cq125 aula 9 alcenos

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03/04/2014 1 Fundamentos de Química Orgânica II Prof. Dr. Claudiney Soares Cordeiro [email protected] 1 Reações dos Alcenos 2 Conteúdos Adição de haletos de hidrogênio Regiosseletividade de reações de adição eletrofílica Adição de água e adição de alcoóis Rearranjo de carbocátions Adição de halogênios Oximercuração-redução e alcoximeruração-redução Adição de borano: hidroboração-oxidação Adição de radicais. Estabilidade relativa de radicais Adição de hidrogênio. Estabilidade relativa de alcenos Catálise heterogênea Epoxidação de alcenos Formação de glicóis Ozonólise de alcenos Análise de alcenos Reações dos Alcenos

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Page 1: CQ125 Aula 9 Alcenos

03/04/2014

1

Fundamentos de Química Orgânica II

Prof. Dr. Claudiney Soares Cordeiro

[email protected] 1

Reações dos Alcenos

2

Conteúdos

Adição de haletos de hidrogênio

Regiosseletividade de reações de adição eletrofílica

Adição de água e adição de alcoóis

Rearranjo de carbocátions

Adição de halogênios

Oximercuração-redução e alcoximeruração-redução

Adição de borano: hidroboração-oxidação

Adição de radicais. Estabilidade relativa de radicais

Adição de hidrogênio. Estabilidade relativa de alcenos

Catálise heterogênea

Epoxidação de alcenos

Formação de glicóis

Ozonólise de alcenos

Análise de alcenos

Reações dos Alcenos

Page 2: CQ125 Aula 9 Alcenos

03/04/2014

2

Introdução

3

Existem milhões de compostos orgânicos, de modo que não é viável

memorizar como cada substância orgânica reage separadamente.

Todos os membros de uma mesma função química reagem de maneira

semelhante.

Considere a reação de adição eletrofílica em alcenos. O comportamento da

dupla ligação é o mesmo em uma molécula simples como o eteno, ou em

uma molécula complicada como o colesterol.

Como os alcenos reagem?

Introdução

4

Como os alcenos reagem?

colesterol

eteno

etileno

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03/04/2014

3

Introdução

5

A primeira etapa da reação tem uma adição relativamente lenta do próton

eletrofílico ao alceno nucleofílico para formar o carbocátion intermediário.

Na segunda etapa, o carbocátion intermediário está carregado positivamente

(um eletrófilo) e reage rapidamente com o íon brometo carregado

negativamente (um nucleófilo).

Como os alcenos reagem?

lento rápido

carbocátion

intermediário

Introdução

6

Iremos considerar uma grande quantidade de reações de alcenos.

E alguns casos serão formados carbocátions intermediários, algumas formam

outros tipos de intermediários e outras não formam intermediário algum.

Porém, em todos os casos haverá uma similaridade a ser considerada: a

disponibilidade relativa dos elétrons contidos na ligação dupla carbono-

carbono que são atraídos por um eletrófilo. A reação se inicia com a adição

de um eletrófilo a um dos carbono sp2 do alceno e conclui com a adição de

um nucleófilo ao outro carbono sp2.

Como os alcenos reagem?

a ligação dupla é composta

por uma ligação e outra

eletrófilo nucleófilo

a ligação se quebra e novas

ligações se formam

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4

Adição de haletos de hidrogênio

7

Se o reagente eletrofílico que se adiciona a um alceno for um haleto de

hidrogênio (HF, HCl, HBr ou HI), o produto de reação será um haleto de

alquila.

eteno cloreto de etila

2,3-dimetil-2-buteno 2-bromo- 2,3-dimetilbutano

ciclo-hexeno iodo-ciclo-hexano

Adição de haletos de hidrogênio

8

A adição de HCl ao 2-metilpropeno fornece cloreto de terc-butila ou cloreto de

isobutila?

2-metilpropeno cloreto de terc-butila cloreto de isobutila

ou

cátion terc-butila

cátion isobutila

cloreto de terc-butila

único produto formado

cloreto de isobutila

não se forma

Page 5: CQ125 Aula 9 Alcenos

03/04/2014

5

Adição de haletos de hidrogênio

9

cátion terc-butila

cátion isobutila

cloreto de terc-butila

único produto formado

cloreto de isobutila

não se forma

cátion terc-butila

cátion isobutila

diferença na

estabilidade dos

estados de transição

diferença na

estabilidade dos

carbocátions

Progresso de reação

En

erg

ia li

vre

Regiosseletividade das reações de adição eletrofílica

10

Quando um alceno com substituintes diferentes em seus carbonos sp2 sofre

uma reação de adição eletrofílica, o produto majoritário da reação é obtido

pela adição de um eletrófilo no carbono sp2, que resultará na formação do

carbocátion mais estável.

carbocátion

secundário

carbocátion

primário

2-cloropropano

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6

Regiosseletividade das reações de adição eletrofílica

11

2-metil-2-buteno

2-iodo-2-metilbutano

produto majoritário2-iodo-3-metilbutano

produto minoritário

1-bromo-1-metil-

ciclo-hexano

produto majoritário

1-bromo-2-metil-

ciclo-hexano

produto minoritário

1-metilciclo-hexeno

Reações em que dois ou mais isômeros constitucionais podem ser obtidos como

produtos, em que um deles predomina, são chamadas de reações regiosseletivas.

Regiosseletividade das reações de adição eletrofílica

12

Existem graus de regiosseletividade: uma reação pode ser moderadamente

regiosseletiva, altamente regiosseletiva ou completamente regiosseletiva.

A adição de HCl ao 2-metilpropeno possui maior grau de regiosseletidade

que a adição de HCl ao 2-metil-2-buteno.

2-metil-2-buteno

2-cloro-2-metilbutano

produto majoritário2-cloro-3-metilbutano

produto minoritário

único produto formado

não se forma

2-metil-propeno

cloreto de terc-butila

cloreto de isobutila

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7

Regiosseletividade das reações de adição eletrofílica

13

Observe que a adição de HBr ao 2-penteno não é regiosseletiva.

A adição de um próton tanto em um carbono sp2 quanto em outro produzem

carbocátions secundários.

Ambos têm a mesma estabilidade, assim serão formados com a mesma

facilidade. Ou seja, serão obtidas quantidade aproximadamente iguais dos

dois haletos de alquila.

2-penteno 2-bromopentano 3-bromopentano

Regiosseletividade das reações de adição eletrofílica

14

“Quando um haleto de hidrogênio se adiciona a um

alceno assimétrico, a adição ocorre de modo que o

halogênio se ligue ao átomo de carbono da

dupla ligação do alceno que contenha o menor

número de hidrogênios”.

Como o H+ é a primeira espécie a se adicionar a

um alceno, muitos químicos reescreveram a regra

de Markovnikov do seguinte modo:

“O hidrogênio se adiciona ao carbono sp2 que está

ligado ao maior número de hidrogênios”.

Regra de Markovnikov

Vladimir

Vasilevich

Markovnikov

(1837–1904)

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8

Adição de água

15

Quando água é adicionada a um alceno, nenhuma reação ocorre porque não

há eletrófilo presente para dar início à reação de adição do nucleófilo ao

alceno.

não há reação

Se um ácido é adicionado a solução, há a hidratação do alceno.

Adição de água

16

As duas primeiras etapas do mecanismo para a adição de água catalisada

por ácido a um alceno são essencialmente as mesmas etapas do mecanismo

para a adição de haleto de hidrogênio a um alceno.

adição do

eletrófilo

adição do

nucleófilo

álcool

protonado

H2O remove um próton,

regenerando o

catalisador ácido

lenta rápida

rápida

álcool

Page 9: CQ125 Aula 9 Alcenos

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9

Adição de água

17

Uma substância que aumenta a velocidade da reação e não é consumida por

ela é um catalisador.

O catalisador não afeta a constante de equilíbrio da reação.

Progresso de reação

En

erg

ia li

vre

Adição de alcoóis

18

Os alcoóis reagem com alcenos da mesma maneira que a água. O produto

da reação é um éter.

2-metóxipropano

lenta rápida

rápida

éter

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10

Rearranjo de carbocátions

19

Algumas reações de adição eletrofílica fornecem produtos, em princípio,

“inesperados”.

2-bromo-3-metilbutano

produto minoritário

2-bromo-2-metilbutano

produto majoritário

3-metil-1-buteno

2-cloro-2,2-dimetilbutano

produto minoritário

2-cloro-2,3-dimetilbutano

produto majoritário3,3-dimetil-1-buteno

Rearranjo de carbocátions

20

F.C. Whitmore foi o primeiro a sugerir que o produto “inesperado” era

resultado de um rearranjo de carbocátions.

Não são todos os carbocátions que sofrem rearranjo. Os carbocátions só

rearranjam quando se tornam mais estáveis como resultado do rearranjo.

3-metil-1-butenocarbocátion

secundário

carbocátion terciário

produto minoritário produto majoritário

adição ao

carbocátion não

rearranjado

adição ao

carbocátion

rearranjado

deslocamento 1,2 de hidreto

Rearranjo 1,2 de hidreto

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11

Rearranjo de carbocátions

21

2,2-dimetil-1-buteno carbocátion

secundário

carbocátion terciário

produto minoritário produto majoritário

adição ao

carbocátion não

rearranjado

adição ao

carbocátion

rearranjado

deslocamento 1,2 de metila

Rearranjo 1,2 de metila

Rearranjo de carbocátions

22

Se um rearranjo de carbocátion não levar a um carbocátion mais estável, o

rearranjo de carbocátion não ocorrerá.

o carbocátion não

rearranja

4-metil-1-penteno

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12

Rearranjo de carbocátions

23

Os rearranjos de carbocátions também podem ocorrer por expansão de

ciclos, outro tipo de deslocamento 1,2.

Rearranjos por expansão de ciclos

A expansão de ciclos leva a um carbocátion mais estável – o terciário que é mais

estável que o secundário, e um ciclo de cinco membros tem tensão angular menor

que um ciclo de quatro membros.

íon bromônio 1,2-dibromoetanol

dibrometo vicinal

Adição de halogênios

24

Os halogênios Br2 e Cl2 se adicionam a alcenos.

íon bromônio cíclico

do eteno

íon bromônio cíclico

do cis-2-buteno

Quando os elétrons do alceno se aproximarem de uma molécula de Cl2 ou Br2, um dos átomos de

halogênio aceitará o par de elétrons e liberará os elétrons compartilhados para o outro átomo de

halogênio. Desse modo, em uma reação de adição eletrofílica, Br2 se comporta como se fosse Br+ e

Br-, e Cl2 se comporta como se fosse Cl+ e Cl-.

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13

Adição de halogênios

25

Os halogênios Br2 e Cl2 se adicionam a alcenos.

íon bromônio cíclico

do eteno

íon bromônio cíclico

do cis-2-buteno

O íon bromônio cíclico é mais estável do que o carbocátion poderia ser, desde que todos os átomos

(exceto o hidrogênio) no íon bromônio tenham octetos completos, ao passo que o átomo de carbono

carreado positivamente do carbocátion não tem um octeto completo.

mais estável

menos estável

Adição de halogênios

26

Os halogênios Br2 e Cl2 se adicionam a alcenos.

íon bromônio cíclico

do eteno

íon bromônio cíclico

do cis-2-buteno

Como não é formado carbocátion quando Br2 ou Cl2 se adiciona a um alceno, não ocorrem

rearranjos de carbocátion nessas reações.

2-metilpropeno

2-dicloro-2-metilpropano

dicloreto vicinal

o esqueleto de

carbono não rearranja

3-metil-1-buteno

1,2-dibromo-3-metilbutano

dibrometo vicinal

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14

Adição de halogênios

27

Os halogênios F2 e I2 não podem ser usados como

reagentes de adição eletrofílica.

O F2 reagem explosivamente com alcenos, assim a

adição de F2 não é uma reação de uso sintético.

A adição de I2 a um alceno é uma reação

termodinamicamente desfavorável: os diiodetos vicinais

são instáveis à temperatura ambiente, se decompondo ao

alceno e a I2.

íon bromônio cíclico

do eteno

íon bromônio cíclico

do cis-2-buteno

Adição de halogênios

28

Se H2O em vez de CH2Cl2 for usado como solvente, o

produto majoritário da reação será uma haloidrina vicinal.

íon bromônio cíclico

do eteno

íon bromônio cíclico

do cis-2-buteno

bromoidrina

produto majoritário

cloroidrina

produto majoritário

produto minoritário

produto minoritário

propeno

2-metil-2-buteno

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15

Adição de halogênios

29

Mecanismo para formação de haloidrina

A reação é regiosseletiva.

lenta

rápidarápida

estado de transição

menos estável

estado de transição mais

estável

Adição de halogênios

30

Quando nucleófilos diferentes da água são adicionado ao meio de reação,

eles também alteram o produto de reação.

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16

Oximercuração-redução e alcoximercuração-redução

31

A água pode ser adicionada a um alceno pelo processo conhecido como

oximercuração-redução.

A adição de água por oximercuração-redução tem duas vantagens sobre a

adição catalisada por ácidos: ela não requer condições ácidas que sejam

danosas a muitas moléculas orgânicas, e como os carbocátions

intermediários não são formados, não ocorrem rearranjos de carbocátion.

O segundo reagente não é adicionado enquanto o primeiro reagente não for consumido.

Oximercuração-redução e alcoximercuração-redução

32

Mecanismo para oximercuração

estado de transição

menos estável

estado de transição mais

estável

Na primeira etapa, o mercúrio eletrofílico do

acetato de mercúrio se adiciona à ligação

dupla (dois elétrons 5d do mercúrio são

mostrados). Como não há rearranjo de

carbocátion, crê-se que há formação de um

íon cíclico.

Na segunda etapa a água ataca o carbono

mais substituído do íon mercuriônio.

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17

Oximercuração-redução e alcoximercuração-redução

33

O boroidreto de sódio (NaBH4) converte a ligação C-Hg na ligação C-H.

Uma reação que aumenta o número de ligações C-H, ou diminui o número de ligações C-O,

C-N ou C-X em uma substância (onde X representa um halogênio), é chamada reação de

redução.

O mecanismo de uma reação de redução não é muito compreendido, embora seja conhecido

que um intermediário é um radical.

Oximercuração-redução e alcoximercuração-redução

34

Assim como a adição de água trabalha melhor na presença de acetato de

mercúrio do que na presença de um ácido forte, a adição de um álcool

ocorre melhor na presença de acetato de mercúrio (ocorre ainda melhor em

trifluoro-acetato de mercúrio, Hg(O2CCF3)2).

Essa reação é chamada de alcoximercuração-redução.

1-metóxi-1-metilciclo-hexano

um éter

1-metilciclo-hexeno

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18

Adição de borano: hidroboração-oxidação

35

O borano (BH3), uma molécula neutra, é um eletrófilo porque o boro

apresenta apenas seis elétrons compartilhados em sua camada de valência.

Os alcenos se submetem a reações de adição eletrofílica com boranos que

servem como eletrófilo.

Quando a reação termina, uma solução aquosa de NaOH e H2O2 é

adicionada ao meio de reação, resultando em uma álcool.

um álcool

Adição de borano: hidroboração-oxidação

36

A hidroboração-oxidação é uma adição anti-Markovnikov.

propeno

propeno

1-propanol

2-propanol

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19

Adição de borano: hidroboração-oxidação

37

O diborano (a fonte de BH3) é um gás inflamável, tóxico e explosivo.

A hidroboração é feita utilizando-se uma solução de diborano em éter (THF).

tetraidrofurano

THF

Adição de borano: hidroboração-oxidação

38

A hidroboração é uma reação concertada, ou seja, se passa apenas em uma

etapa.

alquilborano

A hidroboração é uma reação pericíclica.

Uma reação pericíclica é uma reação que ocorre como resultado de uma

rearranjo cíclico de elétrons.

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20

Adição de borano: hidroboração-oxidação

39

alquilborano

adição de BH3 adição de HBr

estado de transição

menos estável

estado de transição

mais estável

estado de transição

menos estável

estado de transição

mais estável

A ligação C-B é formada em maior grau que a ligação C-H. Consequentemente, o carbono sp2 que

não está ligado ao boro tem carga parcial positiva.

Adição de borano: hidroboração-oxidação

40

O alquilborano formado na primeira etapa de reação reage com outra

molécula de alceno para formar um dialquilborano, o qual reage ainda com

outra molécula de alceno para formar um trialquilborano.

alquilborano

dialquilborano

dialquilborano trialquilborano

Em cada uma das reações acima, o boro se adiciona ao carbono sp2 ligado ao maior número de

hidrogênios e o íon hidreto nucleofílico se adiciona ao outro carbono sp2.

Page 21: CQ125 Aula 9 Alcenos

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21

Adição de borano: hidroboração-oxidação

41

Quando a hidroboração termina, soluções aquosas de NaOH e H2O2 são

adicionadas ao meio de reação.

O final da reação resulta na troca do boro pelo grupamento OH.

Com a troca do boro pelo grupamento OH tem-se uma reação de

oxidação, a reação total é chamada de hidroboração-oxidação.

Adição de borano: hidroboração-oxidação

42

O íon hidroperóxido (uma base de Lewis) reage com R3B (um ácido de

Lewis).

Um deslocamento 1,2 de alquila desloca um íon hidróxido e estas etapas

são repetidas duas vezes.repetir as duas

etapas anteriores

duas vezes

repetir as três

etapas anteriores

duas vezes

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22

Adição de borano: hidroboração-oxidação

43

1 mol de BH3 reage com 3 mols de alceno para formar 3 mols de álcool.

O OH termina no carbono sp2 que estava ligado ao maior número de

hidrogênio porque ele entra no lugar do boro, o qual era o eletrófilo original

na reação.

Como os carbocátions intermediários não são formados na reação de

hidroboração, não ocorrem rearranjos de carbocátions.

Em resumo:

3-metil-1-buteno

3,3-dimetil-1-buteno

3-metil-1-butanol

3,3-dimetil-1-butanol

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

44

A adição de HBr ao 1-buteno forma o 2-bromobutano.

CH3

CH2

CH

CH2

Br-

HBr

CH3

CH2

CH+

CH3Br

-

CH3

CH2

CH

CH3

Br

2-bromobutano

A síntese do 1-bromobutano, por adição de HBr ao 1-buteno requer um

mecanismo anti-Markovnikov e pode ser realização mediante adição de

peróxido ao meio de reação.

CH3

CH2

CH

CH2

+ HBr CH3

CH2

CH2

CH2

Br

1-bromobutano

ROOR

Page 23: CQ125 Aula 9 Alcenos

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23

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

45

O peróxido reverte a ordem porque altera o mecanismo da reação, uma vez

que leva a formação do radical bromo, que é agora o eletrófilo na reação.

Clivagem heterolítica da ligação

Clivagem homolítica da ligação

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

46

Adição de HBr a alcenos via mecanismo radicalar

peróxido de alquila radicais alcoxila

luzou

radical bromo

radical alquila

Seta com uma

farpa significa o

movimento de um

único elétron.

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24

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

47

Radicais não se rearranjam tão facilmente quanto carbocátions.

As estabilidade relativas dos radicais segue a mesma ordem dos

carbocátions, porém, as diferenças de energia entre os radicais são bem

menores do que entre os carbocátions.

mais

estável

menos

estável

radical metilaradical terciário radical secundário radical primário

o esqueleto carbônico

não se rearranjaperóxido

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

48

O mecanismo de adição radicalar pode ser divido em etapas:

etapas de iniciação

etapas de

propagação

Page 25: CQ125 Aula 9 Alcenos

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25

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

49

O mecanismo de adição radicalar pode ser divido em etapas:

etapas de terminação

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

50

Um peróxido não tem efeito na adição de HCl ou HI a um alceno.

Na presença de um peróxido, a adição ocorre como na ausência de

peróxido.

peróxido

peróxido

Page 26: CQ125 Aula 9 Alcenos

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26

Adição de radicais – Estabilidade relativa de radicais

51

A ausência no efeito de peróxido quando do uso de HCl e HI no lugar de HBr

nas reações de adição eletrofílica em alcenos pode ser entendida com os

dados abaixo.

Apenas com o uso de HBr as duas etapas são exotérmicas.

exotérmica

exotérmica

exotérmica

Hidrogenação catalítica de Alcenos

52

O H2 é adicionado a alcenos na presença de um catalisador metálico, como

platina, paládio ou níquel.

O metal é usado em estado finamente divido e adsorvido em carvão.

O catalisador de platina é frequentemente usado na forma de PtO2, o qual é

conhecido como catalisador de Adams.

Roger Adams

(1889–1971)

2-buteno butano

2-metilpropeno 2-metilpropano

ciclo-hexeno ciclo-hexano

Page 27: CQ125 Aula 9 Alcenos

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27

Hidrogenação catalítica de Alcenos

53

A hidrogenação dos alcenos é uma reação exotérmica. No entanto, os

valores de calores de hidrogenação são positivos, porque a expressão “calor

de hidrogenação” foi definida desta forma: é o valor absoluto da entalpia

correspondente à hidrogenação de 1 mol de alceno.

Quando dois (ou mais)

alcenos diferentes

fornecem o mesmo

alcano ao serem

hidrogenados, a

diferença entre os calores

de hidrogenação é igual à

diferença de energia

potencial entre os

alcenos.

Hidrogenação catalítica de Alcenos

54

Em manuais (“handbooks”) é mais fácil encontrar os valores de calores de

formação.

A comparação dos calores de formação de alcenos isômeros pode ser utilizada para

conseguir os mesmos resultados obtidos com os calores de hidrogenação.

Page 28: CQ125 Aula 9 Alcenos

03/04/2014

28

Catálise Heterogênea

55

Na hidrogenação de alcenos são utilizados catalisadores heterogêneos.

Adição

sinestéria (sin)

Catálise Heterogênea

56

Catálise Heterogênea Geral: Classificação

Classe Funções Exemplos

Metais Hidrogenação, desidrogenação,

hidrogenólise (oxidação)

Fe, Ni, Pd, Pt, Ag, Cu

Óxidos semicondutores e

sulfuretos

Oxidação, desidrogenação,

desulfuração

NiO, ZnO, MnO2, Cr2O3,

Bi2O3-MoO3, WS2

Óxidos estequiométricos Desidratação Al2O3, SiO2, MgO

Ácidos Polimerização, isomerização,

cracking, alquilação

Zeólitos

FIQUEIREDO, J. L.; RIBEIRO, F. R. Catálise Heterogênea. Fundação Calouste Gunbenkian, Lisboa, 1989.

Page 29: CQ125 Aula 9 Alcenos

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29

Catálise Heterogênea

57

Estágios do Ciclo Catalítico

Difusão do substrato sobre a superfície;

Adsorção física através de interações fracas do tipo van der

Waals;

Adsorção química (quimiosorção) mediante a formação de

ligações química entre o substrato e a superfície catalítica;

Migração do substrato para o sítio catalítico ativo;

Reação;

Desorção dos produtos da superfície catalítica;

Difusão dos produtos sobre a superfície do catalisador.

Catálise heterogênea

Superfície

A B C C

Estágio 1: DifusãoEstágio 2: Adsorção físicaEstágio 3: QuimiosorçãoEstágio 4: Difusão sobre a superfícieEstágio 5: Reação

A C B C

Estágio 6: DesorçãoEstágio 7: Difusão

M

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30

Catálise heterogênea

Superfície

M

Os sítios ativos

são porosos

Catálise heterogênea

Legenda: o carbono é representado na

cor verde, o oxigênio em vermelho e o

catalisador na cor cinza.

Fonte: http://www.physics.usyd.edu.au/cmt/co2.html

Animação mostrando uma molécula de CO, adsorvida em uma

superfície de rutênio, interagindo com oxigênio vizinho e

desorvendo uma molécula de CO2

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Estabilidade Relativa de Alcenos

61

Os alcenos mais substituídos são mais estáveis (no sentido de que têm

menor conteúdo de energia potencial).

Há alguns argumentos para explicar a estabilidade relativa dos alcenos,

vamos considerar dois baseados em:

1. Congestionamento estérico e;

2. Hiperconjugação.

Estabilidade Relativa de Alcenos

62

1. Congestionamento Estérico

O composto II tem

ângulos maiores do que

o composto I e,

portanto, deve ser mais

estável por apresentar

menor repulsão entre

grupos volumosos.

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Estabilidade Relativa de Alcenos

63

1. Congestionamento Estérico

Há tensão estérica (repulsão de

van der Waals)

Não há tensão estérica (repulsão

de van der Waals)

cis-2-buteno trans-2-buteno

Estabilidade Relativa de Alcenos

64

2. Hiperconjugação

A hiperconjugação é um fenômeno que resulta da interação de um orbital

σ com um orbital p vazio ou parcialmente preenchido.

Em um alceno não há orbitais p vazios nem parcialmente preenchidos,

porém, podemos contornar essa objeção para justificar uma possível

hiperconjugação em alcenos considerando a separação de cargas.

Olefinas mais substituídas apresentam maiores possibilidades de hiperconjugação

(porque têm mais ligações C – H ou C – C em posição apropriada), portanto são mais

estáveis.

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Epoxidação de Alcenos

65

A epoxidação é a formação de um epóxido por oxidação de um alceno. O

meio mais simples de conseguir essa transformação é por tratamento da

olefina com um peroxiácido, geralmente em solução em diclorometano ou

clorofórmio.

Estes peroxiácidos são espécies eletrofílicas. A velocidade de reação é maior

para alcenos mais substituídos. Alcenos terminais reagem lentamente.

A epoxidação de alcenos por peroxiácidos é uma reação estereoespecífica,

ocorrendo adição cis à dupla ligação.

Formação de Glicóis

66

O reagente mais eficaz para fazer a hidroxilação de alcenos formando glicóis

é o tetraóxido de ósmio, OsO4, apresentando elevados rendimentos e

produtos puros. Os dois oxigênios ligam-se simultaneamente aos carbonos,

dando origem a glicóis cis (reação estereoespecífica).

O éster cíclico A que se forma nesta reação é um intermediário e pode ser isolado,

mas ele é usualmente decomposto em solução por sulfito de sódio ou outros

reagentes.

O OsO4 é extremamente caro e tóxico. É possível realizar a reação com pequenas

quantidades de OsO4, que age como catalisador, adicionando oxidantes apropriados

para reoxidar o ósmio, como H2O2, por exemplo.

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34

Formação de Glicóis

67

O meio mais simples e barato de resolver esse problema é usar

permanganato de potássio em meio alcalino.

Como o permanganato é um oxidante muito forte, a reação deve ser realizada a frio e

diluído em água. A base é importante na hidrólise do intermediário, sem o uso de

base, a reação poderia seguir outros caminhos resultando em produtos mais

oxidados, como compostos carbonílicos.

Formação de Glicóis

68

Pode-se oxidar os alcenos utilizando-se ácido peroxifórmico. Forma-se

inicialmente um epóxido. Como o ácido fórmico, presente no meio de reação,

é um ácido relativamente forte, há abertura do anel epóxido para formar um

monoformiato 1,2 e depois, por hidrólise, o diol.

Observe que o diol assim formado tem estereoquímica trans.

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35

Ozonólise de Alcenos

69

A ozonização consiste na reação de um alceno com ozônio, O3. Forma-se

inicialmente um produto de adição chamado de molozonídeo, que

rapidamente sofre um rearranjo transformando-se no ozonídeo.

Os ozonídeos são geralmente reduzidos (ou oxidados) logo em seguida à sua

formação. Como esse processo provoca a quebra da molécula em dois fragmentos, o

processo como um todo é chamado de ozonólise.

A redução de um ozonídeo dá origem a dois compostos carbonílicos (aldeído ou

cetona).

Os ozonídeos são

relativamente

estáveis: podem ser

isolados e analisados

de diversas maneiras;

são, porém,

compostos perigosos.

Ozonólise de Alcenos

70

A ozonização consiste na reação de um alceno com ozônio, O3. Forma-se

inicialmente um produto de adição chamado de molozonídeo, que

rapidamente sofre um rearranjo transformando-se no ozonídeo.

Os ozonídeos são geralmente reduzidos (ou oxidados) logo em seguida à sua

formação. Como esse processo provoca a quebra da molécula em dois fragmentos, o

processo como um todo é chamado de ozonólise.

A redução de um ozonídeo dá origem a dois compostos carbonílicos (aldeído ou

cetona).

Os ozonídeos são

relativamente

estáveis: podem ser

isolados e analisados

de diversas maneiras;

são, porém,

compostos perigosos.

Esta reação ainda é usada hoje, especialmente, para fins preparativos. No

passado, porém, ela teve enorme importância analítica, para determinação da

posição da dupla ligação em alcenos.

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36

Análise de Alcenos

71

Não podemos distinguir um alceno de um alcino utilizando os testes acima.

Como esses testes podem dar resultado positivo para outros compostos, é

preciso efetuar todos os três testes para ter uma certeza razoável de que o

composto é um alceno.

1. Descoramento da solução de Br2 em CCl4

2. Descoramento da solução de KMnO4 a frio

3. Solubilidade em H2SO4

Análise de Alcenos

72

1. A solução de bromo em CCl4 é vermelha (a cor do bromo) e reage

rapidamente com alcenos, tornando-se incolor.

Um composto carbonílico (aldeído ou cetona) também descora a solução de bromo, mas

através de uma reação de substituição que forma também HBr; o HBr é um gás

praticamente insolúvel em CCl4, e sairá da solução. Você poderá talvez observar a

formação de bolhas, mas um teste bem eficiente para HBr é exalar o ar de seus pulmões

no interior do tubo de ensaio: o ar úmido provocará, com HBr, a formação de uma névoa

branca bem visível. Se o composto testado for um alceno, obviamente, não haverá

névoa.

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37

Análise de Alcenos

73

1. A solução de bromo em CCl4 é vermelha (a cor do bromo) e reage

rapidamente com alcenos, tornando-se incolor.

O

H+

O+ H

H - H+

OH

OH

Br Br

O+ H

Br

O

Br- H

+- Br

-

Análise de Alcenos

74

2. Outra reação muito rápida é o descoramento da solução de KMnO4 a frio.

Está reação também é positiva para aldeídos, que são oxidados a ácidos carboxílicos. A

oxidação de alcenos com permanganato a frio já foi apresentada em slides anteriores.

2. Solubilidade em ácido sulfúrico.

A solubilidade em ácido sulfúrico concentrado é também um teste valioso; mas outros

compostos orgânicos que contêm oxigênio (álcoois, aldeídos, etc.) são também solúveis

em H2SO4 concentrado.

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Palavras-Chave e Conceitos

Reações de adição

Regiosseletividade

Regra de Markovnikov

Rearranjo de carbocátions

Hidratação

Halogenação

Oximercuração-redução

Alcoximercuração-redução

Hidroboração-oxidação

Adição de radicais

Hidrogenação

Catálise heterogênea

Estabilidade relativa de alcenos

Formação de glicóis

Ozonólise de alcenos

Análise de alcenos