófilo à ligação dupla carbono-oxigênio da carbonila, e a acidez proporcional- mente elevada dos átomos de hidrogênio ligados ao carbono vizinho à carbonila (ditos hidrogênios α). A reação ocorre por meio de um equilı́brio reversı́vel, sendo que com aldeı́dos o equilı́brio é favorável à formação do produto denominado aldol; com as cetonas, o processo é bastante desfavorável, formando-se no equilı́brio apenas uma quantidade pequena do produto. O aldol obtido na dimerização de aldeı́do sofre facilmente desidrogenação se for aquecido enquanto ainda estiver no meio básico, formando um composto α ,β -insaturado. Isto ocorre porque no produto final a ligação dupla carbono- carbono formada conjuga-se com a ligação dupla da carbonila, o que torna este produto muito estável; se a ligação dupla carbono-carbono for vizinha de outras duplas ligações (tais como anel aromático, grupo ciano, outra carbonila, 50 ou outra ligação dupla C=C), a desidratação é tão fácil a ponto de ocorrer espontaneamente à temperatura ambiente. O mecanismo desta segunda etapa da reação envolve eliminação catalisada por base. O processo completo, incluindo a dimerização de aldeı́do e a formação da dupla ligação C=C, é denominado de condensação aldólica. Não é viável tentar a reação aldólica cruzada, usando-se mistura de dois aldeı́dos distintos, pois levará à formação de misturas contendo todos os quatro produtos possı́veis. Uma exceção ocorre se a reação for efetuada entre dois aldeı́dos tais que um deles não tenha átomos de hidrogênio vizinho à carbonila (hidrogênios α), pois neste caso torna- se impossı́vel a formação de mais do que um produto; deve-se notar, entretanto, que para isto, é necessário realizar cuidadosamente a reação, adicionando-se inicialmente ao meio reacional o aldeı́do sem hidrogênios α , e só depois adicionar, lentamente, o outro aldeı́do. Nestas condições, pode-se garantir que a concentração total de carbânion derivado do aldeı́do contendo hidrogênios α será sempre pequena ao longo da reação, de modo que ele praticamente só poderá reagir com o outro aldeı́do que está presente em excesso. Exemplo: 7.1.2 Reação de Claisen-Schmidt Ocorre entre uma cetona e um aldeı́do que não contenha hidrogênios α , em meio básico. Trata-se de uma reação cruzada mas, como no caso de reação aldólica cruzada, quando se usa um aldeı́do sem hidrogênios α , este não pode perder um ı́on H+ para a base, de modo que somente a cetona forma carbânions nesta condição, garantindo que só um produto se forme. Deve-se notar tambem que cetonas não reagem entre si apreciavelmente em meio básico, e portanto este é outro fator a garantir que este processo seja limpo, sem formação de subprodutos. Exemplo: O mecanismo é idêntico ao da reação de aldolização, e do mesmo modo forma-se facilmente o produto com dupla ligação C=C conjugada com a carbonila; na verdade, é realmente difı́cil isolar o produto intermediário contendo hidroxila (OH). Se a carbonila aldeı́dica e a cetônica fizerem parte de uma mesma molécula, ocorrerá a formação de anel; esta reação ocorre sempre que o anel formado tiver cinco ou seis membros, e o mecanismo é o mesmo observado para a condensação aldólica. 51 Exemplo: É possı́vel ainda efetuar condensação de Claisen entre um éster e uma cetona, formando outro tipo de composto β -dicarbonı́lico, uma β -dicetona. Como na reação de Claisen-Schmidt, é feito inicialmente o tratamento da cetona com uma base nitrogenada (neste caso o amideto NaNH2) formando carbânion e, só após isto, adiciona-se o éster ao meio reacional. Neste caso tambem se observa a formação do carbânion com o menor impedimento estérico. Exemplo: 7.1.4 Acilação de Enaminas (Acilação de Stork) As enaminas são obtidas mediante reação de uma amina secundária com uma cetona; mediante reação entre uma enamina e um cloreto de acila, forma-se o respectivo sal imı́nio intermediário que, sendo instável, sofre facilmente hidrólise em meio ácido para formar β -dicetona. Exemplo: O mecanismo da primeira etapa é semelhante ao da formação de iminas a partir de aldeı́dos ou cetonas, porem neste caso não é possı́vel formar uma ligação dupla C=N estável, de modo que acaba por se formar a ligação dupla C=C. A enamina numa segunda etapa age como nucleófilo, reagindo com o cloreto de acila pelo mecanismo de adição-eliminação nucleofı́lica tı́pico dos derivados de ácidos carboxı́licos. 54 7.2 Reações 7.2.1 Adição Conjugada Nucleofı́lica a Compostos α ,β -Insaturados Quando se adiciona um nucleófilo pouco reativo a um composto α ,β -insaturado, este é atacado no átomo de carbono mais distante da carbonila. Exemplos: O mecanismo geral desta reação, exemplificado para o caso do nucleófilo cianeto (CN−), é mostrado abaixo. Devido ao efeito de ressonância, o carbono em posição β com relação à carbonila tem carga parcial positiva; quando um nucleófilo pouco reativo ataca o composto α ,β -insaturado, ele se liga a este carbono, pois neste caso o carbânion formado é estabilizado pela carbonila. Deve-se notar tambem que no mecanismo acima em nenhuma etapa ocorre quebra da ligação dupla carbono-oxigênio da carbonila; como esta ligação é mais forte que qualquer ligação dupla carbono-carbono, este é outro fator a favorecer a ocorrência desta reação, ou seja, a quebra que ocorre é na ligação que exige menos energia para que isto aconteça (ou seja, a dupla C=C). Com nucleófilos muito reativos, o principal fator envolvido não é a estabilidade do carbânion intermediário ou a energia necessária para que qualquer etapa da reação aconteça, mas, ao contrário, a própria velocidade da reação. Como o carbono carbonı́lico tem carga parcial positiva maior que a do carbono β , um nucleófilo muito reativo atacará preferencialmente o carbono carbonı́lico, mesmo que para isto precise quebrar a ligação dupla da carbonila, que é mais estável que a dupla C=C. É assim que nucleófilos muito reativos como os compostos organolı́tio e os reagentes de Grignard se comportam, pois eles tem alta reatividade justamente por possuı́rem energia elevada, não sendo difı́cil para eles a quebra de ligação dupla carbono-oxigênio. Exemplo: Embora os reagentes organometálicos contendo metais alcalinos ou alcalinos-terrosos sejam muito reativos, exis- tem alguns compostos organometálicos de baixa reatividade; isto é devido ao fato de que nestes o carbono ligado ao metal tem uma menor carga parcial negativa. Dentre estes reagentes destacam-se os organocupratos, que sempre que colocados em presença de substâncias α ,β -insaturadas, somente reagem mediante adição nucleofı́lica conjugada, e nunca por adição direta à carbonila. 55 Exemplo: Carbânions estabilizados por grupos que atraem elétrons (tais como a carbonila, o ciano, ou o nitro) são em geral pouco reativos, e quando reagem com compostos α ,β -insaturados, tambem sofrem preferencialmente adição nucleofı́lica conjugada; neste caso em particular, denomina-se a reação de adição de Michael. Exemplos: Por fim, deve-se lembrar que alquenos comuns nunca sofrem adição de nucleófilo, e é a presença da carbonila no composto α ,β -insaturado que garante que estas reações ocorram. 7.2.2 Sı́ntese de Cetonas a Partir do Éster Acetoacético Este método de sı́ntese consiste em tratar o éster acetoacético (ou seus derivados) com alcóxido alcalino, seguindo-se de alquilação com haleto orgânico, com o que se obtem o éster com uma cadeia orgânica ligada ao carbono α . Ao se fazer a hidrólise do éster assim obtido, produz-se o β -cetoácido que, mediante aquecimento, sofre facilmente a perda do grupo carboxila para formar a cetona desejada. Exemplo: Quando se usa como reagente o éster acetoacético, são sempre obtidas as metilcetonas, mas pelo uso de derivados deste éster, podem ser obtidas cetonas mais complexas. Deve-se notar que neste tipo de reação, por envolver bases fortes, não deve ser usado haleto terciário na segunda etapa, ou ocorrerá reação de eliminação, e não a substituição desejada. No processo acima descrito, pode-se adicionar outra cadeia carbônica ao carbono α , repetindo-se a etapa de tratamento com alcóxido e reação com haleto orgânico. Como o éster contendo uma cadeia ligada ao carbono α é 56