ORGÂNICA II
Prof. Marcus Liz
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Reações de adição eletrofílica e nucleofílica. Reações de eliminação.
Carbânions e suas reações. Radicais e suas reações. .
EMENTA
BIBLIOGRAFIA
Básica:MCMURRY, J. ─ Química Orgânica. Vol. 1 e 2. Editora Thomson Pioneira, São Paulo,
2004MORRISON, R.T.; BOYD, R.N. Química orgânica. Lisboa: Fundação CalousteGulbenkian, 1996SOLOMONS, T. W. G. e FRYHLE, C. B. ─ Química Orgânica. Vol. 1 e 2. Editora Livros Técnicos e Científicos; Rio de Janeiro; 2005
Alcenos e Alcinos I: Propriedades e síntese
Reações de eliminação de Haletos de Alquila
INTRODUÇÃO
Alcenos (olefinas) são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm C = C
Alcinos (acetilenos) são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm C ≡ C
Propriedades físicas de alcenos e alcinos
� Até 4 carbonos (exceto 2-butino) são gases á temperatura ambiente
� São apenas muito ligeiramente solúveis em água (alcinos + q alcenos)
� Relativamente polares e dissolvem em solventes apolares ou de baixa polaridade
� As densidades de alcenos e alcinos são menores que a da água.
Nomenclatura de alcenos
Exemplo
CH3 CH2 CH
CH3
CH2 CH CH2 CH3
1-buteno(não 1-2 buteno)
2-hexeno(não 4 hexeno)
3-metil-1-buteno(não-2-metil-3-buteno
6-bromo-3-propil-1-hexeno(maior cadeia que contêm a dupla e o carbono do Br
5-metil-4-hexen-1-ol
cis-trans
1-butenoNenhum estereoisômero possível
2-metilpropenoNenhum estereoisômero possível
Cis-2-buteno trans-2-buteno
Sistema (E)-(Z) para designação dos diastereômeros de alcenos
Para alcenos trissubstituídos ou tetrassubstituídos não utiliza-se as designações cis e trans.
C C
F
Cl
H
Br
Sistema Cahn-Ingold-Prelog ou sistema (E)-(Z)
Higher priorityCl > F
Br > HHigher priority C
CFCl
HBrC
CClF
HBr
Higher priority
Higher priority
(Z)-2-Bromo-1-cloro-1-fluoreteno (E)-2-Bromo-1-cloro-1-fluoreteno
maior maior
menor menor
maior
menor
menor
maior
Configuração Z
Z = zusammen (junto)
Configuração E
E = entgegen (oposto)
CH3 > HC C
H
CH3
H
H3C
C C
CH3
H
H
H3C
(Z)-2-Buteno
(cis-2-buteno)
(E)-2-Buteno(trans-2-buteno)
Cl > H
Br > ClC C
Br
Cl
H
Cl
C C
Cl
Br
H
Cl
(E)-1-bromo-1,2-dicloroeteno (Z)-1-bromo-1,2-dicloroeteno
Estabilidade relativa dos alcenos calor de hidrogenação
H H C C
HH
+ PtC C H° ≈ � 120 kJ mol�1
H2 CH3CH2CH2CH3+ PtH
o = 127 kJ mol-1CH3CH2CH CH2
1-buteno (C4H8) Butano
H2 CH3CH2CH2CH3+ Pt Ho = 120 kJ mol-1
Butane
C C
H
CH3
H
H3C
cis-2-Butene (C H )Cis-2-buteno(C4H8)Butano
H2 CH3CH2CH2CH3+ Pt Ho = 115 kJ mol-1C C
CH3
H
H
H3C
trans-2-buteno(C4H8)Butano
Estabilidades relativas globais de alcenos
R
R
R
R
R
H
R
R
H
H
R
R
H
R
R
H
R
H
R
H
H
H
R
H
H
H
H
H
Tetrasubstituted Trisubstituted Monosubstituted Unsubstituted
> > > > >>
Disubstituted
Exercício
2) Indique o alceno mais estável em cada par
a) 2-metil-2-penteno ou 2,3-dimetil-2-buteno
b) cis-3-hexeno ou trans-3-hexeno
c) 1-hexeno ou cis-3-hexeno
d) trans-2-hexeno ou 2-metil-2-penteno
Cicloalcenos
CH2C
C
H
H
H2C
H2C C
CH
H
H2C
H2C
CH2
H
H
H2C
H2C
H2CCH2
H
H
ciclopropeno ciclobuteno ciclopenteno cicloexeno
CH2
CH2CH2H2C
HC
HCH2C CH2 CH2
H2C
H2C
C
H2CCH2
CH2
C
H
H H2C
H2C
CH2
C
CH2CH2
H2C
C
H
H
Cis-cicloocteno trans-cicloocteno
SÍNTESE DE ALCENOS VIA REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO
C C
H
HH
HH
X HXC C
H
H
H
H
base
C C
H
HH
HH
OH
H+, heat
HOHC C
H
H
H
H
C C
Br
HH
HH
Br ZnBr2
C C
H
H
H
H
Zn, CH3CH2OH
� Desidroalogenação de haletos de alquila
� Desidratação de álcoois
� Desbromação de vic-dibrometos
DESIDROALOGENAÇÃO DE HALETOS DE ALQUILA
1) Síntese de alcenos por desidroalogenação é quase sempre melhor alcançada por uma reação E2
2) Para favorecer um mecanismo E2, um haleto de alquila secundário ou terciário éusado se possível
C C
X
HB
E2+ B H + X
C C
3) Uma alta concentração de uma base forte, relativamente não-polarizada, assim como íon alcóxido, é usada para evitar uma reação E1
4) Um solvente relativamente polar, como um álcool é usado
5) Para favorecer a eleminação, geralmente, uma temperatura relativamente alta éusada
6) Regentes típicos são etóxido de sódio em etanol e terc-butóxido de potássio em álcool terc-butílico
7) Hidróxido de potássio em etanol é usado algumas vezes
REGRA DE ZAITSEV � REAÇÕES E2
na orgânica I apenas um produto de eliminação era possível
CH3CHCH3 CH2
Br
CHCH3
C2H5Oa
C2H5OH
55oC 79%
CH3CCH3
Br
CH2 CC2H5O
a
C2H5OH
55oC 100%
CH3
CH3
CH3
CH3(CH2)15CH2CH2Br CH3(CH2)15CH CH2(CH3)3COK
(CH3)3COH
40oC85%
Possibilidades de mais de um produto
B
(a)
(b)
CH3CH
H
C
CH2H
CH3
Br
(a)
(b)
(a)
(b)
CH3CH C
CH3
CH3
H B Br
CH3CH2C
CH2
CH3
H B Br
+
+
+
+
2-Methyl-2-butene
2-Methyl-1-butene
2-Bromo-2-methylbutane
Obs.: Quando uma base pequena é usada, assim como íon etóxido ou íon hidróxido, o produto principal da reação será o alceno mais estável
CH3CH2O CH3CH2C CH3
CH3
Br
70oC
CH3CH2OHCH3CH C
CH3
CH3
CH3CH2C
CH2
CH3
+ +
2-metil-2-buteno(69%)
mais estável
2-metil-1-buteno(31%)
menos estável
Exercício
3) Liste os alcenos que podem ser formados quando cada um dos seguintes haletos de alquila é submetido a desidroalogenação com etóxido de potássio em etanol e use a regra de Zaetsev para prever o produto principal de cada reação:
a) 2-bromo-3-metilbutano
b) 2-bromo-2,3-metilbutano
Uma exceção à Regra de Zaitsev (regra de Hofmann)
Realizar desidroalogenação com uma base volumosa como terc-butóxido de potássio em álcool terc-butílico favorece a formação de um alceno menos substituído
CH3C
CH3
O
CH3
CCH3CH2
CH3
Br
CH3
CH3CH CCH3
CH3
CH3CH2CCH2
CH3
+75oC
(CH3)3COH
2-Methyl-2-butene 2-Methyl-1-butene2-metil-2-buteno(27,5%)
mais estável
2-metil-1-buteno(72,5%)
menos estável
A estereoquímica das reações E2:
A orientação dos grupos no estado de transição
1. Evidências experimentais mostram que os átomos devem estar no mesmo
plano para que ocorra sobreposição apropriada dos orbitais no desenvolvimento da
ligação do alceno que está sendo formado. Existem duas formas para que isso aconteça:
B
Anti periplanar transition state Syn periplanar transition state
C C
H
L
H
C C
LB
Estado de transição antiperiplano(preferido)
Estado de transição sinperiplano(apenas com certas moléculas rígidas)
O hidrogênio e o grupo de saída de um anel de cicloexano podem assumir uma conformação antiperiplano apenas quando são ambos axiais.
HH
H H
B
H H
HCl
H
Cl
H
H
Aqui o hidrogênio e o cloro são
Ambos axiais. Isto permite um estado de transição antiperiplano.
A fórmula de projeção de Newman mostra
que o hidrogênio e o cloro são
antiperiplanos quando são ambos axiais
Mecanismo
1
23
4
EtO
EtO
(a)
(b)
(a)
(b)
H3C CH(CH3)21
23
4
H3C CH(CH3)21
23
4
1-Menthene (78%)(more stable alkene)
2-Menthene (22%)(less stable alkene)
Neomenthyl chloride
H
Cl
H
H
Both green hydrogens are anti to the
chlorine in this the more stable
conformatio. Elimination by path (a) leads
to 1-menthene; by path (b) to 2-menthene.
H
CH(CH3)2H3C
Cloreto de neomentilaAmbos hidrogênios marcados em verde são
anti em relação ao cloro, nesta
conformação mais estável. A eliminação
pela via (a) leva a 1-menteno; pela via (b) a 2-menteno.
1-menteno (78%)(alceno mais estável)
2-menteno (22%)(alceno menos estável)
DESIDRATAÇÃO DE ÁLCOOIS
HAheat
+C C H2OC C
H OH
O aquecimento da maioria dos álcoois com um ácido forte provoca a perda de uma molécula de água e a formação de um alceno
A reação de eliminação é favorecida a altas temperaturas
Os ácidos mais comumente utilizados em laboratórios são ácidos de Bronsteddoadores de prótons como o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico
Ácidos de Lewis como alumina (Al2O3) são frequentemente usados em desidratações
em fase gasosa, industriais
As condições experimentais � temperatura e concentração de ácido � que são
necessárias pra realizar a desidratação estão intimamente relacionadas com a estrutura
do álcool individual.
Álcoois primários são os mais difíceis para desidratar.
concd
o
+C C
H
H
H
H
H2OH2SO4180oC
C C
H
H
H
O
HH
H
Álcoois secundários geralmente desidratam sob condições mais brandas
OH85% H3PO4
165-170oC
Cyclohexanol Cyclohexene (80%)
+ H2O
Álcoois terciários são geralmente tão facilmente desidratados que condições
extremamente brandas podem ser usadas.
20% aq. H2SO4
85oC
tert-Butyl alcohol 2-Methylpropene (84%)
H3CC
CH2
CH3
+ H2OC
CH3
H3C OH
CH3
Ordem de facilidade relativa de desidratação de álcoois
3o Alcohol 2
o Alcohol 1
o Alcohol
> >C
R
R OH
R
C
R
R OH
H
C
H
R OH
H
Alguns álcoois primários e secundários também sofrem rearranjo dos esqueletos
carbônicos durante a desidratação
H3C
OH
CC CH3
CH3
H3CH3C
CH3
CC CH3
CH3
H2C
CH3
CC CH3
CH3
85% H3PO4
80 oC
3,3-Dimethyl-2-butanol 2,3-Dimethyl-2-butene
(80%)2,3-Dimethyl-1-butene
(20%)
+
esqueleto carbônico do reagente esqueleto carbônico do produto
while that of the products isC C
C
C
CC C C
C C
CC
Mecanismo para desidratação de álcoois secundário e terciário: Uma reação E1
C O
CH3
CH3
HH3C C O
CH3
CH3
HH3C
H
+OH+
H
OH
H
+
H
+
Protonated alcohol
Etapa 1
Etapa 2
C O
CH3
CH3
HH3C
H
+
H3C CH3
C
CH3
O H
H
++
A carbocation
H3C CH3
C
H2C
O H
H
++
H
H3C CH3
C
CH2
2-Methylpropene
OH+ H
H
+
Etapa 3
Desidratação de álcoois secundário e terciário catalisada por ácidos: Uma reação E1
+
Protonated alcohol
fast
2o or 3
o Alcohol Conjugate baseStrong acid
C O
R
R'
HC
H
+
H
C O
R
R'
HC
H
AH + A
(R' may be H) (typically sulfuric or
phosphoric acid)
Etapa 1
slowC O
R
R'
HC
H
+
H (rate determining)
O H
H
+CC
H R'
R
+
Etapa 2
The carbocation loses a proton to a base. In this step, the base may be another
Alkene
CC
H R'
R
++fast
CC
R'
R
+ AHA
Etapa 3
Exercício
4) Desidratação de 2-propanol ocorre em H2SO4 75% a 100ºC.
a) Usando setas curvas, escreva todas as etapas em um mecanismo para a desidratação.
b) Explique o papel essencial desempenhado nas desidratações de álcool pelo catalisador ácido.
Um mecanismo para desidratação de álcoois primários: Uma reação E2
+fast
Conjugate base
C O
H
H
HC
H
+
H
C O
H
H
HC
H
AH + A
slow
rate determining
C O
H
H
HC
H
+
H
+A
Alkene
CC
R'
R
+ AH O H
H
+
Etapa 1
Etapa 2
Estabilidade de carbocátions e a ocorrência de rearranjos moleculares
Rearranjos durante a desidratação de álcoois secundários
H3C
OH
CC CH3
CH3
H3CH3C
CH3
CC CH3
CH3
H2C
CH3
CC CH3
CH3
85% H3PO4
80 oC
3,3-Dimethyl-2-butanol 2,3-Dimethyl-2-butene
(major product)2,3-Dimethyl-1-butene
(minor product)
+
H3C
O
CC CH3
CH3
H3CH
OH+
H
H
+
H3C
OH2
CC CH3
CH3
H3CO H
H
+
Protonated alcohol
Mecanismo
Etapa 1
+
H3C
OH2
CC CH3
CH3
H3CH3C C
C CH3
CH3
H3CH
+ O H
H
+
A 2o
carbocation
Etapa 2
H3C CC CH3
CH3
H3CH
+
A 2o
carbocation
H3C CC CH3
H3CH
CH3+
+
+
+
(less stable)Transition state
H3C CC CH3
H3CH
CH3+
A 3o
carbocation(more stable)
Etapa 3
A
Less stable
alkene
More stable
alkene
(minor product)
(major product)
(a)
HA+CH2 CC CH3
H3C
H
CH3
+H
(a) (b)
(b)H3C
CH3
CC CH3
CH3
H2C
CH3
CC CH3
CH3Etapa 4
Rearranjo ocorre sempre quando for possível formar um carbocátion mais estável
H3C CC CH3
CH3
H3CH
+
2o
carbocation
methanide
migrationH3C C
C CH3
H3CH
CH3+
3o
carbocation
H3C CC CH3
H
H3CH
+
2o
carbocation
hydride
migrationH3C C
C CH3
H3CH
H+
3o
carbocation
CH3CH
OH
CH3
CH3 CH CH3
+
H, heat
(H2O)
2o CarbocationCH3CH CH3
+
CH3
CH3H
+ CH3
CH3
Rearranjo com aumento do tamanho do ciclo
Exercício
5) Desidratação catalisada por ácido de álcool neopentílico, (CH3)3CCH2OH, leva a 2-metil-2-buteno como produto principal. Esquematize um mecanismo mostrando todas as etapas nesta formação.
6) Desidratação catalisada por ácido de 2-metil-1-butanol ou de 3-metil-1-butanol leva a 2-metil-2-buteno com produto principal. Escreva mecanismos plausíveis que expliquem estes resultados.
Rearranjos após a desidratação de álcoois primários
C C C O H
H
H
H
R
R
H
+ H A + O
H
HE2
H A+
Primary alcohol
(R may be H)The initial alkene
The primary alcohol initially undergoes
C C
H
H
R
C
R
H
O álcool primário inicialmente sofre desidratação catalisada por ácido (via E2)
H A + + A
protonationC C
H
H
R
C
R
H C C
H
H
R
C
R
HH+
Os elétrons do alceno podem ser usados para formar uma ligação com um
próton formando um carbocátion secundário ou terciário
A + H A+
deprotonation
Final alkene
+C C
H
H
R
C
R
HH C C
H
H
R
C
H
R
Um hidrogênio- diferente pode então ser removido para formar um alceno mais substituído que o alceno inicial
Alcenos por desbromação de dirometos vicinais
C C
X X
C C
X
XA dihalide
Um vic-dialeto Um gem-dialeto
vic-dibrometos sofrem desbromação quando são tratados com uma solução de
iodeto de sódio em acetona ou com uma mistura de zinco em pó em ácido acético (ou etanol)
Desbromação por iodeto ocorre por um caminho E2 similar ao mecanismo para desidroalogenação
C C
Br Br
+ 2 NaIacetone
I2+ +C C 2 NaBr
C C
Br Br
+ +C CZnCH3CO2H
orCH3CH2OH
ZnBr2
Mecanismo para a reação de desbromação de vic-dibrometos
C C
Br
Br
I + C C I Br Br
+ +
Um íon iodeto torna-se ligado a um átomo de bromo em uma etapa que é, com certeza, um ataque SN2 ao bromo; remoção do bromo traz uma eliminação E2 e a
formação de uma dupla ligação.
Etapa 1
Etapa 2+ +I
Br
I Br I I
Um ataque do tipo SN2 por um íon iodeto sobre o IBr leva à formação de I2 e um íon brometo
Desbromação pelo zinco ocorre na superfície do metal, e o mecanismo é incerto. Outros metais eletropositivos (Ca, Na e Mg) também causam desbromação de vic-dibrometos
Vic-dibrometos São geralmente preparados pela adição de bromo a um alceno. Bromação seguida por desbromação é util na purificação de alcenos
Síntese de alcinos por reações de eliminação
RCH CHR + Br2 R C C R
HH
Br Brvic-Dibromide
O vic-dibrometo é desidroalogenado através de reação com uma base forte
Amideto de sódio é capaz de executar ambas as desidroalogenações.
Desidroalogenação com amideto de sódio são geralmente realizadas em amônia
líquida ou em um meio inerte como óleo mineral.
Reação
RC
H
Br
CR
H
Br
2 NH2+ RC CR 2 NH3+ 2 Br
+
Mecanismo
H N
H
R C C R
H
Br
H
Br
C C
Br
R
R
H
+ H N H
H
+ Br
Bromide ionAmmoniaBromoalkenevic-DibromideAmide ion
+
Íon amideto Vic-cibrometo bromoalceno Amônia Íon brometo
Etapa 1
Etapa 2
C C
Br
R
R
H
+ HN
H
C CR R +
AlkyneAmide ionBromoalkene
H N H
H
+ Br
Bromide ionAmmoniaalcinoÍon amideto amônia Íon brometobromoalceno
Exemplos
CH3CH2CH CH2CH3CH2CHCH2Br
Br
Br2
CCl4
NaNH2
mineral oil
CH3CH2CH CHBr
H3CH2CC CH2
Br
+ H3CH2CC CH
H3CH2CC C NaNH4Cl
H3CH2CC CH + NH3 + NaCl
110-160 oC
NaNH2
mineral oil110-160 oC
NaNH2
Cetonas podem ser convertidas a gem-dicloretos através de suas reações com
pentacloreto de fósforo, e estes produtos podem ser usados para sintetizar alcinos
CCH3
O
PCl5
0oC
C1. 3 NaNH2
2. H+
Cyclohexyl methyl
ketone
A gem-dichloride
(70-80%)
Cyclohexylene
(46%)
mineral oilheat
(POCl3)
CCH3
Cl
Cl
CH
7) Descreva todas as etapas em uma síntese de propino a partir de cada um dos seguintes compostos:
a) CH3COCH3
b) CH3CH2CHBr2
c) CH3CHBrCH2Brd) CH3CH=CH2
Exercício
Acidez de alcinos terminais
H C C H C C
H
H
H
H
H C C H
H H
H HpKa = 25 pKa = 44 pKa = 50
CH3CH2:� > CH2=CH:� > HC≡C:�
Acidez relativa de hidrocarbonetos insaturados
basicidade relativa ânions de hidrocarbonetos insaturados
H�OH > H�OR > H�C≡CR > H�NH2 > H�CH=CH2 > H�CH2CH3pka 15,7 16 � 17 25 38 44 50
Acidez relativa de diversos compostos hidrogenados
Basicidade relativa de diversos compostos hidrogenados
�:OH < �:OR < �:C≡CR < �:NH2 < �:CH=CH2 < �:CH2CH3
Substituição do átomo de hidrogênio acetilênico de alcinos terminais
liq. NH3CH3C≡C�H + NaNH2 CH3C≡C:� Na+ + NH3
liq. NH3H�C≡C�H + NaNH2 H�C≡C:�Na+ + NH3
R C C Na+ + R'CH2 Br R C C CH2R' + NaBr
CH3CH2C C Na+ + CH3CH2 Br CH3CH2C CCH2CH3 + NaBr
3-hexino (75%)
SN2 em haletos primários
E2 em haletos sechundários e terciários
RC C C Br
C
R''H
HR'
H
E2RC CH + R'CH CHR'' + Br
o
Exercício:
Seu objetivo é sintetizar 4,4,-dimetil-2-pentino. Você tem a escolha de
começar com qualquer um dos seguintes reagentes.
Assuma que você tem amideto de sódio e amônia líquida disponíveis. Descreva a melhor síntese do composto requerido.
CH3C CH CH3 C
CH3
CH3
Br CH3 C
CH3
CH3
C CH CH3I
Hidrogenação de Alcenos
Hidrogenção, uma reação de adição:
CH2=CH2 + H225 oC
Ni, Pd or PtCH3�CH3
CH3CH=CH2 + H225 oC
Ni, Pd or PtCH3CH2�CH3
Processo de redução
Adições Sin e Anti
C C + X Y C C
X Y
Adição sin
C C + X Y C C
X
Y
Adição anti
Hidrogenação de alcinos
PtH2
PtH2
CH3C≡CCH3 [CH3CH=CHCH3] CH3CH2CH2CH3
Adição Sin de hidrogênio: Síntese de cis-alcenos
OCCH3
O
NiNaBH4
C2H5OHNi2BP-2
2
CH3CH2C CCH2CH3 syn addition
H2/Ni2B (P-2)C C
H
CH2CH3
H
H3CH2C
3-Hexyne (Z)-3-Hexene
(cis-3-hexene)
(97%)
C Cquinoline
(syn addition)
H2, Pd/CaCO3(Lindlar's catalyst)
C C
H
R
H
R
RR
Adição Anti de hidrogênio: Síntese de trans-alcenos
C C (CH2)2CH3CH3(CH2)2
1. Li, C2H5NH2, 78oC
2. NH4ClC C
(CH2)2CH3
H
H
CH3(CH2)2
4-Octyne (E)-4-Octyne
(trans-4-Octyne)
(52%)
Mecanismo para adição Anti
C C C C
R
R
RRLi + C C
R
RH NHEt
H
Radical anion Vinylic radical
A lithium atom donates an electron to The radical anion acts as
C C
R
R H
LiC C
R
R H
C C
R
R
H NHEt
H
H
Vinylic radical trans-Vinylic anion trans-Alkene
A second lithium atom The anion acts as a base and
Fórmulas moleculares de hidrocarboneto:
O índice de deficiência de hidrogênio
Exercício
Respondaa) Qual o índice de deficência do hidrogênio do 2-hexeno?
b) Do metilciclopentano
c) O IDH revela algo sobre a localização da ligação dupla na cadeia?
d) Sobre o tamanho do anel
e) Qual o índice de deficiência do hidrogênio do 2-hexino
Zingibereno, um composto aromático isolado do gengibre, tem a fórmula molecular C15H24 e é conhecido por não conter nenhuma ligação tripla.
a) Qual o IDH do zingibereno
b) Quando o zingibereno é submetido à hidrogenação catalítica usando um excesso de hdrogÊnio, 1 mol de zingibereno absorve 3 moles de hidrogênio
e produz um composto com a fórmula C15H30. Quantas ligações duplas
uma molécula de zingibereno tem?