estudo de mecanismos de reações envolvendo compostos de … · 2009-08-03 · butilcalcogenolatos...
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação em Química
ARTUR FRANZ KEPPLER
Estudo de Mecanismos de Reações Envolvendo Compostos de Telúrio e Aplicações Sintéticas de Compostos
Calcogenados
São Paulo
Data do Depósito na SPG: 06/04/2009
ARTUR FRANZ KEPPLER
Estudo de Mecanismos de Reações Envolvendo Compostos de Telúrio e Aplicações Sintéticas de Compostos
Calcogenados
Tese apresentada ao Instituto de Química da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Doutor em Química (Química Orgânica)
Orientador: Prof. Dr. João V. Comasseto
São Paulo
2009
Artur Franz Keppler
Estudo de Mecanismos de Reações Envolvendo Compostos de Telúrio e Aplicações Sintéticas de Compostos Calcogenados
Tese apresentada ao Instituto de Química da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Doutor em Química (Química Orgânica)
Aprovado em: ____________ Banca Examinadora Prof. Dr. ______________________________________________________
Instituição:_______________________________________________________
Assinatura:_____________________________________________________
Prof. Dr.______________________________________________________
Instituição:______________________________________________________
Assinatura:______________________________________________________
Prof. Dr. ________________________________________________________
Instituição:_______________________________________________________
Assinatura:______________________________________________________ Prof. Dr.______________________________________________________
Instituição:______________________________________________________
Assinatura:______________________________________________________
Prof. Dr. ________________________________________________________
Instituição:_______________________________________________________
Assinatura:______________________________________________________ “Theories may change from day to day, but a well
performed and well described chemical experiment retains its value for centuries“ Prof. Haakon Lund
À Isabella, com todo o meu amor
Agradecimentos À FAPESP pela bolsa concedida. Ao Comasseto; pela confiança, pelas oportunidades oferecidas e, sobretudo pela liberdade no desenvolvimento desse trabalho de doutorado, fatores que me deram a oportunidade de crescer profissionalmente. Aos amigos e colegas de bancada, pela amizade, colaboração e pelos agradáveis momentos de trabalho e descontração. À minha família. À Giselle e Isabella, aquelas que me fazem seguir em frente. À moderna medicina, que me carregou pelos braços até aqui.
Resumo..............................................................................................................iii Abstract.............................................................................................................iv Lista de Esquemas...........................................................................................viii Lista de figuras.................................................................................................ix Abreviaturas.......................................................................................................xi I – Introdução e Objetivos Introdução............................................................................................................1 Objetivos..............................................................................................................16 II – Resultados e Discussão
II.1 - Estudo do Mecanismo das Reações de Hidroteluração...............17
II.2 - Estudo do Mecanismo das Reações de Adição de Haletos de Te(IV) à Alcinos..........................................................................38
II.3 - Estudo do Mecanismo das Reações Sequenciais Michael/Aldol induzidas
por Calcogenolatos de Lítio e suas Aplicações Sintéticas.........................................................................................57
II.4 - Conclusões................................................................................... 83
II.5 - Bibliografia.................................................................................... 85 III – Parte Experimental
III.1 –Procedimentos experimentais referentes às investigações mecanísticas......................................................................................90
III.1.1 – Procedimento geral para reações de hidroteluração com NaBH4.....93 III.1.2 - Procedimento geral para gerar espécies radicalares de telúrio com RTeTeR e Ce(NO3)4.2NH4NO3 ..................................................93 III.1.3 - Procedimento geral para gerar espécies radicalares de telúrio por fotólise...............................................................................94
III.1.4 - III.1.4 – Procedimento geral para reação sequencial Michael/Aldol induzida por telurolato de lítio....................................94
III.2- Procedimentos experimentais referentes às reações sequenciais Michael/Aldol induzidas por calcogenolatos de lítio..........................................95
III.2.1 - Procedimento geral para a reação multicomponente com alcenos......95 III.2.2 - Procedimento geral para eliminação de selenóxido com H2O2............96 III.2.3 - Procedimento geral para eliminação de selenóxido com tBuOOH.......97 III.2.4 – Procedimento one-pot para a preparação dos adutos de BH..............98
IV – Anexos.................................................................................................107
RESUMO
Nesse trabalho foi apresentada a primeira evidência experimental da formação de radicais orgânicos centrados em telúrio (RTe• , onde R= grupos fenila ou butila) durante as reações de hidroteluração de alcenos e alcinos. Os radicais foram detectados por ressonância paramagnética eletrônica (EPR), usando como captador de spin o DBNBS (3,5-dibromo-4-nitrosobenzeno-sulfonato). Os adutos radicalares (DBNBS/•TeBu and DBNBS/•TePh) apresentaram um espectro de EPR caracterizado por um triplo tripleto, referente à um átomo de nitrogênio e dois de hidrogênio equivalentes ( e um valor de g de 2,0060. A presença do átomo de telúrio foi confirmada pela substituição isotópica (125Te) e por experimentos de espectrometria de massa. Os compostos detectados apresentaram padrões de distribuição isotópica esperados para compostos contendo átomos de Te e Br. Esses resultados forneceram evidências suficientes para provar que radicais orgânicos centrados em telúrio são formados e sugerir que as reações de hidroteluração ocorrem por uma mecanismo radicalar. O mecanismo das reações de adição de TeCl4 à alcinos foi indiretamente determinado pela detecção de radicais •TeCl3, usando as técnicas de EPR spin trapping em conjunto com a caracterização dessas espécies por ESI-MS and ESI-MS/MS. Radicais centrados em carbono foram detectados durante a reação sequencial Michael/Aldol induzida por butilcalcogenolatos de lítio. As reações de butilcalcogenolatos de lítio com alcenos ativados e aldeídos levaram aos correspondentes produtos aldólicos. Os selenetos sintetizados serviram como precursores de adutos de Baylis-Hillman após a reação de eliminação de selenóxido. Toda a sequencia reacional foi feita em metodologia one-pot.
ABSTRACT
The first experimental evidence for the formation of an organic tellurium-centered radical (RTe center dot, R = Ph or nBu groups) during the hydrotelluration of alkenes and alkynes is provided. The radicals were detected by electronic paramagnetic ressonance (EPR), using DBNBS (3,5-dibromo-4-nitrosobenzene-sulfonate) as the spin trap. The radical adducts (DBNBS/•TeBu and DBNBS/•TePh) presented an EPR spectrum characterized by a triplet of triplets due to one nitrogen and two equivalent hydrogen atoms (aN = 21.6 G and aH = 0.7 G) and a g value of 2.0060. The presence of tellurium radical adducts was confirmed by isotopic substitution (125Te) and by electrospray and chemical ionization mass spectrometry and MS/MS analysis. The products showed isotopic patterns expected for compounds containing Br and Te. These results provide evidence for organic tellurium-centered radical formation and suggest that the hydrotelluration reactions occur by a free radical mechanism. The mechanism of the addition reaction of TeCl4 to alkynes was indirectly established by the detection of •TeCl3 using EPR spin trapping, ESI-MS and ESI-MS/MS characterization. Carbon centered radicals were detected during the lithium butylchalcogenolate induced Michael-aldol tandem sequence. Reaction of the lithium alkylchalcogenolates with activated alkenes and aldehydes gives the corresponding aldol adducts. The selenium-containing products give Morita–Baylis–Hillman adducts after the oxidation/elimination of the selenoxide. The whole sequence can be performed in a one-pot procedure.
LISTA DE ESQUEMAS
1 Método de geração do radical Ph3C•
2
2 Dois modos de adição de HBr ao brometo de alila 2
3 Reação de uma nitrona com um radical transiente IV. 6
4 Reação de um grupo nitroso com um radical transiente IV e as estruturas de ressonância do grupo aminoxila VII
6
5 Reações radicalares envolvendo compostos orgânicos de telúrio 9
6 Reação multicomponente envolvendo um composto misto de Si e Te 10
7 Reação controle para a elucidação do mecanismo das reações multicomponentes com compostos mistos de Si e Te 10
8 Aplicações sintéticas dos teluretos vinílicos do tipo XVI preparados através de reações multicomponentes com compostos mistos de Si e Te.
11
9 Reação de tioteluração de alcinos 12
10 Mecanismo proposto para a reação tandem de bistiolação-ciclização 13
11 Reação de carbamateluração 14
12 Reação de polimerização utilizando um composto orgânico de telúrio como iniciador radicalar 15
13 Métodos de preparação do telurol e reação de hidroteluração de alcinos.
17
14 Estruturas e adutos radicalares dos captadores de spin 20
15 Híbridos de ressonância dos adutos radicalares DBNBS/•TeR 34
16 Reação em cadeia proposta como mecanismo das reações de hidroteluração.
36
17 Oxidação do telurol por O2 37
18 Mecanismos propostos para a adição de TeCl4 à alcinos 38
19 Hidrólise do TeCl4 39
20 Adição de um radical de carbono ao DBNBS 44 21 Mecanismos de formação de radicais centrados em carbono de anéis aromáticos.
46
22 Mecanismo proposto para a formação do aduto radicalar de DBNBS 43 ativo no EPR.
54
23 Reação em cadeia proposta como mecanismo das reações de adição de haletos de Te(IV) a alcinos.
55
24 Reação multicomponente induzida por 49. 57
25 Reação multicomponente induzida por 49
58
26 Proposta de mecanismo iônico da reação multicomponente com a but-3-en-2-ona 56.
59
27 Reação de hidroteluração do fenilacetileno 61
28 Formação do aduto radicalar de POBN 66 68
29 Reação multicomponentes com a but-3-en-2-ona e captura do intermediário radicalar com TEMPO.
69
30 Reações multicomponente com a acrilonitrila e do acrilato de etila 70
31 Preparação one-pot do telureto 69. 71
32 Propostas para aplicação sintética dos calcogenetos sintetizados 72
33 Preparação one-pot do aduto de BH 93. 77
34 Preparação do aduto de BH 98 80
35 Preparação do aduto de BH 93. 81
36 Preparação one-pot do aduto de BH 93. 82
LISTA DE FIGURAS
1 Simulação dos campos magnéticos e dos espectros de EPR de espécies radicalares centradas em 12C e 14N.
5
2 Espectros de EPR representativos dos adutos radicalares de DBNBS obtidos durante as reações de hidroteluração de alcinos.
21
3 Espectro de EPR obtido de uma mistura do composto 9 com DBNBS. 22
4 Estrutura proposta para os adutos radicalares DBNBS/•TeR. 25
5 Espectros de EPR representativos dos adutos radicais de DBNBS obtidos durante a reação de oxidação de compostos orgânicos de telúrio com sal de Ce(IV)
26
6 Espectro de EPR representativo do aduto radicalar DBNBS/•125TenBu obtido durante a reação de hidrotelutação do fenilacetileno usando 125Te (92% de enriquecimento isotópico).
27
7 Espectos de ESI(+)/MS de uma reação de hidroteluração do fenilacetileno. 30
8 Espectro de ESI(+)-MS/MS do íon de m/z 555 31
9 Espectros de APCI(+)-MS de uma reação de hidroteluração do felinacetileno 32
10 Espectros de massa APCI(+)-MS/MS de cada íon do cluster referente à 13 33
11 Espectros de EPR representativos dos adutos radicalares de DBNBS 40
12 Espectros de EPR representativos do aduto radicalar DBNBS obtido durante as reações de adição de haletos de Te(IV) à alcinos. 41
13 Espectro de EPR obtido de uma mistura de uma aliquota da reação do TeCl4 com o prop-1-inilbenzeno com solução aquosa de DBNBS.
42
14 Espectro simulado do aduto radicalar 24, contendo 125Te (I=1/2) 44
15 Espectro simulado do aduto radicalar proposto 28 45
16 Estruturas das espécies de Te(IV) detectadas por ESI(+)-MS.
47
17 Espectros de ESI(+)-MS do cluster centrado no íon de m/z 806. 47
18 Espectros de ESI(+)-MS do cluster centrado no íon de m/z 787 48
19 Espectro de ESI(+)-MS/MS do íon de m/z 805. 49
20 Espectro de ESI(-)-MS dos derivados do DBNBS/•Te(IV). 50
21 Espectros de ESI-MS do cluster centrado no íon de m/z 577 51
22 Espectros de ESI(-)-MS dos compostos derivados do aduto radicalar DBNBS/•TeCl3 .
52
23 Espectros de ESI(-)-MS/MS das espécies de Te(IV) detectadas. 53
24 Alguns teluretos Z-vinílicos obtidos via reação multicomponentes; com alcinos e diferentes eletrófilos
57
25 Substratos insaturados utilizados nos estudos de EPR
62
26 Espectros de EPR representativos do aduto radicalar de POBN obtido durante a reação multicomponente com a but-3-en-2-ona.
63
27 Espectros representativos de EPR do aduto radicalar de POBN obtido durante a reação multicomponente com a ciclohexen-2-ona.
64
28 Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante as reações controle
65
29 Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante a reação multicomponente com a carvona.
66
30 Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante a reação multicomponentes com a acrilonitrila
67
31 Ampliação do espectro de RMN1H do composto 68 73
32 Ampliação dos espectros de RMN do composto 68..
74
ABREVIATURAS
APCI/MS - Atmospheric Pression Chemical Ionization Mass Spectrometry
AcOEt – acetato de etila
ACCN - azobis(ciclohexanocarbonitrila)
Aduto de BH – aduto de Baylis Hillman nBuLi - n-butilítio
DHP - diidropirano
DMPO - 2,2’-dimetil-pirrol-N-oxido
DBNBS - 3,5-dibromo-4-nitrosobenzeno sulfonato
DMAP - 4-dimetilaminopiridina
EPR - Electron Paramagnetic Resonance
EtOH - Etanol
ESI/MS - ElectroSpray Ionization Mass Spectrometry
HMPA – Hexametilfosforamida
LDA – diisopropilamideto de lítio
MNP - 2-metil-2-nitrosopropano
NaBH4 - Boroidreto de sódio
Nitrosodureno - 1,2,4,5-tetrametil-3-nitrosobenzeno
PBN - N-t-butil-α-fenilnitrona
POBN - N-t-butil-α-4-Piridin-1-oxido nitrona
PTSA – ácido paratoluenosulfônico
PMHS – polimetilidróxisilano
THF - tetraidrofurano
t.a. – temperatura ambiente
TEMPO - 2,2,6,6-tetrametil-1-piperodiniloxila
TsCl – Cloreto de tosila
Ti(OiPr)4 – tetraisopropóxido de titânio
RMN - Ressonância Magnética Nuclear
INTRODUÇÃO
Desde o início da química orgânica moderna em meados do século XIX, a
elucidação de mecanismos de reações químicas foi um tema de extrema
importância para o entendimento adequado das reações e certamente foi a fonte dos
mais calorosos debates. Nesse tópico, as maiores discussões foram travadas em
torno da classificação das reações em iônica vs. radicalar.
Apesar das evidências experimentais da trivalência de espécies de carbono, em
meados do século XX a teoria iônica explicava tão bem a maioria das reações
usadas por químicos orgânicos, que a química radicalar era tida como curiosidade
esotérica. Cristopher K. Ingold, um dos pais da terminologia utilizada em química
orgânica e da seta que representa o movimento de dois elétrons, disse em um dado
momento: “A homólise, mesmo que consentida entre adultos, é motivo de demissão
instantânea por este departamento”.1 Por ironia do destino, ou para contestar seu
pai, Keith U. Ingold fez carreira estudando a química de radicais livres e hoje é
reconhecido como um dos mais influentes pesquisadores dessa área.
A passagem que marca o início da química de radicais foi a publicação de “An
Instance of Trivalent Carbon: Triphenylmethyl” por Moses Gomberg em 1900.2, 3
Nesses artigos o autor demonstrou experimentalmente a inadequação da afirmação
de que o carbono é sempre tetravalente e dessa forma foi contra a estabelecida
teoria da tetravalência do carbono. Essa data marca também o início de uma longa
discussão, que só teve fim após 68 anos, quando foi estabelecida a estrutura correta
do “hexafeniletano” (Esquema 1).4
BrBr
HBr
Br
Br
BrBr +
Br
BrH
produto de Markovnikov
produto de anti-Markovnikov
I
II
peróxido
sem peróxido
+ HBr
HBr
Ph ClPh
Ph
Zn, póPh
Ph
Ph
Ph
PhPh
PhPh
correta (1968)hexafeniletano
estrutura erradaproposta em 1900
Ph
PhPh
Ph
PhPh
Esquema 1: Método de geração do radical Ph3C•
Na década de 30, Morris S. Kharasch verificou que algumas reações de adição de
HBr à olefinas não obedeciam a regra de Markovnikov e a regioquímica da adição
variava aleatoriamente de um experimento para outro.5 Assim como no laboratório
de M. Gomberg, as reações de Kharasch eram feitas em frascos abertos, em contato
com oxigênio. A possível influência desse gás foi levantada e testada, com um efeito
espetacular.6 Na ausência de oxigênio (e de peróxidos), o produto de Markovnikov I
prevalecia (Esquema 2), enquanto que na presença de oxigênio, ou quando um
peróxido era deliberadamente adicionado, o outro isômero II era isolado
predominantemente. O mecanismo proposto (Esquema 2) corresponde a um dos
primeiros mecanismos de reação radicalar em cadeia.
Esquema 2: Dois modos de adição de HBr ao brometo de alila.
A influencia dos trabalhos de Kharasch e de seus alunos para o desenvolvimento da
área de reações radicalares foi imensa, especialmente na química de polímeros, que
foi impulsionada pela escassez de borracha natural durante a 2ª guerra mundial.
Nesse contexto foi criado nos EUA um amplo programa para o desenvolvimento de
polímeros sintéticos e a partir desse ponto os conceitos da química radicalar foram
difundidos.
Até meados da década de 30, Kharasch tinha problemas com a rejeição de seus
trabalhos pelos seus assessores. O fato curioso foi que para contornar esse
problema, ele usou sua influência para convencer os membros da American
Chemical Society a criar o Journal of Organic Chemistry, onde ele pôde publicar
seus trabalhos sem dificuldades.
Nessa época quando se davam os primeiros passos na química de radicais, não
existiam técnicas espectroscópicas para detectar essas espécies transientes e nem
para caracterizar os produtos formados. Dessa maneira, toda a discussão científica
era baseada em belos e elaborados experimentos.7 Apenas em meados da década
de 40 as técnicas de ressonância magnética começaram a ser aplicadas para a
determinação estrutural (Ressonância Magnética Nuclear - RMN) e para a detecção
de espécies paramagnéticas (Ressonância Paramagnética Eletrônica - EPR).
A Ressonância Paramagnetica Eletrônica (EPR) é uma técnica específica e
poderosa para a detecção de compostos e espécies metálicas contendo elétrons
desemparelhados. A espectroscopia EPR é um complemento muito útil à
espectroscopia RMN, pois não é recomendado o uso do RMN em amostras
contendo espécies paramagnéticas, uma vez que a constante de acoplamento spin-
órbita do elétron se sobrepõe à constante de acoplamento spin-órbita do núcleo,
pois a primeira é muito maior do que a segunda. Ambas as técnicas
espectroscópicas dependem do momento magnético associado ao spin da partícula,
elétron ou núcleo respectivamente. Para um spin ½, os dois estados produzidos pela
interação da partícula com um campo magnético externo (B) diferem em energia por:
∆E = g µ B (1)
Onde o valor de g depende da identidade da partícula, e µ é o momento magnético.
Para um elétron livre, g é igual a 2.0023, enquanto que para o próton é 5.5856. Os
momentos magnéticos para o elétron e para o próton diferem cerca de 2 ordens de
grandeza devido a dependência desse parâmetro com a massa da partícula (m),
cuja equação é:
µ = e h / 4 π m (2)
E assim µB (magneton de Bohr) para o elétron é 9.274x10-24 JT-1 e para o núcleo µN
é de 5.051x10-27 JT-1. Esse fator é responsável pela diferença nas freqüências
necessárias para a transição dos dois estados energéticos (E=hv) e na sensibilidade
das duas técnicas espectroscópicas.
Para se obter um espectro de EPR, fixa-se uma freqüência, normalmente 9GHz
(banda X do radar marinho), e varia-se o campo aplicado. Vale ressaltar que é o
oposto da espectroscopia de RMN.
Alguns átomos, como o hidrogênio (1H) e o nitrogênio (14N), têm spin nuclear igual a
½ e imersos em um campo magnético externo, também se comportam como
pequenos magnetos, alinhando-se paralela ou antiparalelamente a esse campo
aplicado. O isótopo mais abundante do carbono (12C) tem spin nuclear igual a zero e
não interage com o campo magnético. Por esse motivo ele é conhecido como um
núcleo não magnético. Os sinais observados em um espectro de EPR se desdobram
devido à interação do spin eletrônico com o spin nuclear dos átomos vizinhos (Figura
1A). Portanto, um elétron centrado em um átomo de carbono será exposto a um
campo magnético e existirá nesse caso uma única absorção de energia, gerando um
espectro de EPR com uma linha (Figura 1B). Já um elétron centrado em um átomo
de nitrogênio sentirá dois campos magnéticos diferentes (B+BN e B-BN) e seu
espectro será similar ao apresentado na Figura 1C.
Figura 1: Simulação dos campos magnéticos e dos espectros de EPR de espécies radicalares centradas em 12C e 14N. A desdobramento do campo magnético, B
espectro simulado do radical Me3C•, C espectro simulado do radical Me3N
•. O desdobramento das linhas do espectro de EPR é denominado estrutura hiperfina
(hfcc). Os dados de EPR que caracterizam e diferenciam cada espécie radicalar são:
estrutura hiperfina, o formato do sinal ou largura de linha e o valor de g.
Existem várias técnicas de EPR, cada qual com suas vantagens específicas. A mais
popular é a espectroscopia de EPR de onda contínua, onde a radiação de
microondas é aplicada na amostra continuamente. No entanto , quando a espécie
paramagnética é transiente, é necessário fazer uso de artifícios como o
congelamento rápido da amostra (rapid freezing) ou então utilizar um captador de
radical (spin trapping).
campo aplicado
B
B + BN
B - BN
NC
A B C
O EPR spin trapping é a técnica mais específica e confiável para identificar espécies
radicalares transientes,8 que são produzidas durante processos químicos e
biológicos. Essa técnica é muito utilizada desde que foi apresentada há mais de
quatro décadas9, 10 e é baseada na reação rápida entre uma espécie diamagnética III
(captador) e o radical de vida curta IV (Esquema 3), produzindo um radical de vida
longa V, conhecido como aduto radicalar.
Os captadores ideais devem reagir especifica e rapidamente com a espécie radicalar
de interesse, produzir um aduto radicalar quimicamente estável e ter um espectro
único, uma vez que essas espécies não podem ser isoladas.
As nitronas (N-óxidos) III são captadores muito eficientes (Esquema 3), sendo capaz
de reagir com diversos tipos de radicais (centrados em carbono e oxigênio), cujo
radical aminoxila V (aduto radicalar), dentre todos os adutos radicalares conhecidos,
é aquele que tem a maior persistência em solução.
Esquema 3: Reação de uma nitrona com um radical transiente IV.
A reação de espécies radicalares com compostos contendo o grupo nitroso VI
(Esquema 4) também pode produzir radicais aminoxila VII. A estabilidade desses
adutos radicalares está associada com a deslocalização do elétron desemparelhado
entre os átomos de oxigênio e nitrogênio.
Esquema 4: Reação de um grupo nitroso com um radical transiente IV e as estruturas de ressonância do grupo aminoxila VII.
R' C N
H
R''
O
+ R R' C N
H
R''
O
R+
-
III IV V
R' NO
+ R
IV
N
O
VII
R'
R
VI
N
O
R'
R
+
-
Apesar de a técnica ser específica, muitas vezes os parâmetros de um espectro de
EPR não são suficientes para caracterizar um determinado aduto radicalar. Nesses
casos, a técnica de EPR spin trapping serve essencialmente para determinar a
classe de radicais capturados ou então como uma ferramenta comparativa para
caracterizar espécies já relatadas na literatura.
O uso de captadores enriquecidos isótopicamente pode servir para diferenciar
espécies radicalares,11 mas em alguns casos essa estratégia não funciona.12, 13
Pode-se afirmar então que é impossível determinar a estrutura detalhada de adutos
radicalares “novos” usando apenas a espectroscopia EPR. Para superar esse
problema, outras técnicas oferecem informações adicionais sobre a estrutura do
aduto radicalar de interesse. Foi demonstrado que a espectrometria de massa pode
ser uma ferramenta adequada para esse fim e associada ao EPR spin trapping,
levaram a detecção de diversos tipos de adutos radicalares.14-16
A história dos radicais centrados em calcogênios começa em 1968, quando
especialistas em química de radiação descobriram que o íon radical superóxido
(O2•-) é um produto normal da redução biológica de oxigênio.17 Essa descoberta
estimulou o estudo do metabolismo do oxigênio e levou ao isolamento de uma
família não usual de enzimas, as desmutases de superóxido (SOD’s), que protegem
os organismos vivos da ação deletéria do O2•-.18
Depois do oxigênio,19 o enxofre certamente é o segundo elemento mais importante
quando falamos de espécies radicalares de calcogênios.20 Logo depois vem o
selênio, apesar de ser um elemento traço, têm um papel importante na regulação de
certas enzimas e proteínas, modulando o equilíbrio redox de células tumorais e
desempenhando em células humanas um papel de agente preventivo de câncer.21
Em se comparando com os radicais dos outros calcogênios, a química de radicais
centrados em telúrio é pouco estudada, provavelmente por serem desconhecidas as
implicações biológicas dessas espécies.20
Mas se a discussão se restringir às reações orgânicas, a química radicalar de
compostos orgânicos de telúrio tem seu lugar de destaque, uma vez que esses
compostos são excelentes precursores de radicais centrados em carbono, com
aplicações sintéticas que vão desde a síntese de pequenas moléculas
funcionalizadas até a preparação de polímeros e macromoléculas.
O uso de compostos orgânicos de telúrio como precursores de radicais centrados
em carbono foi apresentada pela primeira vez por Clive e colaboradores em 1980,22
demonstrando que esses compostos podem ser reduzidos por hidretos de estanho,
levando a formação de radicais centrados em carbono.
Quase uma década depois, Barton e Ramesh utilizaram pela primeira vez um
composto de telúrio para a formação de uma nova ligação carbono-carbono por uma
via radicalar,23 demonstrando o potencial da metodologia, a qual foi aplicada na
síntese concisa da showdomicina VIII, um potente antibiótico nucleosídico (Esquema
5A). Esse trabalho foi seguido pela publicação do primeiro relato da reação de
transferência de um grupamento organotelurila para ligações C≡C (Esquema 5B)24 e
logo em seguida foi apresentada a reação de transferência intramolecular do
grupamento organotelurila, via clivagem homolítica de uma ligação C-Te de um
teluro éster IX (Esquema 5C).25 O escopo dessa reação foi então estendido, visando
à síntese de ciclopentanos X e tetrahidrofuranos funcionalizados (Esquema 5D).26
O
TeR
O O
O
TeAr
hv
90%
TeRO
OO
Ph3CONOH
O+ N
S
O
+ O
OHOH
HO
N
O
OH
37%rend. global
ArTe
HOHO
TeArhv
66-75%
Esquema 5: Reações radicalares envolvendo compostos orgânicos de telúrio.
Quando Kambe e Sonoda apresentaram dados termodinâmicos de que a
transferência do grupamento feniltelanil é cerca de 10 vezes mais rápida que a
transferência do átomo de iodo frente radicais vinílicos,24 ficou evidente a vantagem
sintética de compostos orgânicos de telúrio frente a compostos orgânicos de iodo e
selênio.
Ao contrário dos outros calcogênios, radicais centrados em telúrio não haviam sido
detectados nem caracterizados até 2006, quando o presente trabalho de doutorado
foi iniciado. No entanto, radicais centrados em carbono, derivados da clivagem
homolítica da ligação C-Te, foram detectados e caracterizados em diversas reações
envolvendo compostos orgânicos de telúrio, comprovando assim a natureza
radicalar das mesmas.27, 28
X
IX
VIII
A
B
C
D
PhPr TePh +i
TePh
PhPr
i
AIBN
97%
Ph
O
Me3SiTePh +
OSiMe3
R1TePhEtCN
t.a.
Me3SiO
PhTePh
não foi detectado
78%
Além de precursores de radicais centrados em carbono, compostos de telúrio
também podem ser preparados a fim de gerar in situ radicais centrados em silício.
Sabe-se que radicais centrados em silício têm reatividade diferente dos centrados
em carbono,29 uma vez que o primeiro reage lentamente com o carbono carbonílico,
o segundo se adiciona rapidamente ao oxigênio da carbonila, levando a formação de
um radical α-siloxila XII. Com base nessas diferenças de reatividade, compostos
mistos de Si e Te XI foram empregados com sucesso em reações multicomponentes
(Esquema 6).
Esquema 6: Reação multicomponente envolvendo um composto misto de Si e Te.
As propostas de um mecanismo concertado, iônico ou misto (radicalar+iônico) foram
descartadas baseando-se no experimento apresentado no Esquema 7. Quando a
ciclopropilfenilcetona XIII foi tratada com XI à t.a., o enolsilil éter XIV foi formado
exclusivamente o composto XV não foi detectado. A formação de XIV passa pela
rápida abertura de anel ciclopropílico, levando a formação de radicais homoalílicos.30
Esse experimento é o argumento irrefutável de que o mecanismo das reações que
utilizam compostos mistos de Si e Te são predominantemente radicalares.
Esquema 7: Reação controle para a elucidação do mecanismo das reações multicomponentes com compostos mistos de Si e Te.
R1 R2
OR3
Me3SiTePh +
Me3SiO
R2R1
Me3SiO
R2R1
R3 TePhMe3SiO
R2R1
R3
TePh
TePh
XI XII
XI XIII XIV XV
Me3SiO
PhPh
Ph
TePh
Me3SiO
PhPh
Ph
H
92%
Me3SiO
PhPh
Ph
58%CO2Me
CO2Me
Me3SiO
PhPh
Ph
78%
CO2Et
CO2EtSnBu3
AIBN
MeO2CCO2Me
AIBNBu3SnH
AIBNBu3SnH
Me3SiO
R2R1
R
TePh
Me3SiO
R2R1
TePh
R
1. nBuLi
2. H2O
HO
R2R1
SiMe3
R cat.
ArI
seletividade >99%
HO
R2R1
Ar
R
É importante ressaltar que combinação do silício com o telúrio é essencial para o
sucesso dessas reações, uma vez que foram testados os correspondentes
sililselenetos, sililsulfetos, germilteluretos e estanilteluretos, mas nenhum deles
promoveu as reações supra relatadas.
A reatividade da ligação C-Te desses teluretos vinílicos foi posteriormente
explorada, visando a formação de uma nova ligação C-C por uma via radicalar
(Esquema 8A),31 reações estas que preservaram a estereoquímica da ligação C=C
de XVI. Uma outra abordagem sintética para esses compostos (Esquema 8B)32 foi
empregar a troca Te/Li em reações estereosseletivas, visando a preparação de
alcenos multi substituídos XVII.
Esquema 8: Aplicações sintéticas dos teluretos vinílicos do tipo XVI preparados através de reações multicomponentes com compostos mistos de Si e Te.
A
B
XVI
XVII
R (PhTe)2+ +hv
(PhS)2
R
TePhSPh
Uma outra abordagem para a química radicalar de espécies orgânicas de telúrio foi
dada por Ogawa e colaboradores, que desde o início da década de 9033, 34 vêm
estudando a homólise fotolítica das ligações RY-YR de dicalcogenetos e a posterior
reação de adição dos radicais RY• a compostos orgânicos insaturados.
Radicais do tipo PhS•, PhSe• e PhTe• são menos reativos que radicais centrados em
oxigênio e a reatividade relativa frente à compostos insaturados decresce com o
aumento do peso molecular (PhS• > PhSe• > PhTe•).35 A reação de adição desses
radicais à ligações insaturadas de C-C é reversível, porém a velocidade da reação
de β-eliminação do grupamento -SePh e –TePh é muito rápida e desfavorece a
formação do composto biscalcogenado. A capacidade de captura de radicais
centrados em carbono por dissulfetos é muito mais lenta que seus análogos de Se e
Te, e por esse motivo no caso do S as reações de polimerização ocorrem
preferencialmente.
Em condições extremas a bisteluração de alcenos pode ocorrer, porém não é
usual.36 Para contornar os problemas intrínsecos da reatividade dos radicais
centrados em calcogênios, os autores fizeram uso de combinação de (PhS)2 +
(PhTe)2 e (PhSe)2 + (PhTe)2 para efetuar a biscalcogenação de compostos
insaturados, nesses casos, reações de tioteluração (Esquema 9)37 e
tioselenilação.38-41
Esquema 9: Reação de tioteluração de alcinos.
No trabalho mais recente do grupo, foi utilizado o sistema misto (PhS)2 - (PhTe)2
para efetuar a reação de ciclização radicalar de isonitrilas aromáticas (Esquema 10).
NC N SPh NSPh
NSPh
TePh
NH
SPh
TePh
NH
SPhNH
SPh
SPh
(PhTe)2
- PhTe
hv PhSTePh
- PhTe - PhTe
PhS
Em todos os exemplos o (PhTe)2 serviu apenas como um capturador do radical
intermediário ciclizado XVIII, uma vez que não foram detectados produtos
tiotelurados.
Esquema 10: Mecanismo proposto para a reação tandem de bistiolação-ciclização.
Os autores prepuseram que a ligação C-Te formada no intermediário XIX é clivada
devido às condições reacionais favoráveis e a espécie radicalar XX gerada nesse
processo acaba capturando o grupamento -SPh da espécie mista de S e Te
(PhSTePh), que deve ter sido formada no meio reacional.
Como foi visto previamente, teluroésteres podem ser empregados como precursores
de radicais acila (Esquema 5C). De maneira análoga, Fugiwara e colaboradores
propuseram o emprego de carbamatelurolatos XXI como uma metodologia para a
introdução de grupamento amida em compostos orgânicos.42 Os autores destacam
a aplicação sintética de radicais carbamoíla na preparação de δ–lactamas e
oxazoladina-2,4-dionas.
XVIII
XVIX
XX
Me2N TePh
O R1
Y
R2
Y
R1Me2N
O R2
TePh+
hv
No último trabalho do grupo, o carbamotelurolato XIX foi utilizado em reações
seqüenciais de adição e ciclização de sistemas poli insaturados XXII (esquema
11).43
Esquema 11: Reação de carbamateluração.
Como foi visto até aqui, é possível empregar os compostos orgânicos de telúrio em
uma grande gama de reações radicalares. O que determina sua aplicação é a
escolha do composto orgânico de telúrio cujo tipo de ligação C-Te seja condizente
com o receptor de radical empregado.
Em reações de acoplamento com alcinos, um composto orgânico de telúrio contendo
uma ligação Te-C sp3 será convertido em um composto termicamente mais estável,
uma vez que será formada uma ligação Te-C sp2. A mudança de estabilidade das
ligações C-Te altera o equilíbrio do material de partida em favor do produto, e
também reduz a ocorrência de reações radicalares indesejadas envolvendo o radical
vinílico. Mas se forem utilizados alcenos no lugar de alcinos (Esquema 12), o
produto dessa reação XIV também vai conter uma ligação Te-C sp3, assim como o
material de partida telurado XXIII. Consequentemente, esse novo composto orgânico
de telúrio XXIV irá gerar radicais centrados em carbono XXV, que terão a
capacidade de se adicionar à alcenos, e a seqüência desse processo levará a um
processo de polimerização dos compostos insaturados presentes em solução.
Diversos compostos dialquílicos de telúrio foram utilizados com sucesso como
iniciadores radicalares em reações de polimerização.44, 45 No caso de monômeros
XXI XXII
XXV XXIV XXIII
vinílicos (Esquema 10), esses iniciadores levaram a produção de um polímero com
um controle preciso de peso molecular e com grupos terminais bem definidos.46
Esquema 12: Reação de polimerização utilizando um composto orgânico de telúrio como iniciador radicalar.
Recentemente Yamago e colaboradores demonstraram que grupos arílicos ligados
ao iniciador radicalar de telúrio, grupos esses atuando como substituintes
intransferíveis levaram a um aumento significativo no controle do processo de
polimerização. 47
De maneira geral, em se comparando com a química radicalar como um todo, os
trabalhos apresentados mostraram todo o potencial dos compostos orgânicos de
telúrio como precursores de espécies radicalares e deixaram claro que esse campo
pouco explorado da química de telúrio ainda tem muito a oferecer.
R TeMe R
R1
R2R TeMe
R1 R2R1
R2
TeMeRR1 R2
n
RTeMe
R1 R2
nTeMe
OBJETIVOS
É de senso comum que o conhecimento detalhado de uma reação orgânica é
essencial para que se entendam suas limitações e com essas informações, sejam
empregadas modificações que visem à melhoria do processo, levando ao aumento
do rendimento dos produtos de interesse, aumento da velocidade da reação,
diminuição de subprodutos, enfim, esses dados estratégicos poderão servir como
um guia para que todo o potencial sintético da reação seja utilizado.
Baseando-se nessa premissa, esse trabalho de tese teve como objetivo principal
estudar os mecanismos das reações de compostos orgânicos de telúrio de elevada
importância sintética. Foi também abordado o emprego da reação sequencial
Michael/Aldol induzida por calcogenolatos de lítio,48 estudo que demonstrou que a
metodologia pode ser aplicada com sucesso quando são utilizados reagentes de S,
Se e Te; possibilitando preparar uma série de compostos com uma boa gama de
aplicações sintéticas.
Para esses estudos foram sintetizados os compostos orgânicos de interesse e suas
reações foram acompanhadas detalhadamente, utilizando a técnica de ressonância
paramagnética eletrônica (EPR), com o objetivo de se detectar espécies radicalares.
As espécies radicalares detectadas por EPR foram então analisadas por
espectrometria de massa, com a finalidade de se determinar a identidade das
mesmas, tendo como parâmetro as massas, as fragmentações e os padrões
característicos de distribuição isotópica de cada molécula. Baseando-se nesses
dados complementares, foram então propostos os mecanismos das reações
estudadas.
Os compostos sintetizados foram plenamente caracterizados por análise de
espectrometria de massa de alta resolução, espectroscopia no infra-vermelho e
ressonância magnética nuclear.
Aquela que se acredita ser a espécie reativa de telúrio nas reações de
hidroteluração, o telurol 1, pode ser preparada de duas maneiras: via redução da
ligação Te-Te com NaBH4 (método A) ou inserção de Te em ligação carbono-lítio de
um composto orgânico de lítio (método B), usualmente nBuLi (Esquema 13).
Independentemente do método empregado para a preparação do telurol, o produto
de hidroteluração 2 é isolado com o mesmo rendimento e, no caso da hidroteluração
de alcinos, o produto é isolado com a mesma estéreo e regiosseletividade.
Esquema 13: Métodos de preparação do telurol e reação de hidroteluração de alcinos.
A presença de oxigênio molecular (O2) durante as reações de hidroteluração
promove a oxidação do telurol e a formação de ligações Te-Te é nítida. À medida
que entra em contato com o oxigênio, a solução de telurol, que é transparente,
torna-se inicialmente alaranjada e posteriormente vermelho-sangue. Visualmente é
possível determinar que ocorreu a passivação da espécie reativa de telúrio. O fato
concreto é que quanto mais vermelha a solução, menor será o rendimento isolado
do produto da reação de hidroteluração.
É importante ressaltar que o oxigênio molecular é uma espécie paramagnética
(radicalar), mas devido a sua configuração eletrônica, é inerte frente a espécies
1
R H
R
H H
TenBu
nBuTeTenBu + NaBH4EtOH Te° + nBuLi nBuTeLi nBuTeH
método A método B
2
diamagnéticas. O desencadeamento da reação de oxidação do telurol pelo oxigênio
molecular é um forte indício que espécies paramagnéticas (radicalares) estão
presentes nesse meio reacional. A existência dessas espécies poderia indicar que
as reações de hidroteluração de compostos orgânicos insaturados se desenvolvam
por meio de um mecanismo radicalar em detrimento ao iônico proposto até então.49
No entanto, esse dado experimental deve ser analisado com muita cautela. É sabido
que espécies radicalares podem existir no meio reacional e reagirem com
determinada molécula e ao mesmo tempo serem inertes frente a outras moléculas.50
Resumindo, a tal espécie radicalar presente no meio reacional poderia reagir
seletivamente com o oxigênio molecular, sendo essa então apenas uma reação
paralela à reação de hidroteluração.
Com indícios experimentais, e uma vez proposta a possibilidade da via radicalar,51, 52
foi iniciado um estudo acerca do mecanismo das reações de hidroteluração. Visando
detectar espécies radicalares no meio reacional, foi empregada a técnica de
ressonância paramagnética eletrônica (EPR).
A reação de hidroteluração do fenilacetileno, utilizando o método “hidrotelurante” A
(Esquema 1), foi eleita a reação padrão e do seu bruto reacional foram feitos os
primeiros espectros de EPR. Foram coletadas alíquotas da reação de 15 em 15 min
(até 2 horas), em reações à t.a. e em refluxo. Em nenhuma delas foi detectado
algum sinal relativo a uma espécie radicalar.
Como a detecção direta de espécies radicalares não levou a um resultado
conclusivo, foi empregada a técnica denominada EPR spin trapping. Essa técnica se
baseia no uso de captadores de spin, que são moléculas que reagem
covalentemente com o radical instável que é gerado no meio reacional estudado.
Dessa forma, a espécie radicalar de interesse é “capturada” e o produto desse
radical com o captador de spin é uma espécie radicalar estável, denominada aduto
radicalar. Essa nova espécie deve ter um tempo de vida longo, podendo assim ser
detectada e caracterizada à temperatura ambiente em um equipamento
convencional de EPR. O desdobramento dos sinais de EPR do aduto radicalar, que
são as separações dos sinais dos espectros, fornecem informações que podem
ajudar na identificação do radical gerado durante a reação de interesse.
Apenas um estudo de EPR spin trapping envolvendo compostos orgânicos de telúrio
foi relatado na literatura.27 Nesse estudo os autores detectaram espécies radicalares
centradas em carbono durante um processo de fotólise ou termólise de compostos
do tipo RTeR ou RTe-TeR, onde R = grupo alquila. Vale ressaltar que os radicais
capturados não eram intermediários de uma reação, mas foram gerados devido à
clivagem homolítica “forçada” de compostos de telúrio. Mesmo assim, com a
metodologia de EPR spin trapping apresentada pelos autores, talvez fosse possível
detectar espécies radicalares durante as reações de hidroteluração. O problema é
que o nitrosodureno 3 (Esquema 14), captador de spin utilizado pelos autores, não
estava disponível nem para compra e nem para empréstimo.
A alternativa então seria detectar espécies radicalares centradas no átomo de
telúrio. No entanto a detecção dessas espécies não havia sido relatada até então. A
idéia inicial foi procurar relatos de detecção de adutos radicalares de espécies
calcogênicas análogas. Osawa T. e colaborador53 relataram a detecção de espécies
radicalares centradas no átomo de selênio, utilizando os captadores de spin DBNBS
4 e DMPO 5 (Esquema 14), tendo o último uma estrutura muito parecida com o
nitrosodureno (Esquema 14). Apesar de ter o acesso aos captadores utilizados
pelos autores, a espécie de selênio captada era inorgânica e o meio reacional
aquoso, ao contrário da espécie radicalar de telúrio de interesse que estaria em
meio orgânico (não aquoso). Usualmente as reações de hidroteluração são feitas em
THF.
Tendo em vista a falta de refêrencias na literatura, a reação de hidroteluração foi
investigada por EPR spin trapping com diferentes captadores de spin: Nitrosodureno
(1,2,4,5-tetrametil-3-nitrosobenzeno), DBNBS (3,5-dibromo-4-nitrosobenzeno
sulfonato), DMPO (2,2’-dimetil-pirrol-N-oxido), MNP (2-metil-2-nitrosopropano), PBN
(N-t-butil-α-fenilnitrona) e POBN (N-t-butil-α-4-Piridin-1-oxido nitrona).
Esquema 14: Estruturas e adutos radicalares dos captadores de spin.
NO
+DMPO N
OH
ORH
SO3
NBr Br
O
DBNBS R
SO3
NBr Br
O R
+
OR
R+N O N O
RMNP
NO
C(CH3)3N
O
C(CH3)3
R
R+PBN
NO
nitrosodureno R
NO R
+
NN
O
C(CH3)3 NN
O
C(CH3)3
R
R+POBNO O+ +
3
4
5
6
7
8
De todos os espectros de EPR obtidos, apenas alíquotas da reação de
hidroteluração misturadas com uma solução aquosa de DBNBS apresentaram sinais
detectáveis de radicais. Os espectros detectados consistiam em um triplo tripleto
(Figura 2) que foi atribuído a desdobramento de hiperfinas referente à interação do
spin do elétron desemparelhado com o spin nuclear de um átomo de nitrogênio e
dois de hidrogênio com o mesmo ambiente químico (aN = 21,6 G and aH = 0,7 G) e
um valor g=2,0060.
Figura 2: Espectros de EPR representativos dos adutos radicalares de DBNBS obtidos durante as reações de hidroteluração de alcinos. Condições experimentais: vide Tabela 1.
O desdobramento das linhas dos espectros de EPR obtidos é consistente com
adutos radicalares de DBNBS, mas o valor da constante de desdobramento da
hiperfina do nitrogênio (aN) observado é comparativamente alto frente aos adutos
desse captador, que ficam na faixa de 12-17 G.54 Para o aduto radicalar
DBNBS/SeO3-, o aN observado pelos autores foi de 12,4 G.53
Durante o andamento da reação de hidroteluração (1-2 horas dependendo do grupo
R do composto insaturado), o aduto radicalar de DBNBS observado manteve
praticamente a mesma concentração instantânea. As alíquotas que foram coletadas
a cada 15 min apresentaram a mesma intensidade do sinal de EPR. Vale ressaltar
g = 2.0060
0,7 G
21,6 G
PhTeTePh + NaBH4 + Ph H + DBNBSnBuTeTenBu + NaBH4 + Ph H + DBNBS
que as alíquotas foram coletadas, misturadas com uma solução aquosa DBNBS e
essa mistura foi imediatamente analisada por EPR. Daí então, a intensidade do sinal
de EPR aumentou cerca de 1,5 vezes dentro de 2-3 minutos e começou a decrescer
após 10-15 minutos, devido a redução do aduto radicalar de DBNBS, como inferido
pelas análises de massa. Alíquotas retiradas no tempo final da reação, quando os
alcenos ou alcinos foram quase que completamente consumidos, geraram um
espectro menos intenso de EPR, provavelmente devido ao consumo da espécie
paramagnética reativa.
É relatado que o DBNBS pode se adicionar a ligações C=C.55, 56 Para evitar uma
equivocada interpretação de um resultado decorrente de uma possível adição do
captador de spin à ligações ligações C=C, foram feitos experimentos controle, que
mostraram que a incubação de DBNBS com alcenos e alcinos na ausência do
reagente de telúrio não produziram sinais detectáveis de radicais (Tabela 1, Linhas
24-27). Na incubação do telureto 9 (Figura 3; Tabela 1, Linha 29), produto de
hidroteluração do álcool propargílico, foi detectado um sinal fraco de radical
completamente diferente daquele detectado durante as reações de hidroteluração
(Figura 2).
Figura 3: Espectro de EPR obtido de uma mistura do composto 9 com DBNBS. Condições experimentais: vide Tabela 1.
H H
TenBu
+ DBNBS
HO9
Independentemente do alcino, alceno e do composto orgânico de telúrio empregado
(nBuTeTenBu ou PhTeTePh), todas as reações de hidroteluração produziram um
espectro de EPR similar (Figura 2, Tabela 1), indicando que uma determinada
espécie radicalar foi gerada em todas as reações. Caso fosse o radical de carbono,
gerado a partir do ataque da espécie de telúrio ao substrato insaturado, certamente
os espectros de EPR das reações de hidroteluração de alcenos e alcinos seriam
completamente diferentes (Tabela 1, Linhas 1-2 e 5-6).
Além do que, sabe-se que radicais do tipo sigma (radicais vinílicos) são espécies
que só podem ser detectadas utilizando condições muito específicas e por serem
transientes, dificilmente poderiam reagir com captadores de spin. Cita-se o exemplo
do radical C2H3, que tem que ser gerado in situ a partir de uma reação de hidrogênio
molecular com etileno líquido em matriz sólida de gases nobres (Ar, Kr e Xe), por
meio de irradiação de elétrons rápidos à temperaturas extremamente baixas (30
K).57
Tabela 1: Reações e Experimentos Controle.
Linhas Reaçõesa-c hfsh (G)
aN aH
1 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC≡CPh 21,6 0,7
2 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC=CPh 21,6 0,7
3 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC≡C(CH2)3CH3 21,6 0,7
4 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC≡CCH2OH 21,6 0,7
5 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC≡CCO2Et 21,6 0,7
6 nBuTeTenBu/NaBH4 + H2C=CHCO2Me 21,6 0,7
7 PhTeTePh/NaBH4 + HC≡CPh 21,6 0,7
8 PhSeSePh/NaBH4 + HC≡CPh nenhum sinal
9d nBuTeTenBu/NaBH4 + Ce(IV) 21,6 0,7
10d PhTeTePh/NaBH4 + Ce(IV) 21,6 0,7
11 nBuLi/ Te0 + HC≡CCO2Et, EtOH nenhum sinal
12 nBuLi/ Te0 + HC≡CCO2Et, EtOH/THF (9:1, v:v) nenhum sinal
13 nBuLi/ Te0 + HC≡CCO2Et, EtOH/NaBH4 21,6 0,7
14d nBuTeTenBu/NaBH4 + Ce(IV), EtOH 21,6 0,7
15d nBuLi/ Te0 + Ce(IV), EtOH nenhum sinal
16d nBuLi/ Te0 + Ce(IV), EtOH/NaBH4 21,6 0,7
17 nBuLi/ 125Te0 + HC≡CPh, EtOH nenhum sinal
18e nBuLi/ 125Te0 + HC≡CPh, EtOH/NaBH4 21,6 0,7
19e sBuLi/125Te0 + HC≡CPh, EtOH/NaBH4 21,6 0,7
20 nBuTeTenBu/NaBH4, Fotólise (50 W) 21,6 0,7
21 PhTeTePh/NaBH4, Fotólise (50 W) 21,6 0,7
22 nBuTeTenBu/NaBH4 + HC=CPh, Fotólise (50 W) 21,6 0,7
23 nBuLi/ Te0 , Fotólise (50 W) 21,6 0,7
24f HC≡CPh, EtOH nenhum sinal
25f HC≡CPh, THF nenhum sinal
26f HC≡CCO2Et, EtOH nenhum sinal
27f HC=CCO2Me, EtOH nenhum sinal
28f nBuTeCH=CHPh, EtOH nenhum sinal
29f,g nBuTeCH=CHCH2OH, EtOH 8,4 0,7
30 nBuTeTenBu, EtOH nenhum sinal
31 nBuTeTenBu/NaBH4, EtOH nenhum sinal
32 PhTeTePh/NaBH4, EtOH nenhum sinal
33 nBuTeTenBu + HC≡CPh, EtOH nenhum sinal
34 NaBH4 saturado, EtOH nenhum sinal
35 NaBH4 + HC≡CPh, EtOH nenhum sinal
36d Ce(IV), EtOH nenhum sinal
a Todas as reações foram feitas com agitação constante e sob atmosfera de N2. Todos os espectros (exceto os dos experimentos controle) foram obtidos após 1 min de incubação da mistura de alíquotas das reações de hidroteluração (equivalente a 20 mmol-1 de RTeTeR ou 10 mmol-1 de nBuTeH) com uma solução de DBNBS (equivalente a 15 mmol-1). Todas as alíquotas foram coletadas com as reações à t.a. e refluxo. Condições experimentais: potência do microondas, 20 mW; tempo de coleta, 20,48 ms; modulação da amplitude, 0,5 G; ganho, 3,17 x 104; 1 ou 4 scans. b Todas as reações de hidroteluração foram examinadas por EPR “direto” a baixa temperatura (-195°C). c De quase todas as reações, experimentos paralelos foram feitos com os captadores de spin MNP, PBN e DMPO (dissolvidos em etanol, tampão fosfato ou água), mas não foram detectados sinais de EPR mesmo após 50 scans e alto ganho no equipamento. d Ce(IV): Ce(NO3)4.2NH4NO3.
e aN = 21,6G, aH = 0,7G,
com parâmetros adicionais aTe = 15,8 G e aBr= 6,95 G, que foram obtidos por simulação (Figura 6). f Solução do composto insaturado (20 mmol-1). g Sinal muito fraco, com aH muito difícil de observar mesmo depois de 50 scans. h hfs = hyperfine spliting (desdobramento de hiperfinas).
O valor não usual de 21,6 G da constante desdobramento da hiperfina do nitrogênio,
assim como a pequena da constante de desdobramento da hiperfina de hidogênio
(0,7 G), característica dos meta hidrogênios do DBNBS, o mesmo espectro de EPR
para todas as reações de hidroteluração investigadas sugerem que os espectros de
EPR se referem ao ataque de um radical centrado em telúrio ao DBNBS, levando a
formação de adutos radicalares 10 (Figura 4).
Figura 4: Estrutura proposta para os adutos radicalares DBNBS/•TeR. Os átomos em destaque são aqueles que interagem com o elétron desemparelhado.
Para testar essa hipótese, foram repetidos experimentos de EPR com os radicais
centrados em telúrio, os quais foram gerados por diferentes métodos na presença de
DBNBS e na ausência de alcenos e alcinos. Experimentos de fotólise de soluções
de telurol (RTeH) à temperatura ambiente com uma lâmpada de Hg 50W (Tabela 1,
Linhas 20-23) produziram um espectro de EPR similar àqueles observados durante
as reações de hidroteluração. A oxidação de nBuTeTenBu ou PhTeTePh com
Ce(NO3)4.2NH4NO3 também foi investigada por EPR. Os experimentos de oxidação
utilizando sal de Ce(IV) (Figura 5; Tabela 1, Linhas 14-16) produziram um espectro
de EPR similar àqueles observados durante as reações de hidroteluração (Figura 2;
Tabela 1, Linhas 1-7).
SO3
NO TeR
H
Br Br
H-
onde: R= nBu ou Ph
10
Com base na discussão apresenta acima, pode-se propor que os adutos radicalares
de DBNBS detectados por EPR são DBNBS/•TenBu e DBNBS/•TePh, cuja estrutura
foi apresentada na Figura 4.
Figura 5: Espectros de EPR representativos dos adutos radicais de DBNBS obtidos durante a reação de oxidação de compostos orgânicos de telúrio com sal de Ce(IV). Condições experimentais: vide Tabela 1.
Para confirmar que os radicais capturados estavam centrados no átomo de telúrio,
foram feitos experimentos de EPR utilizando o isótopo de telúrio ativo no EPR
(125Te), cujo spin nuclear é diferente de zero (I=1/2). Um padrão complexo de
desdobramento foi observado no espectro de EPR do aduto radicalar
DBNBS/•125TenBu (Figura 6A). Um espectro de EPR similar foi obtido usando
nBu125TeH e sBu125TeH. O padrão de desdobramento das linhas do espectro do
aduto radicalar DBNBS/•125TenBu pôde ser atribuído aos átomos de 125Te e um
nitrogênio, dois átomos de hidrogênio e dois de bromo. O espectro experimental foi
simulado com precisão utilizando as seguintes constantes de hipefina: aN = 21,6 G;
aH = 0,7 G; aTe = 15,8 G e aBr = 6,95 G (Figura 6B).
PhTeTePh + NaBH4 + + DBNBSCe(IV)nBuTeTenBu + NaBH4 + + DBNBSCe(IV)
g = 2.0060
0,7 G
21,6 G
Figura 6: Espectro de EPR representativo do aduto radicalar DBNBS/•125TenBu obtido durante a reação de hidrotelutação do fenilacetileno usando 125Te (92% de enriquecimento isotópico). A. Espectro experimental (condições experimentais: Tabela 1). B. Espectro simulado.
A produção de radicais orgânicos centrados em telúrio durante as reações de
hidroteluração usando o método B (Esquema 13) na presença de DBNBS foi
também examinado. Nenhum sinal de EPR foi detectado (Tabela 1, Linhas 11 e 12)
utilizando as condições estabelecidas na literatura.58 No entanto, a adição de uma
solução etanólica saturada de NaBH4 (Tabela 1, Linha 13) levou a produção de um
espectro de EPR similar àqueles observados durante as reações de hidroteluração
utilizando o método A (Figura 2; Tabela 1, Linhas 1-7). Apesar de desnecessário
para as reações de hidroteluração utilizando o método B (Esquema 13), a presença
de NaBH4 na alíquota analisada por EPR demonstrou ser essencial para a detecção
do aduto radicalar DBNBS/•TenBu. ONaBH4 mantém o meio redutor e evita que a
espécie radicalar decaia para uma espécie não radicalar.
10 G A
B
Os fatos comentados acima sugerem que o mesmo mecanismo rege as reações de
hidroteluração independentemente do método hidrotelurante empregado (Esquema
13). Em ambos os casos, radicais centrados em telúrio foram gerados, capturados
pelo DBNBS e seus adutos radicalares foram caracterizados por EPR spin trapping.
As reações de hidroteluração apresentadas na Tabela 1 foram também examinadas
por EPR a baixa temperatura (-196°C), sem captador de spin. Alíquotas das reações
foram diluídas em água, tampão fosfato e THF e congeladas de 2-5 minutos depois
da adição do alceno ou alcino e durante o transcorrer da reação de hidroteluração
(t.a. ou refluxo), reproduzindo as condições apresentadas na Tabela 1. A alíquota da
reação, congelada em N2 líquido, foi transferida para a cela de EPR contendo N2
líquido e então a análise foi feita. Entretanto, nenhum sinal de EPR foi detectado
durante esses experimentos. Esse resultado está de acordo com a rápida relaxação
do spin eletrônico do elétron desemparelhado centrado no átomo de telúrio,
condição que impossibilita sua detecção por EPR. Tendo em vista tudo que foi
discutido, fica claro que a única maneira de se detectar radicais centrados em telúrio
é utilizando a técnica de EPR spin trapping.
Uma vez que não havia relatos na literatura para suportar as proposições descritas
acima, foi necessário analisar os adutos radicalares DBNBS/•TeR com uma técnica
que fornecesse informações sobre a estrutura dessas espécies. Para esse fim foi
escolhida a espectrometria de massa.
A espectrometria de massa se destacou como uma boa alternativa para a
caracterização das espécies presentes nos meios reacionais estudados,
complementando assim as análises de EPR. Foi também uma forma de contornar o
problema de extração/purificação dos adutos radicalares DBNBS/•TeR, uma vez que
as tentativas de isolar essas espécies foram ineficazes.
As soluções contendo o aduto radicalar DBNBS/•TenBu foram analisadas por
espectrometria de massa, utilizando a técnica de ionização electrospray (ESI),
operando em modo positivo. Já as soluções contendo o aduto radicalar
DBNBS/•TePh foram analisadas utilizando a técnica de ionização química à pressão
atmosférica (APCI) em modo positivo, uma vez que a técnica de ESI não se mostrou
eficiente. O APCI/MS oferece uma alternativa para a ionização de moléculas pouco
polares. Com a APCI, a amostra é nebulizada e os analitos são dessolvatados
utilizando fluxo de gás e altas temperaturas (maiores do que no ESI). Os compostos
dessolvatados são quimicamente ionizados através de remoção de elétrons, pois
esse spray de íons passa por uma corona de descarga com grande diferença de
potencial (~ 50 KV).
Como as alíquotas analisadas por massa entraram em contato com a atmosfera
(não foi mantida a atmosfera anaeróbica dos experimentos de EPR), os adutos
radicalares DBNBS/•TeR sofreram redução e protonação. Isso quer dizer que não
foram detectados os adutos radicalares DBNBS/•TeR e sim, as hidroxilaminas
derivadas (Figura 7, m/z 555).
O espectro de massa da reação do fenilacetileno (Figura 7) mostra um cluster
contendo íons com m/z 549, 551, 553, 555, 557, 559 e 561, os quais correspondem
ao íon do composto 12 ([M+Na+3H]+) (Figura 7A), cujo padrão de distribuição de
massa é análogo ao seu espectro simulado (Figura 7B). Devido às condições de
ionização, também foi detectado o íon do composto 11, produto de fragmentação de
12.
Figura 7: Espectos de ESI(+)/MS de uma reação de hidroteluração do fenilacetileno. A. Espectro experimental da reação. B. Espectro de massa simulado de 12, de fórmula molecular C10H14Br2NO4STeNa.
O padrão de distribuição de massa de 12 é consistente com o composto contendo
os isótopos de Br e Te. O Br e o Te têm respectivamente 2 e 8 isótopos, com a
seguinte abundância relativa: 120Te (0.096%), 122Te (2.600%), 123Te (0.908%), 124Te
(4.816%), 125Te (7.140%), 126Te (18.950%), 128Te (31.690%), 130Te (33.800%), 79Br
(50,690%) e 81Br (49,31%). De acordo com o padrão isotópico dos dois elementos,
os íons com m/z 549, 551, 553, 555, 557, 559 e 561 podem ser relacionados com as
múltiplas combinações dos isótopos de Br e Te (Tabela 2).
nBuTeTenBu + NaBH4 + Ph H + DBNBSA
bund
ânci
a R
elat
iva
(%)
m/z
m/z = 555
C10H14Br2NNaO4STe
SH
NHO Te
Br Br
ONa
+
OOH
nBu
SH
HNTeH
Br Br
ONaOOH
+A
B
12 11
Tabela 2: Composição isotópica do cluster iônico de 12 (C10H14Br2NO4STeNa).
m/z composição isotópica
549 120Te81Br81Br, 122Te79Br81Br, 124Te79Br79Br
551 122Te81Br81Br, 124Te79Br81Br, 126Te79Br79Br
553 124Te81Br81Br, 126Te79Br81Br, 128Te79Br79Br
555 126Te81Br81Br, 128Te79Br81Br, 130Te79Br79Br
557 128Te81Br81Br, 130Te79Br81Br
559 130Te81Br81Br
561 132Te81Br81Br
O experimento de massa Tandem (MS/MS) do íon do composto 12 (Figura 8)
apresentou um fragmento iônico com m/z 449, que corresponde a perda do
fragmento nBu e um cluster iônico com m/z 368, 370 e 372, com distribuição
isotópica característica de compostos contendo dois átomos de bromo, condizente à
fragmentação de 12, levando a perda do fragmento nBuTe.
Figura 8: Espectro de ESI(+)-MS/MS do íon de m/z 555.
nBuTeTenBu + NaBH4 + Ph H + DBNBS
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
SH
NHO Te
Br Br
ONaOOH
nBu
[(M-nBu)+Na+3H] = 499
[(M-TenBu)+Na+3H] = 370
[M+Na+3H] = 555
+
+
+
+
12
Como foi dito anteriormente, não foi possível ionizar o aduto radicalar DBNBS/•TePh
por ESI, sendo então necessário utilizar condições mais agressivas de ionização.
Por esse motivo, nos espectros de APCI-MS das reações de hidroteluração que
utilizaram PhTeH, foi detectado apenas um fragmento da hidroxilamina derivada do
DBNBS/•TePh (Figura 9A), cuja distribuição isotópica se iguala perfeitamente com o
espectro simulado de uma espécie de formula molecular C6H6Br2NO2Te (Figura 9C).
Figura 9: Espectros de APCI(+)-MS de uma reação de hidroteluração do felinacetileno. A. Espectro experimental da reação. B. Espectro de massa simulado de 14, de fórmula molecular C12H9Br2NO4STe. C. Espectro de massa simulado de 13, de formula molecular C6H6Br2NO2Te.
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
S
NHO Te
Br Br+
OHOO
C12H9Br2NO4STem/z = 551
C6H6Br2NO2Te
m/z = 410
OH
NHO TeH
Br Br+
PhTeTePh + NaBH4 + Ph H + DBNBS
A
B
C
13 14
O experimento APCI(+)-MS/MS de cada um dos íons do cluster centrado no íon m/z
410 (Figura 10) apresentou um cluster iônico centrado no íon de m/z 282 como
fragmento comum, representando a perda de Te e adição de um grupo OH. Além da
m/z, o padrão de distribuição isotópica dos dois átomos de Br comprova as
estruturas de 15.
.
Figura 10: Espectros de massa APCI(+)-MS/MS de cada íon do cluster referente à 13.
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
OH
NHO H
Br Br+
OH
NHO TeH
Br Br+
PhTeTePh + NaBH4 + Ph H + DBNBS
13 15
A formação de um radical centrado em telúrio durante reações de hidroteluração foi
confirmada por EPR spin trapping e por experimentos de massa. O valor
inesperadamente alto da constante de desdobramento aN dos adutos radicalares
DBNBS/•TeR pode ser racionalizado pela estabilização da carga no átomo de
nitrogênio que está ligado covalentemente ao átomo de telúrio (Esquema 15),
aumentando a contribuição da forma canônica 16 para o hibrido de ressonância do
grupo funcional nitróxido. Além da estabilização da carga proporcionada pelo átomo
de telúrio, a polaridade da água presente na mistura reacional analisada por EPR
também foi um fator que contribuiu para a estabilização da forma canônica 16. A
somatória desses dois fatores aumentou a densidade de spin no átomo de
nitrogênio, aumentando assim o valor de aN.59
Esquema 15: Híbridos de ressonância dos adutos radicalares DBNBS/•TeR.
Devido ao volume do átomo de telúrio, o elétron desemparelhado notadamente
centralizado no átomo de nitrogênio, não consegue interagir com os hidrogênios das
cadeias alifáticas e aromáticas ligadas do outro lado do átomo de telúrio. Essa
blindagem causada pelo átomo de telúrio faz com que não seja possível diferenciar
os espectros de EPR de espécies tão distintas como o DBNBS/•TenBu e
DBNBS/•TePh. Dessa maneira, a análise de massa se mostrou essencial para a
elucidação das estruturas dos adutos radicalares gerados e consequentemente,
N TeR
ON TeR
O
+
-Br
BrO3S O3S Br
Br
16
confirmar as identidades das espécies radicalares geradas durante as reações de
hidroteluração.
O desdobramento extra dos sinais dos espectros de EPR do nBu125TeH e sBu125TeH
obtidos durante as reações de hidroteluração usando 125Te (92% de enriquecimento
isotópico) provou que o átomo de telúrio está ligado covalentemente ao átomo de
nitrogênio do aduto radicalar (Figura 4, Esquema 15).
No caso das reações de hidroteluração usando o método “hidrotelurante” B
(Esquema 13), apenas após a adição de NaBH4 foi possível detectar o aduto
radicalar DBNBS/•TenBu. A presença do agente redutor se provou essencial para a
estabilização do aduto como uma espécie radicalar.
Os resultados discutidos até aqui provam que as reações de hidroteluração seguem
por uma via radicalar (Esquema 16), independentemente do método utilizado para a
geração da espécie hidrotelurante.
Sob condições de fotólise (Tabela 1, Linhas 21-23), soluções contendo RTeH na
presença de DBNBS geram os mesmos sinais de radical observados durante as
reações de hidroteluração (Tabela 1, Linhas 1-7), demonstrando que a incidência de
luz provoca a clivagem homolítica da ligação Te-H. Esse dado suporta a proposta de
que a luz é o agente que desencadeia a formação do radical teluroil 18 (RTe•) nas
reações de hidroteluração, sendo essa então a etapa de iniciação da reação
radicalar (Esquema 16). Pode-se esperar então que com uma incidência normal de
luz (Tabela 1, Linhas 31-34) o radical RTe• 18 também deve ser formado, mas não
pôde ser detectado por EPR uma vez que ele deveria estar presente no meio
reacional em quantidades abaixo do limite de detecção do aparelho.
Esquema 16: Reação em cadeia proposta como mecanismo das reações de hidroteluração.
Depois que o alcino é adicionado, a propagação se inicia e a concentração de 18
aumenta após alguns minutos, conforme observado durante os experimentos de
EPR. A detecção por EPR desse radical no meio reacional e a manutenção da
reação em cadeia são decorrentes da terceira etapa. Na terceira etapa o radical 18
ataca a ligação C≡C de 19, levando a formação do radical vinílico 20 que abstrai o
átomo de hidrogênio de uma segunda molécula de RTeH 17 presente no meio
reacional, regenerando o radical centrado em telúrio 18, continuando assim o ciclo.
ciclo radicalar
R1
H
RTe R1 HTeR
H
TeRR1
H
rápido
2 RTeH + H
baixa concentração
iniciação: EtOH RTe
RTe
H
RTe
R1 H
RTeTeR + NaBH4 2 2hv
17
18
18
18
19
17
20
20
Além dos dados de EPR, dados termodinâmicos suportam a proposta da reação em
cadeia. É mais razoável que o radical vinílico abstraia o hidrogênio do RTeH ao
invés do EtOH, uma vez que a energia calculada para a clivagem homolítica da
ligação O-H do EtOH (94 kcal mol-1) é maior do que a da ligação Te-H: 58 kcal mol-1
para nBuTeH o e 54 kcal mol-1 para o PhTeH. Sendo assim, a cada ciclo da reação
uma nova molécula do radical 17 é gerada. Dessa maneira, concentração
instantânea da espécie é mantida constante durante o decorrer da reação, bem
como foi observado nos experimentos de EPR spin trapping. A terminação do ciclo
radicalar pode ser conseqüência do consumo total do alcino ou do acoplamento de
dois radicais centrados em telúrio.
Evidenciada a existência de radicais centrados em telúrio, pôde-se então propor o
mecanismo de oxidação do telurol por oxigênio molecular (Esquema 17), utilizando
como referência o mecanismo de oxidação de glutationa (GSH).19
Esquema 17: Oxidação do telurol por O2.
+ HTeR RTe TeR H
O2
O2
RTe TeR + H
baixa concentração
RTe
A reação de tetracloreto de telúrio e tricloretos de telúrio arílicos com alcinos, TeCl4 e
ArTeCl3 (Ar: grupo arila), geram teluretos vinílicos tri ou tetrasubstituidos, cuja
estereoquímica é definida pelos grupos presentes no substrato insaturado.
A estéreo e regioquímica dessas reações foram amplamente exploradas,60-64 assim
como o arranjo tridimensional e as estruturas supramoleculares dos produtos
cristalinos dos compostos de Te(IV).65-71 Foi sugerido72 que o mecanismo dessas
reações era iônico, podendo ocorrer por dois caminhos: adição concertada syn
(Esquema 18A) ou adição anti (Esquema 18B). No caso da adição anti, é proposto
que a hidroxila do substrato insaturado é o grupamento determinante para a
formação do intermediário 21 e o conseqüente controle régio e estereoquímico da
reação. A não existência de estudos acerca do mecanismo deixou claro que os
mesmos foram postulados com base nas análises dos produtos isolados
Esquema 18: Mecanismos propostos para a adição de TeCl4 à alcinos.
Diferentemente do caso das reações de hidroteluração, nenhum estudo de EPR spin
trapping em reações envolvendo compostos de Te(IV) havia sido relatado na
literatura.
Me Ph + TeCl4Me Ph
Cl3Te Cl
Me
Cl3Te Cl
Phadição syn
HO
Ph+ TeCl4
Te
HPh
HOClCl
Cl
Cl
Cl3Te H
ClHOPh
adição antiH
A
B
21
22
23
Tendo como base as metodologias empregadas no estudo do mecanismo das
reações de hidroteluração, o uso da técnica de detecção direta de radicais por EPR
foi inicialmente descartado e o EPR spin trapping foi eleito como a metodologia para
tentar detectar alguma espécie radicalar na reação de adição de haletos de Te(IV) à
alcinos.
O caráter iônico de duas ligações Te-Cl dos cloretos de telúrio (IV),73
TeCl4 ou RTeCl3, faz
com que esses reagentes sejam extremamente sensíveis a água, assim como os produtos das
reações de adição 22 e 23 (Esquema 18) desses haletos à alcinos também o são. Na presença
de água, uma ou duas moléculas de H2O atacam o átomo de telúrio, liberando HCl no meio
reacional (Esquema 19).
Esquema 19: Hidrólise do TeCl4.
O grande obstáculo inicial desse estudo foi equacionar a solubilização dos
captadores de spin disponíveis (Esquema 14) em outros solventes que não a água.
Como a maioria dos captadores foi desenvolvida para estudos de radicais em meio
biológico, eles se apresentam na forma iônica. Para contornar o problema, foram
utilizadas soluções anidras etanólicas e/ou metanólicas dos captadores.
De todos os espectros de EPR obtidos, apenas alíquotas da reação misturadas com
uma solução metanólica de DBNBS apresentaram sinais detectáveis de radicais. Os
espectros detectados consistiam em um triplo dubleto (Figura 11A) que foi atribuído
Cl3Te Cl
H2O
- HCl Cl2Te Cl
OH
H2O
+ H2O
- HCl (HO)2TeCl2
aN = 21.6G
aH = 0.7G
aH = 5.8G
aN = 13.7G
Ph Me + TeCl4 + DBNBS Ph H + BuTeH + DBNBS
a desdobramento de hiperfinas referente à interação do spin do elétron
desemparelhado com o spin nuclear de um átomo de nitrogênio e um de hidrogênio
(aN = 13,7 G and aH = 5,65 G), largura de linha de 2,5 G e um valor =2.0085. O valor
de aN dos espectros de EPR é característico de radicais centrados em carbono
ligados ao grupo nitroso do DBNBS.54
Figura 11: Espectros de EPR representativos dos adutos radicalares de DBNBS. A reação de
adição TeCl4 ao alcino (12 scans). B reação de hidroteluração do alcino (4 scans).
A detecção dos sinais de EPR não foi imediata. Foram necessários de 15 a 30
minutos de incubação da alíquota da reação com a solução de DBNBS para que
fossem detectados os sinais de radicais. A fim de garantir uma análise comparativa
das reações, os espectros de EPR foram feitos após 30 min de incubação.
Alíquotas da reação foram coletadas a cada 15 min durante o progresso da reação
de adição de haletos de Te(IV) à alcinos (0-3 horas) e misturadas com DBNBS,
g=2,0085 g=2,0060
A B
H + TeCl4 + DBNBSHO
Ph Ph + TeCl4 + DBNBSH + TeCl4 + DBNBS
Ph Me + DBNBSMeO TeCl3+ Ph Me + DBNBSMeO TeI3+
apresentando intensidade de sinal de EPR semelhantes, indicando que o aduto
radicalar de DBNBS formado manteve a mesma concentração instantânea durante o
curso da reação. Os adutos radicalares formados eram estáveis por cerca de 2
horas e depois começaram a decair para espécies não radicalares, provavelmente
por redução radicalar como inferido por análises de espectrometria de massa.
Alíquotas retiradas no tempo final da reação, quando os alcinos foram quase que
completamente consumidos, geraram um espectro menos intenso de EPR,
provavelmente devido ao consumo da espécie paramagnética reativa.
Independente do alcino e do composto de Te(IV) empregado (TeCl4, ArTeCl3,
ArTeI3; onde Ar = p-metóxifenila), todas as reações analisadas produziram um
espectro de EPR similar (Figura 12, Tabela 3), indicando que uma mesma espécie
radicalar foi gerada em todas as reações.
Figura 12: Espectros de EPR representativos do aduto radicalar DBNBS obtido durante as reações de adição de haletos de Te(IV) à alcinos. Condições experimentais: vide Tabela 3.
Para fins comparativos, foram feitos espectros de EPR do bruto reacional da reação de TeCl4
com prop-1-inilbenzeno, usando uma solução aquosa de DBNBS ao invés da solução
metanólica de DBNBS. Ao misturar as duas soluções, de DBNBS com uma alíquota da
reação, verificou-se a formação de um precipitado branco no frasco. Esse precipitado
gelatinoso provavelmente continha os produtos de hidrólise das espécies de telúrio. O
espectro dessa mistura apresentou um fraco sinal de radical (Figura 13), que se mostrou
completamente diferente daqueles detectados com solução metanólica de DBNBS (Figura
11A e 12).
Figura 13: Espectro de EPR obtido de uma mistura de uma aliquota da reação do TeCl4 com
o prop-1-inilbenzeno com solução aquosa de DBNBS.
Ph Me + TeCl4 + DBNBS
Tabela 3: Reações e Experimentos Controle.
Linhas Reações a-c hfse(G)
aN aH
1 TeCl4 + PhC≡CPh 12,7 5,65
2 TeCl4 + PhC≡CMe 12,7 5,65
3 TeCl4 + PhC≡CH 12,7 5,65
4 TeCl4 + PhC≡C(CH2)3CH3 12,7 5,65
5 TeCl4 + HC≡CCH2OH 12,7 5,65
6 125TeCl4 + PhC≡CMe 12,7 5,65
7 TeCl4 + PhC≡CMe, C6D6 12,7 5,65
8 TeCl4 + PhC≡CMe, DBNBS/MeOD-d4 12,7 5,65
9e,f TeCl4 + PhC≡CMe, DBNBS/H2O sinal não mensurável
10 ArTeCl3 + PhC≡CMe 12,7 5,65
11 ArTeI3 + PhC≡CMe 12,7 5,65
12 TeCl4, ArTeCl3 ou ArTeI3 nenhum sinal
13d PhC≡CMe nenhum sinal
14d Ph(Cl)C≡C(Me)TeCl3 nenhum sinal a Todas as alíquotas analisadas, inclusive as dos controles, estavam diluídas em uma mistura benzeno/metanol ~1:1 (v/v). b Todas as reações foram feitas com agitação constante e equipadas com tubo de secante de CaSO4. Todos os espectros (exceto os dos experimentos controle) foram obtidos após 30 min de incubação da mistura de alíquotas das reações (equivalente a 60 mmol-1 do haleto de Te(IV)) com uma solução metanólica de DBNBS (equivalente a 6,0 mmol-1). Todas as alíquotas foram coletadas com as reações à t.a.. Condições experimentais: potência do microondas, 20 mW; tempo de coleta, 20,48 ms; modulação da amplitude, 0,5 G; ganho, 3,17 x 104; 12 ou 24 scans. c De quase todas as reações, experimentos paralelos foram feitos com os captadores de spin MNP, PBN e DMPO (dissolvidos em etanol, metanol ou água), mas não foram detectados sinais de EPR mesmo após 50 scans e alto ganho no equipamento. d
Solução do composto insaturado (20 mmol-1). e Sinal muito fraco, com aN e aH muito difícil de observar mesmo depois de 50 scans. f benzeno/água ~1:1 (v/v). e hfs = hyperfine spliting (desdobramento de hiperfinas).
Apesar do valor de aN cair dentro da faixa usual de radicais de carbono ligados ao
DBNBS, a priori poder-se-ia sugerir que os espectros de EPR detectados nesses
experimentos seriam referentes ao ataque de um radical •TeCl3 ao DBNBS, levando
a formação do aduto radicalar de DBNBS 24 (Figura 14) análogo ao aduto 10
(Figura 3) que foi detectado durante as reações de hidroteluração. Para avaliar se o
átomo de telúrio estaria ligado diretamente ao átomo de nitrogênio, foi feito um
experimento controle utilizando 125TeCl4. A estrutura desse possível aduto e seu
espectro simulado são apresentados na Figura 14.
Figura 14: Espectro simulado do aduto radicalar 24, contendo 125
Te (I=1/2). aN=13,7G;
aH=5,8G e aTe=15,8G.
O reagente enriquecido isotopicamente foi preparado e utilizado in situ, levando a
detecção de um espectro idêntico ao detectado usando 130TeCl4.(Tabela 3, Linhas 1
e 6). Esse resultado demonstrou que o aduto radicalar de DBNBS detectado por
EPR não continha um átomo de telúrio diretamente ligado ao átomo de nitrogênio do
DBNBS.
Sabe-se que radicais de carbono do tipo sigma 25 (radicais vinílicos) não podem ser
detectados por EPR spin trapping, porém têm a capacidade se adicionar ao
benzeno, levando a formação do radical ciclohexadienila 26 (Esquema 20).74 Com
base nesse pressuposto, o radical 26 poderia se adicionar ao DBNBS, gerando o
aduto radicalar 27, cujo desdobramento de hiperfinas de seu espectro de EPR seria
compatível ao observado durante as reações de adição de haletos de Te(IV) à
alcinos.
5.8G
SO3
NO
125TeX3
H
Br Br
H-
24
R
R
DBNBS
SO3
BrN
Br
O
R
H
+
25 26
27
Esquema 20: Adição de um radical de carbono ao DBNBS, levando a formação do aduto
radicalar 27, cujo espectro de EPR se desdobraria em um duplo tripleto (aN= 13.7G, aH=
5.8G).
Para verificar essa hipótese, foram feitos experimentos controle utilizando benzeno-
d6 como solvente das reações. Vale ressaltar que o spin nuclear do deutério é I=1,
portanto diferente do hidrogênio que tem I=1/2. O espectro simulado do aduto
radicalar 28 seria similar ao apresentado na Figura 15 e completamente diferente
dos espectros detectados (Figuras 11A e 12).
Figura 15: Espectro simulado do aduto radicalar proposto 28, contendo D (I=1) no lugar de
H (I=1/2). aN=13,7G e aD=5,8G.
A reação controle usando benzeno-d6 (Tabela 3, Linhas 1 e 7) levou a detecção de
um espectro de EPR semelhante ao espectro da Figura 11A, demonstrando que o
aduto radicalar 28 (Figura 15) não se formou. Portanto a hipótese do ataque de um
radical vinílico ao solvente foi também descartada.
Analisando artigos relacionados ao assunto, a fim de encontrar alguma outra
explicação para a formação de um aduto radicalar de DBNBS durante as reações de
adição de haletos de Te(IV) à alcinos, verificou-se que radicais de estanho são
capazes de abstrair homoliticamente o bromo de anéis aromáticos (Esquema
21A).75, 76 Uma vez que o DBNBS possui dois átomos de bromo em sua estrutura, foi
proposto que o aduto radicalar 33 (Esquema 21B) seria a espécie detectada pelo
5.8G G
SO3
Br
N
Br
O
R
D
DD
DD
28
EPR. Sua estrutura é compatível com o desdobramento de hiperfinas do espectro de
EPR observado durante as reações de adição de haletos de Te(IV) a alcinos (Figura
10A). O mecanismo que leva a formação do radical aromático 32 (Esquema 21B)
seria análogo ao desencadeado pelo radical de estanho 29 (Esquema 21A). O
radical •TeCl3 31 (Esquema 21B), gerado durante as reações de adição de haletos
de Te(IV) à alcinos, reagiria com o DBNBS 30 presente em solução, formando o
radical aromático 32. O radical 32 seria captado por outra molécula de DBNBS,
gerando por fim o aduto radicalar de DBNBS 33, que seria a espécie detectada por
EPR.
Esquema 21: Mecanismos de formação de radicais centrados em carbono de anéis
aromáticos. (A) reação promovida por radicais de estanho e (B) reação promovida por
radicais de telúrio, levando a formação da espécie 33 detectada por EPR.
Para confirmar a estrutura dos adutos radicalares de DBNBS detectados por EPR,
foi utilizada a espectrometria de massa. As espécies de interesse foram ionizadas
por electrospray (ESI), operando em modo positivo e negativo. Assim como no caso
das reações de hidroteluração, as espécies detectadas pelo espectrômetro não se
encontravam na forma de radical.
Apesar de terem sido variados diversos parâmetros no equipamento, inclusive o
modo de ionização, não foi detectado o cluster iônico com distribuição isotópica
referente a espécie 33 (Esquema 21B). No entanto, foram detectadas espécies
Br
R
R
+ SnR3
R
R
+ BrSnR3
Br
N
TeCl3
O3S
BrO
+
N
O3S
BrO
+ DBNBS
- BrTeCl3
N
O3S
BrO
NO
SO3
Br
H
Br
A
B
30 31 32
29
33
análogas, as quais diferentemente do proposto, continham um átomo de telúrio em
sua estrutura (Figura 16). Por terem massas parecidas, ocorreu a sobreposição de
seus clusters iônicos e pares dessas moléculas foram detectadas nos espectros de
ESI(+)-MS (Figuras 17B e 18B).
Figura 16: Estruturas das espécies de Te(IV) detectadas por ESI(+)-MS.
Na Figura 17 é apresentado o espectro de massa experimental da reação de adição
do TeCl4 ao 1,2-difeniletileno (Figura 17B). Esse espectro mostra um cluster
contendo íons com m/z 812, 810, 808, 806, 805, 803 e 800, os quais correspondem
à detecção das espécies 34 e 35, cujo padrão de distribuição isotópica é compatível
com a somatória dos seus espectros simulados (Figuras 17A e 17C).
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeClCl
+ N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeOHCl
+N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeClMeO
+ N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeOHMeO
+
34 36 37 35
792 794 796 798 800 802 804 806 808 810 812 8140
100
%
0
100
%
0
100
%
806
805
803
800
808
810
812
805
803
801
799
797
807
808
810
812
803
801
799
796
795
805
806
808
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeClCl
+
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeClMeO
+
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
Ph Ph + TeCl4 + DBNBS
A
B
C
34
35
Figura 17: Espectros de ESI(+)-MS do cluster centrado no íon de m/z 806. A Espectro simulado da espécie com fórmula molecular C13H9Br3N2S2O9TeCl. B
Espectro experimental ampliado apresentando o cluster centrado no íon de m/z 805 como somatória das espécies simuladas. C Espectro simulado da espécie com fórmula molecular C12H6Br3N2S2O8TeCl2. Na Figura 18 é apresentado o espectro de massa experimental da reação de adição
do TeCl4 ao prop-1-inilbenzeno (Figura 18B). Esse espectro é análogo ao
apresentado na Figura 17B, porém nessa alíquota foram detectadas as espécies 36
e 37. O padrão de distribuição isotópica desse cluster é compatível com a somatória
dos seus espectros simulados (Figuras 18A e 18C).
Figura 18: Espectros de ESI(+)-MS do cluster centrado no íon de m/z 787. A Espectro
simulado da espécie com fórmula molecular C12H7Br3N2S2O9TeCl. B Espectro ampliado
apresentando o cluster centrado no íon de m/z 787 como somatória das espécies simuladas. C
Espectro simulado da espécie com fórmula molecular C13H10Br3N2S2O10Te.
771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 7950
100
%
0
100
%
0
100
%
789
787
785
782781
791
792
794
787
785
783
781784
786
789
788
791
790792
785
783
781
778
777
786
788
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeOHMeO
+
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeOHCl
+
Ph Me + TeCl4 + DBNBS
A
B
C
36
37
Vale ressaltar que os espectros de ESI(+)-MS apresentados nas Figuras 17e 18 são
ampliações da região de interesse. Os espectros não ampliados estão na seção de
anexos (Anexos 1 e 2).
O experimento de massa Tandem (MS/MS) do íon com m/z 805 (Figura 19) se
fragmentou em um cluster centrado no íon com m/z 413, referente a espécie 38.
Esse fragmento corresponde a perda de uma molécula de DBNBS, dois átomos de
Cl e a adição de OH. A identidade do íon fragmentado pôde ser comprovada pela
similaridade do padrão de distribuição isotópica do espectro experimental (Figura
19A) com o espectro simulado para uma espécie com fórmula molecular
C6H4BrNO5STe (Figura 19B)
Figura 19: Espectro de ESI(+)-MS/MS do íon de m/z 805. A Espectro experiemental. B Espectro simulado da espécie com fórmula molecular C6H4BrNO5STe.
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840m/z0
100
%
0
100
%
413
411
409
407
805
415
417
413
411
409
407
405
415
N
O NBr
SO3H
O
Br
Br
HO3S
TeClCl
+N
Br
SO3H
OTe
HO- DBNBS, - 2 Cl, + OH
Ph Ph + TeCl4 + DBNBS
C6H4BrNO5STem/z = 413
34 38
Alterando o modo de ionização do spray de ionização para o modo negativo,
inicialmente nenhuma espécie contendo ligação N-Te foi detectada. Após inúmeras
tentativas, as alíquotas da reação foram sucessivamente diluídas, reduzindo a
concentração final do TeCl4 em relação ao DBNBS. Foram feitos diversos testes de
diluição até encontrar a condição apropriada. Quando a concentração do TeCl4 ficou
3 vezes menor do que a do DBNBS, o espectro apresentado na Figura 20 foi obtido.
Duas explicações para racionalizar a necessidade de diluição são exeqüíveis: o
excesso do reagente de telúrio presente em solução poderia estar dificultando a
ionização dos produtos de interesse ou então o excesso de TeCl4 levaria ao
aumento da concentração do radical •TeCl3 em solução, favorecendo o processo de
clivagem homolítica da ligação C-Br do DBNBS, direcionando cineticamente a
formação do aduto 33 (Esquema 21B) em detrimento da formação das espécies
apresentadas na Figura 20.
SO3
Br
N
Br
O
SO3
Br
N
Br
TeHO OHCl
OH
SO3
Br
N
Br
TeHO OMeCl
OH
SO3
Br
N
Br
TeHO ClCl
Cl
SO3
Br
N
Br
TeHOO ClCl
OMe
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
Ph Ph + TeCl4 + DBNBS
42
41
40
39
Figura 20: Espectro de ESI(-)-MS dos derivados do DBNBS/•Te(IV).
A estrutura das espécies detectadas foi comprovada pelo padrão de distribuição
isotópica, que pode ser confirmada por simulação (Figuras 21 e 22). A Figura 21
mostra o espectro de massa ESI de 41 (Figura 21B) e seu espectro simulado (Figura
21A). O espectro de massa mostra um cluster contendo íons com m/z
571, 573, 575, 577, 579 e 581, os quais correspondem a um íon molecular de 41
([M]-) (Figura 21B), cujo padrão de distribuição isotópica é análogo ao espectro
simulado (Figura 21A) e completamente diferente de uma espécie imaginária com a
mesma massa (m/z 577,6), porém sem o átomo de telúrio (Figura 21C).
Figura 21: Espectros de ESI-MS do cluster centrado no íon de m/z 577. A Espectro simulado da espécie de fórmula molecular C6H3Br2Cl3NO4STe. B Espectro
experimental ampliado apresentando o cluster centrado no íon de m/z 577 e fórmula molecular C6H3Br2Cl3NO4STe. C Espectro simulado de uma espécie imaginária de
m/z 577, porém sem Te.
1 0 u L m in b o m b a in fu s o r a
5 5 2 5 5 4 5 5 6 5 5 8 5 6 0 5 6 2 5 6 4 5 6 6 5 6 8 5 7 0 5 7 2 5 7 4 5 7 6 5 7 8 5 8 0 5 8 2 5 8 4 5 8 6 5 8 8 5 9 0 5 9 2 5 9 4 5 9 6 5 9 8m /z0
1 0 0
%
0
1 0 0
%
0
1 0 0
%
5 7 7 .75 7 5 .7
5 7 3 .7
5 7 1 .7
5 6 9 .7
5 7 9 .7
5 8 1 .7
5 5 5 .6
5 5 3 .8
5 5 7 .45 5 7 .8
5 5 9 .6 5 9 3 .55 9 1 .75 6 1 .6
5 6 1 .8
5 8 9 .95 7 5 .6
5 7 3 .45 6 2 .05 7 1 .95 6 3 .6
5 7 7 .6 5 7 9 .7
5 7 9 .4 5 8 0 .0 5 8 3 .8
5 9 5 .5
5 9 5 .3 5 9 5 .9
5 9 7 .5
5 7 7 .8
5 7 5 .8
5 7 9 .8
5 8 1 .8
5 8 3 .8
A
B
C
C6H3Br2Cl3NO4STe
C6H133Br2Cl3NO4S
1 0 u L m in b o m b a in fu s o r a
5 5 2 5 5 4 5 5 6 5 5 8 5 6 0 5 6 2 5 6 4 5 6 6 5 6 8 5 7 0 5 7 2 5 7 4 5 7 6 5 7 8 5 8 0 5 8 2 5 8 4 5 8 6 5 8 8 5 9 0 5 9 2 5 9 4 5 9 6 5 9 8m /z0
1 0 0
%
0
1 0 0
%
0
1 0 0
%
5 7 7 .75 7 5 .7
5 7 3 .7
5 7 1 .7
5 6 9 .7
5 7 9 .7
5 8 1 .7
5 5 5 .6
5 5 3 .8
5 5 7 .45 5 7 .8
5 5 9 .6 5 9 3 .55 9 1 .75 6 1 .6
5 6 1 .8
5 8 9 .95 7 5 .6
5 7 3 .45 6 2 .05 7 1 .95 6 3 .6
5 7 7 .6 5 7 9 .7
5 7 9 .4 5 8 0 .0 5 8 3 .8
5 9 5 .5
5 9 5 .3 5 9 5 .9
5 9 7 .5
5 7 7 .8
5 7 5 .8
5 7 9 .8
5 8 1 .8
5 8 3 .8
A
B
C
C6H3Br2Cl3NO4STe
C6H133Br2Cl3NO4S
C6H133Br2Cl3NO4S
m/z = 577.8
C6H3Br2Cl3NO4STe
m/z = 577.8
Ph Ph + TeCl4 + DBNBS
A
B
C Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
41
O mesmo tratamento de simulação foi feito para as outras espécies detectadas, e
seus espectros experimentais e simulados são apresentados na Figura 22.
Figura 22: Espectros de ESI(-)-MS dos compostos derivados do aduto radicalar
DBNBS/•TeCl3. A Espectro simulado das espécies detectadas. B Espectro experimental ampliado na região dos compostos de Te(IV) detectados. C Espectro simulado de espécies imaginárias de mesma m/z das espécies detectadas, porém sem Te.
530 535 540 545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 6050
100
595.6
591.6
597.6
599.6
579.6
575.6
581.6
583.6
541.7
539.7545.7
557.7
530 535 540 545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 6050
100598.7
600.7
582.7
584.7
558.8
556.8
560.8
544.8
542.8
546.8
530 535 540 545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 6050
100 x124 555.6
541.6
537.6
533.5545.8
549.5
593.5559.6
577.6561.8573.7 587.6581.6
597.7
603.7
A
B
C
m/z
Rel
a tiv
e ab
und a
n ce
(%)
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OMe)
OH
SO3-
Br Br
NO TeCl2(OMe)
OH
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OH)2
SO3-
Br Br
NOH TeCl3
SO3
Br
N
Br
TeHOO ClCl
OMe
SO3
Br
N
Br
TeHO ClCl
Cl
SO3
Br
N
Br
TeHO OMeCl
OH
SO3
Br
N
Br
TeHO OHCl
OH
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
Foram feitos experimentos de massa Tandem (MS/MS) de cada um dos compostos
(Figura 23). Todos os compostos apresentaram um padrão de fragmentação similar,
sendo que o íon final invariavelmente era o DBNBS. Esses dados comprovam que
todas as espécies detectadas continham uma molécula de DBNBS em sua estrutura.
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OMe)
OH
SO3-
Br Br
NO TeCl2(OMe)
OHRel
ativ
e ab
unda
nce
(%)
2 4
0
100 343.5557.4
593.6573.7
340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 6000
100343.9
557.6361.0 482.2433.2406.0393.3 509.4 531.1 593.5572.9
m/z
0
100 343.6
541.5377.5
363.3 504.6478.1389.5 439.1416.3 454.5 519.5
SO3-
Br Br
NO
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OH)2
SO3-
Br Br
NOH TeCl3
1 3
0
100541.5
343.5
577.6
- HTeCl(OH)2 - 2 Cl-
+ 2 OH-
DBNBS
SO3-
Br Br
NO
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OH)2
1
- HTeCl(OH)2
DBNBS
SO3-
Br Br
NO
- HOTeCl(OMe) - Cl-
+ H+
DBNBS
SO3-
Br Br
NOH TeCl(OMe)
OH
2
SO3-
Br Br
NO
- HOTeCl(OMe)
DBNBS
Figura 23: Espectros de ESI(-)-MS/MS das espécies de Te(IV) detectadas.
SO3
Br
N
Br
TeHO ClCl
Cl
SO3
Br
N
Br
O
- 2 Cl
+ 2 OH
SO3
Br
N
Br
TeHO OHCl
OH
SO3
Br
N
Br
O
- TeCl(OH)2
SO3
Br
N
Br
TeHO OHCl
OH
SO3
Br
N
Br
O
- TeCl(OH)2
SO3
Br
N
Br
TeHO OMeCl
OH
- TeCl(OH)OMe - Cl
+ H
SO3
Br
N
Br
TeHOO ClCl
OMe
SO3
Br
N
Br
O
SO3
Br
N
Br
TeHO OMeCl
OH
- TeCl(OH)OMe
Abu
ndân
cia
Rel
ativ
a (%
)
m/z
Alem das fragmentações, os espectros de ESI(-)-MS/MS detectaram a troca Cl/OH
durante a análise, através da detecção dos íons de m/z 541,5 (Figura 23A) e de
557,4 (Figura 23C). Com base nesse resultado se propõe que a troca Cl/OMe e
Cl/OH ocorra durante o processo de ionização/dessolvatação das espécies iônicas.
A descarga de energia térmica e elétrica que ocorrem no cone de ionização devem
ser responsáveis pelas reações de troca Cl/OMe e Cl/OH.
Apesar de terem sido detectadas espécies derivadas do aduto radicalar
DBNBS/•TeCl3 (Figura 20), pode-se considerar que a reação do radical •TeCl3 com o
DBNBS é irrelevante. Apenas traços das espécies derivadas desse aduto radicalar
foram detectadas, uma vez que foi necessário expandir 36 vezes o espectro na
região de interesse (Figura 20). Comparativamente, não foi necessário ampliar a
região dos clusters das espécies derivadas do aduto radicalar 33 (Figuras 17 e 18,
anexos 1 e 2).
Usando as mesmas condições de equipamento, foram feitos espectros de ESI-MS
de uma solução contendo DBNBS e TeCl4 (Tabela 3, Linha 12), a fim de verificar se
o ataque do TeCl4 ao grupo nitroso do DBNBS era uma reação ocorrida durante a
ionização da amostra. Foram feitos vários espectros variando a concentração de
TeCl4 em relação ao DBNBS. Em ambos os modos (positivo e negativo), não foram
detectadas espécies contendo ligação N-Te. Esses experimentos de ESI-MS foram
a prova inequívoca de que o TeCl4 não reage com o grupo nitroso do DBNBS
durante a ionização da amostra. Portanto a reação apresentada no Esquema 22
ocorre no meio reacional e posto isso, pode-se afirmar que o composto 43 é a
espécie ativa no EPR. Vale ressaltar que os parâmetros dos espectros de EPR
estão de acordo com a estrutura de 43.
N
O NBr
SO3
O
Br
Br
O3S
--
H
TeCl3
N
O NBr
SO3
O
Br
Br
O3S
--
H
TeCl2
Cl
N
O NBr
SO3
O
Br
Br
O3S
--
H
TeCl2
Esquema 22: Mecanismo proposto para a formação do aduto radicalar de DBNBS 43 ativo no EPR.
Os resultados discutidos até aqui provam que um radical centrado em telúrio é
formado durante as reações de adição de haletos de Te(IV) à alcinos e as
evidencias experimentais sustentam a proposta de que essas reações seguem por
uma via radicalar (Esquema 23).
43 33
31
ciclo radicalar
R1
R2
XYX2Te
R1
rápido
iniciação:
R2
+ X
baixa concentração
YX2Te
R1 R2
YX3Te
X
R2YX2Te
R1
ou
R1
YX2TeR2
YX2Te
X= Cl ou I
Y= MeO ou Cl ou IYX3Te YX2Te
44 45
45
45
46
47
46
44
48 48
Esquema 23: Reação em cadeia proposta como mecanismo das reações de adição de haletos
de Te(IV) a alcinos.
Na ausência do alcino 46, a concentração do radical 45 é provavelmente muito
pequena para promover a formação do aduto radicalar 43 (Esquema 22), assim
como foi demonstrado no experimento controle (Tabela 3, Linha 12). A propagação
do ciclo radicalar se inicia depois da adição do alcino e a concentração de 45
aumenta. Na próxima etapa, o radical 45 ataca a tripla ligação de 46, formando o
radical vinílico 47, que por sua vez abstrai homoliticamente um átomo X (X=Cl e I) de
uma segunda molécula de 44, formando o telureto vinílico 48, regenerando o radical
centrado em telúrio 45, continuando assim o ciclo. Sendo assim, a cada ciclo da
reação uma nova molécula do radical 45 é gerada. Dessa maneira, concentração
instantânea da espécie é mantida constante durante o decorrer da reação, bem
como foi observado nos experimentos de EPR spin trapping. A terminação do ciclo
radicalar pode ser conseqüência do consumo total do alcino ou da hidrólise do 44.
Os compostos derivados de um processo radicalar (Figura 16) só foram detectados
por ESI-MS em reações utilizando TeCl4. Quando foram empregados ArTeCl3 e
ArTeI3 nenhuma espécie de estrutura análoga foi detectada por ESI(+)-MS nem por
ESI(-)-MS. Provavelmente o grupo Ar (toluila) deve ter dificultado a ionização das
espécies de interesse, assim como o grupo Ph (fenila) impossibilitou a ionização do
aduto DBNBS/•TePh por ESI(+)-MS. Para contornar o problema foi empregada a
ionização por APCI, mas seus espectros de massa também não continham nada de
conclusivo. De acordo com os parâmetros dos espectros de EPR dessas reações
com ArTeCl3 e ArTeI3 (Figura 12), um processo radicalar análogo ao apresentado
nos Esquemas 21B e 22 foi desencadeado, gerando um aduto radicalar de DBNBS
análogo ao 43 que foi detectado nas reações de adição de TeCl4 à alcinos.
Teluretos bis ou tri substituídos 53 (Esquema 24, Figura 24) podem ser obtidos
através da reação sequencial Michael/Aldol induzida por telurolato de lítio. Essa
reação não passa de uma variação da reação de hidroteluração, uma vez que se
utiliza o telurolato de lítio 49 (RTeLi) no lugar do telurol (RTeH). De maneira similar à
reação de hidroteluração, o reagente 49 se adiciona ao alcino 50 e captura um
eletrófilo 51, no caso um aldeído ou uma espécie de silício (Esquema 24).
Diferentemente da via radicalar das reações de hidroteluração, foi proposto um
mecanismo iônico para a reação de sequencial Michael/Aldol, tendo como
intermediário o ânion vinílico 51, que ataca o eletrófilo 52, levando ao telureto vinílico
53. Para facilitar a leitura do trabalho, a reação sequencial Michael/Aldol será tratada
daqui em diante como reação multicomponente, uma vez que estão presentes no
meio reacional o composto de telúrio 49, o composto insaturado 50 e o eletrófilo 52.
nBuTeLi + R1R
BuTe R1n
R
BuTe R1n
EE+
R
49 51
52
50 53
Esquema 24: Reação multicomponente induzida por 49, onde E+ = aldeídos ou Me3SiCl.
Os produtos isolados dessas reações77 apresentaram a mesma regio e
estereosseletividade observadas dos produtos que foram sintetizados utilizando a
reação de hidroteluração (Figura 24).
Figura 24: Alguns teluretos Z-vinílicos obtidos via reação multicomponentes; com alcinos e diferentes eletrófilos.
No primeiro trabalho abordando essa variação da reação de hidroteluração,77 foram
utilizados apenas alcinos como substrato insaturado. Sabendo que a reação de
hidroteluração apresenta a mesma reatividade frente à alcenos e alcinos e visando
ampliar o escopo da reação multicomponentes, alguns meses após a publicação
desse trabalho foram desenvolvidos em nosso laboratório estudos preliminares
substituindo alcinos ativados por alcenos ativados.78 Para esse fim foi escolhido a
but-3-en-2-ona como substrato insaturado e como eletrófilos, o benzaldeído e a
acetofenona (Esquema 25). Mesmo variando algumas condições como temperatura
e tipo de solvente em relação às condições padrão, os produtos esperados 54 e 55
não foram detectados78 por análise de cromatografia gasosa (Esquema 25).
Esquema 25: Reação multicomponente induzida por 49. Reagentes e condições: (i) but-3-en-2-ona, THF, -70°C; (ii) E+ = Ph2CO ou PhCHO, -70°C à t.a., 30 min.
BuTe
HHO
Ph
OMeO
BuTe
HHO
Bu
OMeO
BuTe
H TMS
OMeO
BuTe S
HHO
Ph
PhO O
nBuTeLi
O
TenBu
O
TenBu
E+i, ii
49 54 55
nBuTeLi
OSiMe3
TenBu
OH
TenBu
ou
O
Me3SiClSiMe3
O
TenBu
O
TenBu
OH
Ph
PhCHO
Após determinar o mecanismo das reações de hidroteluração79 e das reações de
adição de haletos de Te(IV) à alcinos,80 a reação multicomponente de alcenos com
diferentes eletrófilos (Esquema 25) foi investigada a fim de entender suas limitações
e tentar assim propor uma metodologia alternativa para a expansão do escopo
dessa reação.
Marino e colaboradores77 propuseram um mecanismo iônico para a reação de
multicomponentes com alcinos (Esquema 24). Vale ressaltar que nenhum estudo
mecanístico foi feito pelos autores.
Então se tomarmos como iônico esse mecanismo e se ele for aplicado na reação
multicomponente envolvendo alcenos, a primeira etapa da seria a adição 1,4 de 49 à
cetona α,β-insaturada 56 e levaria a formação do enolato 57 (Esquema 26). A
segunda etapa seria o ataque de 57 à carbonila do benzaldeído, que levaria a
formação de 58. Como foi mostrado em estudos desenvolvidos em nosso
laboratório,78 o produto 58 não foi isolado (Esquema 26). No entanto a captura do
enolato 59 poderia determinar em qual etapa estaria o gargalo da reação. Se
extrapolarmos as características da reação, conforme foi apresentado no trabalho de
Marino e colaboradores,77 o reagente de silício também poderia capturar o carbânion
α–carbonila, levando ao composto 60.
58
49 56
57
57
59 60
Esquema 26: Proposta de mecanismo iônico da reação multicomponente com a but-3-en-2-ona 56.
Para esse estudo mecanístico, foram empregados alguns procedimentos utilizados
na captura de enolatos em reações de adição 1,4 de reagentes orgânicos de
cobre,81, 82 uma vez que nenhum estudo análogo utilizando reagentes orgânicos de
telúrio foi publicado até então. Conforme descrito na literatura, o Me3SiCl não só
captura enolatos, ele aumenta consideravelmente a velocidade das reações de
adição 1,4 de organocupratos à cetonas α,β-insaturadas,82 além de ser muito estável
frente a reagentes como sódio83 e amidetos de lítio.84, 85
Para as reações de captura de enolatos foi empregado um procedimento padrão
descrito na literatura,86 utilizando como substrato insaturado a but-3-en-2-ona
(Tabela 4, Linha 1). Nessa reação teste, o reagente insaturado e o Me3SiCl foram
adicionados juntos e lentamente à uma solução de nBuTeLi à -78°C. Nenhum dos
produtos esperados (58 e 55, Tabela 4) foi detectado. Então se decidiu adicionar
Me3SiCl antes do substrato insaturado (Tabela 4, Linha 3). Foram também
adicionados aditivos polares, que quando usados em combinação com Me3SiCl,
aumentam a reatividade de reagentes de organocobre.81 Em nenhuma das
condições o produto esperado foi detectado.
Tabela 4: Condições para a captura do enolato 59.
nBuTeLi
O
TenBu
Me3SiCl
OSiMe3
TenBu
ouO
O
TenBu
OH
PhPhCHO
59 58 55
a Todas as reações foram feitas utilizando but-3-en-2-ona e Me3SiCl recém destilados e em uma escala de 3,0 mmol de nBuTeLi. Após o tempo de reação à baixa temperatura, o banho de refrigeração foi retirado e a reação foi terminada após atingir a temperatura ambiente (~30 min). Em todas as reações foi detectada por CCD a mesma mistura complexa de produtos. O produto majoritário dessa mistura foi isolado em pequena quantidade (30mg) e sua caracterização por H1RMN mostrou que ele não continha o grupamento nBuTe. b O Me3SiCl foi adicionado 15 min depois da adição do substrato insaturado. c HMPA = hexametilfosforamida e DMAP = 4-dimetil amino piridina.
Experimentos controle foram feitos para verificar a reatividade do Me3SiCl com
nBuTeLi. Soluções incolores de nBuTeLi em THF à -70oC se mantiveram visualmente
inalteradas na presença de dois equivalentes de Me3SiCl por 30 min. Aumentando a
temperatura da reação de -70oC para t.a., nenhuma mudança visual foi observada. É
descrito na literatura que telurolatos de lítio (RTeLi) reagem muito lentamente com
cloretos de silício e que essa reação se dá após um tempo reacional prolongado (18-
30h) e usualmente necessitam de aquecimento.87-89 Mesmo assim, a compatibilidade
dos dois reagentes foi avaliada ao se adicionar 5,0 equivalentes de EtOH nessa
mistura, a fim de se gerar nBuTeH no meio reacional. Dessa maneira pôde-se avaliar
a quantidade de nBuTeLi remanescente em solução por meio da reação de
hidroteluração do fenilacetileno (Esquema 27). Após a adição do fenilacetileno, o
produto de hidroteluração 61 foi isolado com 85% de rendimento, comprovando que
o Me3SiCl é estável na presença de nBuTeLi, uma vez que o rendimento isolado de
61 foi muito próximo do rendimento relatado na literatura (88%).58
Linha Trapeador (eq.) Aditivo (eq.) Temperatura (°C)
Tempo (h)
1b Me3SiCl (2,0) - -78 0,5 2b Me3SiCl (2,0) - -70 0,5 3 Me3SiCl (2,0) - -70 0,5 4 Me3SiCl (2,0) HMPAc (2,0) -70 0,5 5 Me3SiCl (2,0) DMAPc (2,0) -70 0,5
nBuTeLiH
BuTe Phn
Hi, ii, iii
61
Esquema 27: Reação de hidroteluração do fenilacetileno. Reagentes e condições: (i) Me3SiCl, THF, -70°C, 30 min; (ii) EtOH, t.a., 10 min; (iii) fenilacetileno, t.a., 30 min.
Como foi visto nesses experimentos, em nenhuma das condições foi capturado o
enolato proposto como intermediário das reações multicomponentes, deixando como
indício uma falência da proposta iônica da reação.
Estudos desenvolvidos por Yamago e colaboradores44, 45, 90 mostraram que radicais
centrados em telúrio são utilizados como iniciadores radicalares em reações de
polimerização. Tendo em vista essa possibilidade, foram feitos estudos de EPR em
busca de espécies radicalares. Para essas investigações mecanísticas foi
empregada a técnica de EPR spin trapping, utilizando 3 cetonas α,β-insaturadas, 1
alceno ativado e 1 éster α,β-insaturado (Figura 25) e os captadores de spin
apresentados no Esquema 14. Nesses estudos não foram adicionados eletrófilos.
Figura 25: Substratos insaturados utilizados nos estudos de EPR.
Os estudos iniciais de EPR foram feitos utilizando uma mistura de nBuTeLi com 56.
De todos os espectros de EPR obtidos, apenas alíquotas da primeira etapa reação
85% 88% ref 58 (Excluindo etapa i)
OO O
CN
O
O
56 62 63 64 65
misturadas com uma solução aquosa de POBN apresentaram sinais detectáveis de
radicais. Os espectros detectados consistiam em um triplo dubleto (Figura 26) que
foi atribuído a desdobramento de hiperfinas referente à interação do spin do elétron
desemparelhado com o spin nuclear de um átomo de nitrogênio e um de hidrogênio
(aN =15,5G e aH = 2,7G). Esse desdobramento de hiperfinas é característico de um
aduto radicalar, formado por um radical de carbono ligado ao POBN.91
Após 10 minutos de incubação da mistura (nBuTeLi + 56 + POBN), foram
observados apenas ruídos no espectro de EPR (Figura 26A). Após 20 minutos de
incubação, pôde-se observar claramente o aparecimento do sinal do radical (Figura
26B). Esse aduto radicalar foi detectado até 70 minutos após a incubação (reação +
POBN). Quando foi feito o espectro de EPR da mistura de 56 + POBN (3 minutos de
incubação), foi detectado um sinal com desdobramento hiperfino complexo (Figura
26C). O desdobramento de hiperfinas da reação controle (Figura 26C) não foi
detectado junto com o sinal do espectro de EPR da reação multicomponente (Figura
26B) e provavelmente é relativo à captura de algum produto de polimerização dessa
cetona α,β-insaturada pelo POBN. Vale ressaltar que o radical detectado (Figura
26B) é gerado na primeira etapa da reação multicomponente (Esquema 25, etapa i)
e independe da presença do eletrófilo.
15,5 G
2,7 G
+ nBuTeLi + POBN
O
+ nBuTeLi + POBN
O
A
B
C + POBN
O
Figura 26: Espectros de EPR representativos do aduto radicalar de POBN obtido durante a reação multicomponente com a but-3-en-2-ona. A. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da mistura reacional com POBN B. Espectro experimental obtido após 20 minutos de incubação. C. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da but-3-en-2-ona com POBN.
Empregando as mesmas condições experimentais, foi analisada a reação
multicomponente com a ciclohex-2-enona 62, utilizando o POBN como captador de
spin. Fazendo a análise da reação com a cetona recém-destilada, foi registrado um
espectro de EPR bem definido (Figura 27B), com um desdobramento de hiperfinas
que pode ser relacionado à interação do spin do elétron desemparelhado com o spin
nuclear de um átomo de nitrogênio e um de hidrogênio (aN =15,5G e aH = 2,7G).
+ nBuTeLi + POBN
O
+ nBuTeLi + POBN
O
+ nBuTeLi + POBN
O
A
B
C
15,5 G 2,7 G
Figura 27: Espectros representativos de EPR do aduto radicalar de POBN obtido durante a reação multicomponente com a ciclohexen-2-ona. A. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da mistura reacional com POBN B. Espectro experimental obtido após 35 minutos de incubação. C. Espectro experimental obtido após 95 minutos de incubação.
A análise de uma mistura ciclohex-2-enona + POBN foi feita por EPR. Após 3
minutos de incubação da cetona com o POBN, um sinal de radical foi detectado
(Figura 28A). Esse desdobramento hiperfino certamente não era referente a um
aduto radical de POBN, mas sim algum produto de polimerização da cetona α,β-
insaturada que foi detectado de forma direta por EPR. Passados 10 minutos de
incubação da cetona com o POBN, pôde-se observar um conjunto de 3 multipletos
(Figura 28B) junto com o sinal anteriormente detectado. Esse desdobramento
hiperfino do tipo tripleto, com aN ~ 15G, é característico de uma interação do spin do
elétron desemparelhado com o spin nuclear de um núcleo de um átomo de
nitrogênio, isto é, foi possível detectar um aduto radicalar derivado da reação de
alguma espécie radicalar presente no meio com o POBN. É importante ressaltar que
nenhum desses sinais (Figura 28) foi observado junto com o sinal do espectro de
EPR da reação multicomponente com a ciclohex-2-enona (Figuras 27B e 27C).
~ 15 G ~ 15 G
+ POBN
O
+ POBN
O
A
B
Figura 28: Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante as reações controle. A. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da mistura de ciclohex-2-enona com POBN B. Espectro experimental obtido após 10 minutos de incubação.
Mantendo as condições dos experimentos apresentados acima, foi analisada a
reação multicomponentes com a carvona 63. Após 10 minutos de incubação da
mistura (nBuLi + carvona + POBN), pôde-se observar o aparecimento de um
desdobramento hiperfino do tipo triplo dubleto (Figura 29B) com alta interferência
sinal-ruído (aN =14,5G e aH = 1,6G). Após 90 minutos, esse sinal se manteve com a
mesma intensidade, indicando que apesar de estável, a concentração desse aduto
radicalar continuava muito baixo. A mistura de carvona + POBN (experimento
controle) não apresentou sinais de radical.
Figura 29: Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante a reação multicomponente com a carvona. A. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da mistura reacional com POBN B. Espectro experimental obtido após 10 minutos de incubação.
+ nBuTeLi + POBN
O
+ nBuTeLi + POBN
O14,5 G
1,6 G
A
B
Mantendo as condições dos experimentos apresentados acima, foi analisada a
reação multicomponente com a acrilonitrila 64 (Figura 30). Após 10 minutos de
incubação da mistura reacional (nBuLi + 64 + POBN), pôde-se observar o
aparecimento de um desdobramento hiperfino do tipo triplo dubleto (aN =14,5G;
Figura 30A). Após 90 minutos, esse sinal se manteve com a mesma intensidade. A
mistura de 64 + POBN (experimento controle, Figura 30B) não apresentou sinais de
radicais.
Figura 30: Espectros representativos de EPR do aduto radicalar detectado durante a reação multicomponentes com a acrilonitrila. A. Espectro experimental obtido após 3 minutos de incubação da mistura reacional com POBN B. Espectro experimental obtido após 10 minutos de incubação da acrilonitrila com POBN. Utilizando o éster α,β-insaturado 65 como substrato (Figura 25), nenhum sinal de
radical foi detectado (nBuLi + 65 + POBN). A mistura de 65 com POBN (experimento
controle) também não levou a detecção de nenhum sinal de radical.
CN + POBNnBuTeLi +
CN + POBN
A
B
Tendo em vista que o desdobramento de hiperfinas dos sinais dos radicais
detectados nas reações multicomponentes com alcenos ativados estão na mesma
faixa (aN = ~15G e aH =~ 2,0G), pode-se esperar que a estrutura dos adutos
radicalares do tipo POBN/•C detectados devem ser muito semelhantes à estrutura
de 66 (Esquema 28).
É proposto que o elétron desemparelhado que atacou o POBN esteja centrado no
carbono α ao grupo retirador de elétrons, conforme a proposta apresentada no
Esquema 28.
Esquema 28: Formação do aduto radicalar de POBN 66.
Assim como foi feito nos estudos de mecanismo apresentados anteriormente, a
análise de ESI-MS das alíquotas contendo os adutos radicalares de POBN seria o
caminho lógico a ser seguido para se determinar a estrutura dessas espécies
detectadas por EPR. No entanto, decidiu-se nesse caso empregar uma estratégia
sintética, isto é, tentar capturar o radical intermediário, isolar e caracterizar essa
espécie derivada.
O trabalho inicial foi escolher a espécie que poderia capturar esse radical
intermediário, uma vez que os captadores de spin utilizados para os experimentos
nBuTeLi
O
THF/ -70oC
O
BuTe
POBN
NN
O
C(CH3)3O
O TeBu
66
de EPR são muito caros para serem utilizados em uma escala de mmol, e como foi
visto no caso das reações de hidroteluração, muitas vezes os adutos radicalares não
resistem ao processo de extração/purificação.
Para esse fim foi testado inicialmente o TEMPO (2,2,6,6-tetrametil-1-piperodiniloxila),
pois se sabe que essa espécie radicalar é um captador de spin altamente seletivo
para radicais alquílicos.92 O radical centrado em carbono sp3 reage com o TEMPO e
gera uma molécula diamagnética que pode ser isolada e caracterizada.93-95
Para avaliar a compatibilidade dos reagentes, foram feitas reações controle que
mostraram que o nBuTeLi não reage com o TEMPO. Analisou-se então a reação de
interesse (Esquema 29), a partir da adição de uma solução de TEMPO à uma
solução de nBuTeLi à -70°C, seguida da lenta adição da but-3-em-2-ona. Manteve-se
a mistura reacional à -70°C por 20 min e após esse período, retirou-se o banho de
refrigeração.
Diferentes testes foram feitos, alterando a proporção dos reagentes, tempo de
reação, e temperatura da reação. Foram feitos testes utilizando os outros substratos
insaturados apresentados na Figura 25, mas em nenhum dos casos foi detectado o
produto esperado, no qual o TEMPO se encontraria ligado ao esqueleto carbônico
do telureto alquilico.
Esquema 29: Reação multicomponentes com a but-3-en-2-ona e captura do intermediário radicalar com TEMPO. Reagentes e condições: (i) 2,0 eq. TEMPO, 3,0mL THF, -70°C, 10 min; (ii) 2,0 eq. but-3-en-2-ona, -70°C, 20 min.
nBuTeLi
O
BuTe
Ni, ii
n
O
Sabe-se que aldeídos reagem com espécies paramagnéticas96-98 e dessa forma
esses compostos carbonílicos poderiam desempenhar o papel que o TEMPO não foi
capaz de exercer. Tendo em vista essa possibilidade, verificou-se por meio de uma
reação teste que o benzaldeído não reage com o nBuTeLi. Baseado nesse resultado
foi invertida a ordem de adição dos reagentes descrita por Marino e colaboradores,77
visando utilizar os aldeídos como captadores dos radicais intermediários.
Dos 5 substratos insaturados utilizados nos experimentos de EPR, apenas quando
foram empregados a acrilonitrila 64 e o propiolato de etila 65 (Figura 25) foram
obtidos resultados promissores. Não foi observado nenhum produto relativo à reação
multicomponente com a carvona e quando foram empregados os dois outros
alcenos ativados, observou-se a formação de um sólido com aspecto polimérico.
Os estudos de EPR spin trapping refletem muito bem o que foi observado nos
experimentos apresentados no Esquema 30, isto é, as únicas reações que levaram
a captura do benzaldeído foram aquelas nas quais o substrato insaturado não
apresentou sinais de radicais nos experimentos controle. A carvona 63 também não
apresentou sinais de radicais quando misturada com POBN, porém o sinal de radical
da reação multicomponente com a carvona foi muito fraco.
Para a obtenção do telureto 67 (Esquema 30A; Tabela 4, Linha 1), inicialmente o
benzaldeído foi adicionado em uma solução de nBuTeLi e depois de 5 minutos foi
feita a adição lenta da acrilonitrila. Os melhores resultados foram obtidos mantendo-
se a mistura reacional à -70°C durante a adição de ambos os reagentes. A análise
do produto após purificação cromatográfica revelou que o telureto 67 foi obtido com
um rendimento de 78%. O mesmo procedimento foi utilizado para se obter o produto
68 (Esquema 30B; Tabela 4, Linha 2), com um rendimento isolado de 73%.
Esquema 30: Reações multicomponente com a acrilonitrila e do acrilato de etila. Reagentes e condições: (i) benzaldeído, THF, -70°C, 5 min; (ii) acrilato de metila, -70°C, 5 min, -70°C à t.a., 30 min (iii) acrilonitrila, -70°C, 5 min, -70°C à t.a., 30 min.
Nos dois casos não foi observado nenhum traço dos produtos de hidroteluração dos
alcenos, demonstrando que a metodologia é extremamente limpa. Devido a
diferença de polaridade entre os teluretos 67 e 68 em relação ao outro produto
presente no meio reacional (nBuTeTenBu), a purificação cromatográfica dos produtos
de interesse foi bem simples, assemelhando-se a um processo de filtração.
O telureto 69 (Esquema 31) foi sintetizado usando a mesma metodologia descrita
acima (Esquema 30). No entanto a proteção one-pot do grupamento hidroxila foi
efetuado pela simples adição de Me3SiCl antes do término da reação (Esquema 31).
Dessa forma, num eventual uso da espécie 69 como bloco de construção, seria
necessário apenas 1,0 equivalente de nBuLi para se preparar a espécie
organometálica de lítio 70.
nBuTeLii, ii, iii
BuTeCN
OSiMe3
n iv LiCN
OSiMe3
rendimento isolado53%
67 68
69 70
A B
nBuTeLii,iiii,ii BuTe
CN
OHn
BuTe
OHn
O O
Esquema 31: Preparação one-pot do telureto 69. Reagentes e condições: (i) benzaldeído, THF, -70°C, 5 min; (ii) acrilonitrila, -70°C, 5 min, -70°C à t.a., 30 min (iii) Me3SiCl, 0°C, 20 min. (iv) nBuLi, THF, -70°C.
A simples troca do átomo de Te por Se e S poderia ampliar consideravelmente a
gama de aplicações sintéticas dessa metodologia (Esquema 32), uma vez que cada
um desses calcogênios apresenta características distintas e intrínsecas.
Esquema 32: Propostas para aplicação sintética dos calcogenetos sintetizados.
Reagentes: (i) nBuLi; (ii) RCHO; (iii) PTSA, ∆; (iv) LDA; (v) HC≡CCH2Br; (vi) PhSH,
ACCN, 110°C;99 (vii) CO2; (viii) LiAlH4; (ix) TsCl; (x) H+, ∆; (xi) H2O2 ou Ti(OiPr)4, DHP, tBuOOH; (xii) PMHS, I2, t.a.100
BuYR1
R
OHn
BuYR1
Rn
Y=Te
R1
RR2
Y=S, Se ou Te
Y=Te
R1
R
OHR2
OH
R1R
OH
BuYR1
R
OHn
HO O
N
O
BuY Ts
OH
R
O
O
NC R OHR CN
Y=Te
O
O
R1 R
Y=S ou Se
BuYR1
Rn
I
R1RI
R=Ar
Y=Se
Y=S e R=CN
i, ii
iii
i, ii
iiiiv, v, vi
i, vii
viii, ix, xx, xiY=Se
i, vii, xxii
xii
xi
Foram feitas reações com diferentes combinações dos calcogênios S, Se e Te com
alcenos, as quais levaram ao isolamento dos produtos de interesse com bons a
excelentes rendimentos (Tabela 5). Como pode ser observado, a reação foi muito
bem sucedida inclusive com um alceno substituído na posição 4 (Tabela 5, Linha 4).
Sem controle estérico, os compostos calcogenados (Tabela 5) foram isolados como
uma mistura diasteromérica. Diversas tentativas foram feitas para se separar
cromatograficamente esses isômeros, mas devido à pequena diferença de
polaridade, em poucas ocasiões foi possível isolá-los com pureza analítica. Decidiu-
se então fazer a análise direta das misturas, determinando por RMN suas razões
diasteroméricas, conforme exemplificado nas ampliações do espectro de RMN1H do
composto 75.
Na região de 3,0-3,2 ppm (Figura 31), foi verificada a duplicação do sinal referente
ao hidrogênio vizinho à nitrila (HB), ambos com a multiplicidade de duplo duplo
dubleto. Estando vizinho a hidrogênios em dois ambientes químicos diferentes (HA e
HC), se esperaria um duplo dubleto para HB. Mas como os hidrogênios HA são
diasterotópicos, cada um se acopla com HB com um J diferente, isto é, JBA ≠ JBA’.
Sendo assim, para os hidrogênios HB do par de diasteroisômeros de 75, observa-se
um par de duplo duplo dubletos, um em 3,17 e outro em 3,00 ppm.
Devido a presença de 4 moléculas diferentes nessa mistura de isômeros, os sinais
referentes aos hidrogênios metilênicos HA se desdobram de forma complexa (2,8
ppm). O sinal dos dois hidrogênios metilênicos do grupo butila ligados diretamente
ao enxofre (HS) também se desdobram, como pode se observar no pico centrado em
2,6 ppm.
S
CN
OHA
BC
S
JBA
JBA'
ampliação
HA HA'
HB
HC
JBC JB'A
JB'A'
HA HA'
HB'
HC
JB'C
NC
OH
NC
OH
Figura 31: Ampliação do espectro de RMN1H do composto 75.
Pelas constantes de acoplamento dos sinais referentes ao hidrogênio carbinólico
(HC), cujo sinal esperado de dubleto se desdobrou em um duplo dubleto (5.0 ppm,
Figura 32), pôde-se determinar para o par de diasteroisomeros syn um valor de JCB =
5,0 Hz e para o par de anti um valor de JCB’ = 6,5 Hz. Calculadas essas constantes,
foi possível determinar que o sinal em 3,17 ppm (Figura 31) é referente ao par de
diasteroisômeros (R,R e S,S; anti) e consequentemente, o sinal em 3,00 ppm ao
outro par (anti). Com esses dados em mãos e com a integração dos sinais em 3,17 e
em 3,00 ppm (Figura 31), foi determinada a proporção anti:syn como 1,5:1.
HB
Ph
Hc
JCB = 5,0 Hz
par syn
JCB = 6,5 Hz
par anti
NC
HO
HB
Ph
Hc
CN
OH
HB
Ph
Hc
NC
HO
HB
Ph
Hc
CN
OH
Figura 32: Ampliação do espectro de RMN do composto 75.
Tabela 5: Reações de Eletrocalcogenação de alcenos.a
Linha Calcogênio (Y0) Alceno Produto Aldólico Rend. (%)b
1 Te CO2Me BuTe
OH
O O
n
67
73
2 Te CN BuTe
CN
OHn
68
79
3 Se CO2Me
BuSe
OH
O O
n
71
78
4 Se CO2Me BuSe
OH
O O
n
72
81
Y = S, Se e Te
nBuYLi, PhCHO
THF, -70oC à t.a., N2
OH
GRE
nBuYGRE
5 Se CN BuSe
CN
OHn
73
95
6 S CO2Me BuS
OH
O O
n
74
88
7 S CN BuS
CN
OHn
75
79
a Todas as reações foram feitas usando quantidades estequiométricas de alceno, aldeído e butilcalcogenato de lítio, em uma escala de 3,0 mmol. GRE= Grupos Retiradores de Elétrons. b Rendimentos do produto isolado por purificação em coluna cromatográfica. Os resultados promissores nos levaram a expandir a o escopo da metodologia
usando diversos aldeídos em substituição ao benzaldeído. Baseando-se nos
rendimentos das reações apresentados na Tabela 5, o selênio e a acrilonitrila foram
escolhidos como os melhores parceiros nas reações de eletrocalcogenação de
alcenos.
As condições reacionais provaram ser gerais para uma grande variedade de
aldeídos doadores e retiradores de elétrons, assim como para aldeídos impedidos,
levando ao isolamento dos produtos aldólicos em moderados a excelentes
rendimentos (Tabela 5, Linhas 1-3 e 6-10). Produtos aldólicos derivados foram
isolados em bons rendimentos mesmo quando foram utilizados aldeídos alquílicos
(Tabela 5, Linhas 1 e 2). Apenas quando foram empregados aldeídos contendo o
grupo nitro (Tabela 5, Linhas 4 e 5) foram obtidos os compostos orgânicos de
selênio em baixo rendimento. É importante mencionar que apenas nesses dois
casos a cor da solução virou do transparente para um marrom-turvo no mesmo
instante em que os nitro-aldeídos foram adicionados na solução de nBuSeLi.
Devido a dificuldades na atribuição dos sinais dos espectros de RMN dos compostos
isolados, decidiu-se então remover um dos centros quirais das moléculas por meio
da reação de eliminação syn de selenóxido (Tabela 6, Aduto BH). Além de facilitar a
identificação dos compostos precursores, essa metodologia também pode ser
empregada como uma rota alternativa para a preparação de adutos de Baylis-
Hillman altamente funcionalizados (Tabela 6). Inicialmente foi utilizada a condição
mais simples para se efetuar oxidação/eliminação do grupamento nBuSe,102
empregado-se uma solução aquosa de H2O2 (30%). Todas as reações de
oxidação/eliminação apresentedas na Tabela 6 foram feitas em uma escala de 3,0
mmol e os rendimentos isolados estão dentro da faixa esperada para produtos de
eliminação syn de selenoxido.103
O composto 93 também foi sintetizado através de uma metodologia one-pot
(Esquema 33), adicionando H2O2 diretamente no frasco reacional, com um
rendimento isolado de 55% após purificação cromatográfica. O mesmo aduto de BH
foi isolado com um rendimento global de 65% pelo processo em dois passos (Tabela
6, Linha 8). Deve se salientar que apesar da perda de rendimento, houve um ganho
operacional, uma vez que se economizou tempo e material empregado para a
purificação do seleneto precursor.
Esquema 33: Preparação one-pot do aduto de BH 93. Condições e Reagentes: (i) nBuLi, t.a., 10 min; (ii) p-cloro benzaldeído, -70°C, 5 min; (iii) acrilonitrila, -70°C, 5 min; -70°C à 0°C, 30 min (iv) H2O2 30%, 0°C; 10 min.
Tabela 6: Reações de Eletroselenilação de alcenos.a
Se0
nBuLi, THF, 0oC
nBuSeLi, RCHO
THF, -70oC à t.a., N2
R
OH
CN
nBuSeCNH2O2
THF/H2O, 0°CR
OH
CN
CN
OH
Cl
Se°i, ii, iii, iv
93
Linha Aldeído Produto Aldólico Rend
(%)b Aduto BH c
Rend
(%)b
1 H
O
nBuSeCN
OH
76
70 CN
OH
86
70
2 H
O
nBuSeCN
OH
77
83 CN
OH
87
65
3 H
O
OH
CN
nBuSe
73
95 CN
OH
88
75
4 H
ONO2
nBuSeCN
OHNO2
78
40 CN
OHNO2
89
42
5 H
O
NO2
nBuSeCN
OH
NO2
79
32 CN
OH
NO2
90
41
6 H
O
nBuSeCN
OH
80
81 CN
OH
91
66
7 H
O
nBuSeCN
OH
81
81 CN
OH
92
69
8 H
O
Cl
nBuSeCN
OH
Cl
82
88 CN
OH
Cl
93
74
9 H
O
OEt
nBuSeCN
OH
OEt83
87 CN
OH
OEt
94
62
10 H
O
O
nBuSeCN
OH
O
84
72 CN
OH
O
95
72
11 H
O Br
nBuSeCN
OH Br
85
57 CN
OH Br
96
46
a Todas as reações foram feitas usando quantidades estequiométricas de alceno, aldeído e butilselenolato de lítio, em uma escala de 3,0 mmol. b Rendimentos do produto isolado por purificação em coluna cromatográfica. c BH = Baylis-Hillman.
Uma metodologia para a obtenção de adutos de BH muito semelhante foi
apresentada recentemente por Tarsis e colaboradores,104 na mesma época em que
esse trabalho estava sendo finalizado. Algumas desvantagens dessa metodologia
frente a nossa podem ser destacadas: os autores utilizam a reação de
desprotonação do PhSH como fonte de calcogenolato de lítio. O PhSH é
extremamente mal cheiroso, mesmo em pequenas quantidades. O agente
calcogenante da nossa metodologia foi gerado in situ a partir da redução de
qualquer um dos elementos no estado de oxidação zero, utilizando nBuLi. É um
método simples e geral para a série dos compostos de interesse, que evita a
manipulação de alquil ou aril tióis ou a redução de dialquil ou diaril calcogenetos (Se
ou Te) com NaBH4, metodologia que leva a formação e o arraste de voláteis desses
calcogenetos junto com o H2 gerado em reação, tornando essa metodologia
desaconselhável devido ao mau cheiro.
Outra desvantagem da metodologia apresentada pelos autores104 é a estratégia para
a geração dos adutos de BH. Foi utilizada a eliminação syn de sulfóxido, requerendo
refluxo em tolueno por 12 horas. Já a eliminação syn de selenoxido, ocorre à 0°C ou
à temperatura ambiente e é extremamente rápida. A escolha da metodologia mais
branda certamente será determinante na síntese de substratos mais complexos e
sensíveis.
Essa previsão foi comprovada testando a metodologia de eliminação syn de
sulfóxido empregada pelos autores supra citados em nossos compostos de enxofre
74 e 75 (Tabela 6, Linhas 6 e 7). Provavelmente devido à sensibilidade dos
compostos, nem o produto de eliminação nem o sulfeto precursor foi isolado ao
término do período reacional.
Por fim os autores verificaram que quantidades equimolares de MgBr2.OEt2 eram
necessárias para viabilizar a reação, pois segundo seus estudos, a reação de adição
acontece apenas na presença de íons Mg2+.105 Apesar de ligeiramente diferentes os
substratos insaturados, de acordo com nossos resultados, o uso de MgBr2.OEt2 não
foi necessário para que as reações multicomponentes ocorressem.
A aplicação do protocolo de oxidação com H2O2 no composto 97, não levou a
formação do produto de eliminação 98 (Esquema 34A). Todo o material de partida
foi consumido e o selenóxido 99 derivado também não foi detectado. De acordo com
a literatura, dependendo da estrutura do seleneto deve-se escolher uma metodologia
mais branda de oxidação, a fim de preservar o produto da reação. Foi então testada
uma gama de condições relatadas na literatura (Tabela 7), até que se obteve do
produto de interesse 98 (Esquema 34B; Tabela 7, Linha 9), com um rendimento de
67%.
OMeO
nBuSe
OH
OMeO
OH
H2O2, 0oC, 10 min
tBuOOH, Ti(OiPr)4, DHP
10 min, t.a., 67%
Cl Cl OMeO
nBuSe
OH
Cl
O
+
Esquema 34: Preparação do aduto de BH 98.
Tabela 7: Condições Testadas para a Oxidação de Selenetos.a
Linha Condições Tempo de reação
1103 1,0 eq. 97; 1,0 eq. H2O2; AcOH cat. 5 min
2106 1,0 eq. 97; 1,0 eq. H2O2; Py cat. 5 min
3106 1,0 eq. 97; 1,0 eq. H2O2; 1,0 eq. Py 5 min
4102 1,0 eq. 97; 2,0 eq. NaIO4; 4,0 eq. NaHCO3 5 min
5107 1,0 eq. 97; 1,2 eq. m-CPBA; 1,3 eq. DIPA 10 min
6108 1,0 eq. 97; 0,03 eq. TEMPO; 0,1 eq. HCl, 0,05 eq. NaNO2 14 h
7109 1,0 eq. 97; oxigenio singlete; 0,01 eq. red bengal 20 min
8110 1,0 eq. 97; 2,0 eq. NaIO4; silica 4 h
9111 1,0 eq. 97; 2,0 eq. tBuOOH; 2,0 eq. DHP; 0,001 eq. Ti(OiPr)4 10 min a O tempo de reação relatado na tabela é referente ao consumo total do material de partida 97, exceto no caso da Linha 6, onde o material de partida foi recuperado quantitativamente. Em nenhum dos casos foi detectado o selenóxido 99.
Quando o seleneto 82 foi tratado com tBuOOH/ Ti(OiPr)4/ DHP (Esquema 35), o
composto 93 foi isolado com um rendimento de 93% após purificação
cromatográfica.
97 98
A
B
99
Esquema 35: Preparação do aduto de BH 93.
Toda a seqüência reacional, isto é, geração do selenolato de lítio, adição Tipo
Michael do nBuSeLi à olefina ativada, condensação aldólica e a oxidação/eliminação
do grupamento nBuSe foi feita utilizando um protocolo one-pot e o composto 93 foi
isolado em um rendimento de 61% (Esquema 36).
Esquema 36: Preparação one-pot do aduto de BH 93. Condições e Reagentes: (i) nBuLi, t.a., 10 min; (ii) p-cloro benzaldeído, -70°C, 5 min; (iii) acrilato de metila, -70°C, 5 min; -70°C à 0°C, 30 min (iv) H2O2 30%, 0°C; 10 min. Os resultados apresentados demonstram a simplicidade operacional da metodologia
multi-componente desenvolvida para a preparação de dialquil calcogenetos
funcionalizados. Esses compostos se mostraram estáveis após o processo de
purificação e essa característica permitiu que os mesmos fossem estocados por um
longo período de tempo. Independentemente do calcogênio empregado, os produtos
isolados servem como plataforma para uma grande gama de aplicações sintéticas e
no caso dos compostos de selênio, foi demonstrado que eles podem ser
empregados com sucesso como precursores de adutos de Baylis-Hillman.
nBuSe
OH
CN
OH
tBuOOH, Ti(OiPr)4, DHP
10 min, t.a., 93%Cl Cl
CN
OH
Cl
Se°i, ii, iii, iv
CN
93
93
82
Conclusões
Utilizando as técnicas de ressonância paramagnética eletrônica (EPR),
espectrometria de massa e o emprego de marcação isotópica, foi possível detectar e
caracterizar pela primeira vez um radical centrado em telúrio. Esse radical era
proposto na literatura e diferentemente dos outros radicais centrados em
calcogenetos, ainda era desconhecido.
A partir dos experimentos elaborados para o estudo do mecanismo da reação de
hidroteluração, diferentemente do que era proposto até então, foi determinado que a
reação segue por uma via radicalar e que a espécie reativa de telúrio é regenerada
ciclicamente no meio reacional, em um típico mecanismo de reação em cadeia.
Empregando a mesma estratégia de estudo que foi utilizada na elucidação do
mecanismo das reações de hidroteluração, foram detectadas e caracterizadas
espécies radicalares presentes em reações de adição de haletos de Te(IV) à alcinos.
Com esse estudo foi possível determinar que esses compostos de Te(IV) também
geram radicais no meio reacional e que essas espécies paramagnéticas são a força
motriz da reação em questão.
Com base em um estudo mecanístico, na terceira parte do trabalho, o escopo da
reação sequencial Michael/Aldol induzida por calcogenolatos de lítio foi expandido,
uma vez que foram utilizados alcenos ativados como substratos insaturados. Vale
ressaltar que até então só tinham sido publicados exemplos com alcinos ativados. A
metodologia desenvolvida se mostrou abrangente para uma grande variedade de
combinações de reagentes, com bons rendimentos dos produtos de interesse.
Os dialquil calcogenetos sintetizados com a metodologia desenvolvida nesse
trabalho têm um grande potencial sintético, potencial este que foi exemplificado com
a transformação dos dialquil selenetos em adutos de Baylis-Hillman funcionalizados,
com ótimos rendimentos.
Com as reações seqüenciais Michael/Aldol induzidas por calcogenolatos de lítio
ficou claro que o estudo de mecanismos é de suma importância para que se
conheçam as espécies intermediárias e assim seja possível adequar a metodologia
sintética a ser empregada, superando então os entraves de uma determinada
reação.
Baseando-se em tudo que foi apresentado, pode-se concluir com esse trabalho que
os radicais centrados em telúrio são espécies muito versáteis, pois
independentemente das condições reacionais e do estado de oxidação do Te,
estavam presentes nos meios reacionais de todas as reações que foram estudadas.
Por fim é importante ressaltar que essas espécies radicalares de telúrio reagem com
um altíssimo controle régio e estereoquímico, indo contra todos os conceitos
estereotipados de reações radicalares.
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III – Parte Experimental
Os reagentes comerciais e solventes foram secos e purificados, quando necessário,
conforme procedimentos descritos na literatura.1 As purificações por cromatografia
foram feitas em coluna de gel de sílica flash (60 Merck 230-400 mesh). Todas as
reações foram acompanhadas por cromatografia em camada delgada (CCD)
utilizando-se placas de sílica-gel (GF Merck). As substâncias foram detectadas em
câmara de irradiação de lâmpada UV (254 nm) e estas foram reveladas com
soluções ácidas de p-anisaldeído ou vanilina, seguido de aquecimento. Os espectros
de massas foram obtidos em um aparelho CG-17A Shimadzu equipado com uma
coluna DB-5 [J & W Scientific DB-5 (30 m x 0,25 mm)], acoplado a uma interface
GCMS-QP5050A (70eV).
Os espectros de absorção na região do infravermelho (IV) foram obtidos em um
espectrofotômetro Bomem (MB 100) em filmes finos de nujol. As freqüências de
absorção são expressas em cm-1.
Os espectros de massa de alta resolução foram obtidos em um espectrômetro
Brucker Daltonics Esquire 300 plus, com analisador de massa do tipo ion trap LC-
MS. As amostras foram solubilizadas em metanol/ácido fórmico (1%) e ionizadas por
elétron spray operado no modo positivo.
Os espectros de RMN1H e RMN13C foram registrados a temperatura ambiente (22 ±
2oC) em um equipamento Varian AC-300, a 300 MHz para 1H e 75 MHz para 13C
Também foram executados experimentos de RMN em um equipamento Brucker
DPX 500, a 500 MHz para 1H e 125 MHz para 13C. O solvente utilizado foi o
clorofórmio deuterado, tendo como referência interna o tetrametilsilano (TMS). Nos
espectros de RMN77Se foi utilizada uma solução 1M de PhSeSePh como padrão
interno e nos espectros de RMN125Te uma solução 1M de PhTeTePh. Os
deslocamentos químicos (δ) são expressos em partes por milhão (ppm) e as
constantes de acoplamento (J) em Hertz (Hz). As multiplicidades são representadas
da seguinte forma: singleto (s), dubleto (d), tripleto (t), quarteto (qua), quinteto
(quint), sexteto (sext), multipleto (m), duplo dubleto (dd), duplo tripleto (dt) e o
sobrescrito “ap” é referente ao termo aparente.
Os espectros de EPR foram registrados, à temperatura ambiente (22 ± 2 °C), em um
espectrômetro Bruker EMX EPR (Electron Paramagnetic Resonance) equipado com
uma cavidade standard (t.a.) e cavidade dewar (77 K, N2 líquido), operando com
freqüência de banda X (v = 9,33 GHz) e usando uma cela plana de quartzo (4 mm de
diâmetro interno). Em geral ajustou-se o ganho em 2,00x104, a amplitude de
modulação em 0,5 G (ou 0,3 G em alguns casos) e a resolução com 1024 pontos. O
campo magnético foi calibrado com uma solução aquosa 36µM de 4-hidróxi-2,2,6,6-
tetrametil-1-piperidiniloxi (TEMPOL, g = 2,0056), com freqüência de microonda de
9,79690 GHz.1 Todos os espectros foram processados usando o software Win-EPR,
versão 2,11 (Bruker, Franzen-Analytik GmbH).
Os espectros de massa ESI-MS (ElectroSpray Ionization) e APCI-MS (Atmospheric
Pression Chemical Ionization) foram obtidos em um espectrômetro de massa Quattro
II Micromass com fonte de íons Z-spray (Manchester, UK).
O aduto derivado DBNBS/TeBu foi analisado no espectrômetro em solução
metanol:ácido fórmico 0,1% (9:1 v/v) por ionização electrospray (ESI), operando em
modo positivo, e o aduto derivado DBNBS/TePh foi analisado em solução
metanólica por ionização química em pressão atmosférica (APCI), operando em
modo positivo. As analises foram feitas usando os seguintes parâmetros: fonte e
1 Bonini, M. G., Radi, R., Ferrer-Sueta, G., Ferreira, A. M. C., Augusto, O. J. Biol. Chem., 1999, 274, 10802-10806.
temperaturas de dessolvatação de 80°C; potencial de capilar a 3,5 kV, velocidades
de fluxo do gás secante e nebulizante de 300 L/h and 15 L/h respectivamente. A
voltagem do cone de amostragem e a voltagem do cone extrator foram calibrados
para 10 V e 5V respectivamente. A fragmentação dos adutos detectados foram feitas
usando energia de colisão de 15 eV.
As analises no modo APCI foram feitas usando os seguintes parâmetros: a fonte e
as temperaturas da fonte e do probe foram 150°C e 400°C respectivamente. A
voltagem do cone de amostragem foi calibrado para 50 V e a fragmentação dos
adutos detectados (APCI-MS/MS) foi feita usando 50 V no cone e 15 eV de energia
de colisão.
Os adutos derivados DBNBS/Te(IV) foram analisados no espectrômetro usando
ionização por electrospray (ESI), operando no modo negativo. As amostras foram
injetadas diretamente no espectrômetro de massa usando um injetor automático
(Harvard Syringe Pump, Massachusetts, USA) com uma velocidade de 10µL/min. As
analises foram feitas usando os seguintes parâmetros: fonte e temperaturas de
dessolvatação de 100°C; potencial de capilar a 3.5 kV; velocidades de fluxo do gás
secante e nebulizante de 300 L/h e 15 L/h respectivamente. A voltagem do cone de
amostragem e a voltagem do cone extrator foram calibrados para 10 V e 5V
respectivamente. As fragmentações dos adutos detectados foram feitas usando
energia de colisão de 10 eV.
Todos os arquivos foram processados usando o software Mass Lynx NT, versão 3.2
(Micromass, Altricham, UK).
III.1 –Procedimentos experimentais referentes às investigações mecanísticas.
III.1.1 – Procedimento geral para reações de hidroteluração com NaBH4.
Em um balão de 2 bocas, sob atmosfera de nitrogênio, foram adicionados
nBuTeTenBu (0,11g; 0,3 mmol) e etanol (2,0 mL). Essa solução foi desoxigenada por
20 min e então foi adicionado NaBH4 (29mg, 0,75 mmol) em pequenas porções. A
solução perde sua cor vermelho sangue, passando para uma cor amarelo pálido.
Depois disso, uma solução de fenilacetileno (67mg, 0,66 mmol) em etanol
desoxigenado (0,5 mL) foi adicionada. Aliquotas dessa reação de hidroteluração
foram colhidas em diferentes tempos reacionais para os experimentos de spin
trapping e espectrometria de massa. Para outros exemplos, usando procedimento
semelhante, o nBuTeTenBu foi substituído por PhTeTePh e o fenilacetieno foi
substituído por outros alcinos e alcenos.
III.1.2 – Procedimento geral para gerar espécies radicalares de telúrio com RTeTeR e Ce(NO3)4.2NH4NO3.
As espécies radicalares de telúrio foram geradas usando as mesmas
condições experimentais das reações de hidroteluração com NaBH4 (procedimento
II.1.1), no entanto a solução do alcino foi substituída por uma solução do sal de
Ce(IV) (16,4mg, 0,05 mmol em 0,5 mL de etanol desoxigenado). Após 2 min de
agitação magnética foi colhida uma alíquota dessa reação para a execução dos
experimentos de spin trapping e espectrometria de massa. Nessa reação, R= nBu ou
Ph.
III.1.3 – Procedimento geral para gerar espécies radicalares de telúrio por fotólise.
Em um vial de polietileno contendo 150 uL de água milliQ ou tampão fosfato,
foram adicionadas uma solução de DBNBS em tampão fosfato (15,0 mM,
concentração final) e uma solução de telurol (20,0 mM; concentração final). A
mistura resultante (200µL) foi desoxigenada com passagem de fluxo de N2 e
imediatamente transferida para a cela plana de EPR. Uma lâmpada de média
pressão de mercúrio (50 W, λmax = 366 nm, Spindler & Hoyer, Alemanha) foi
posicionada a 30 cm da cavidade do aparelho de EPR. Dois tipos de soluções de
telurol (RTeH) foram fotolisadas: teluróis gerados a partir da redução de nBuTeTenBu
ou PhTeTeBu com NaBH4 ou a partir da reação de telúrio elementar com nBuLi em
THF e posterior adição de EtOH.
III.1.4 – Procedimento geral para reações de eletroteluração com Teo e nBuLi.
A uma suspensão de Teo (0,128g; 1,0 mmol) em THF (3,0 mL) foi adicionado
o nBuLi (1,47M em hexano; 0,7 mL; 1,0 mmol) a t.a. Essa solução foi resfriada à
-70oC e então foi adicionada uma solução desoxigenada da ciclohex-2-enona (96
mg; 1,0 mmol) em THF (1,0 mL). Após 2 min de agitação magnética, foi colhida uma
alíquota dessa reação para a execução dos experimentos de spin trapping. Para
outros exemplos, usando procedimento semelhante, a ciclohex-2-enona foi
substituída por outras duas cetonas α,β-insaturadas, um alceno ativado e um éster
α,β-insaturado.
III.2- Procedimentos experimentais referentes às reações sequenciais Michael/Aldol induzidas por calcogenolatos de lítio
III.2.1 - Procedimento geral para a reação multicomponente com alcenosa,b
Em um balão de uma boca de 500mL, foi preparada uma suspensão de selênio
elementar (0,78g; 10,0 mmol) em 150mL de THF anidro, sob atmosfera de Ar e à
temperatura ambiente (t.a.). Sob agitação magnética foi adicionada lentamente uma
solução de nBuLi (5,0 mL; solução 2,0M em hexano; 2,0 mmol). A solução resultante
foi resfriada à -70oC e agitada por 10 min. Após esse período, foi adicionado
lentamente o p-cloro benzaldeído (1,41g; 10,0 mmol). Após 10 min de agitação
magnética à -70oC foi adicionada lentamente a acrilonitrila (0,43 mL; 10,0 mmol). A
mistura reacional foi agitada à -70oC por mais 10 minutos e então aquecida
lentamente até à t.a. (cerca de 10 min). Após esse período foi adicionada uma
solução aquosa saturada de NaHSO3 (200 mL) e o produto foi extraído com AcOEt
(3x 30 mL). As fases orgânicas foram combinadas, lavadas com solução aquosa
saturada de NaCl (50 mL). A fase orgânica foi selecionada e seca com MgSO4. O
solvente foi removido e o produto 82 foi purificado por cromatografia em coluna de
gel de sílica (eluente:hexano/AcOEt 20%) fornecendo um óleo amarelo claro.
Rendimento: 88% (2,90g; 8,8 mmol).
a O procedimento descrito se aplica para todos os exemplos sintetizados. b Quando se utiliza S0, a adição de nBuLi à suspensão do elemento em THF deve ser feita à uma temperatura de 0oC. Quando se utiliza acrilato de metila, deve-se deixar a reação à temperatura ambiente por cerca de 30 min.
BuSeCN
OH
i.
ii. CN
nBuSeLinBuLi + Se0p-Cl-PhCHO
Cl
n
82
2-((butilselanil)metil)-3-(4-clorofenil)-3-hidróxipropanonitrila (82)
Dados do produto: IV (filme): 826, 1014, 1091, 1491, 2246, 2872, 2929, 2958, 3445. HRMS: Calc. para (C14H19NOSeNa):354,0139; exp: 354,0102. RMN1H (500 MHz, CDCl3), δ: 0,9 (t; J = 7,3 Hz; 3H); 1,42 (sexap, J = 7,3 Hz; 2H); 1,63 (quiap; J = 7,3 Hz; 2H); 2,68-2,74 (m, 3H); 2,80-2,85 (m, 1H); 3,01-3,20 (quaap; J = 7,0 Hz; 1H); 4,97-5,02(d; J = 6,5 Hz; 1H) 7,38 (m, 4H). [anexo 4] RMN13C (125 MHz, CDCl3), δ: 13,5; 20,5; 21,3; 22,8; 25,2; 32,3; 42,2; 42,7; 72,2; 72,5; 119,3; 119,5; 127,4; 127,9; 128,8; 128,9; 134,3; 134,4; 138,0; 138,6. [anexo 5] RMN77Se (95,338 MHz, CDCl3), δ: 161,8 e 163,4. [anexo 6]
III.2.2 - Procedimento geral para eliminação de selenóxido com H2O2.2
Em um balão de uma boca de 50 mL, foi preparada uma solução do seleneto 82
(0,99g; 3,0 mmol) em 10 mL de THF. Sob agitação magnética e à 0oC foi adicionado
lentamente 1,0 mL de solução aquosa de H2O2 30%. Após 10 min a mistura
reacional foi transferida para um funil de extração contendo uma solução aquosa de
MnCl2 saturada (30 mL) e o produto foi extraído com AcOEt (3x 15 mL). As fases
orgânicas foram combinadas, lavadas com solução aquosa saturada de NaCl (30
mL). A fase orgânica foi selecionada e seca com MgSO4. O solvente foi removido e o
produto 93 foi purificado por cromatografia em coluna de gel de sílica
(eluente:hexano/AcOEt 50%) fornecendo um óleo transparente. Rendimento: 74%
(0,42g; 2,2 mmol).
BuSeCN
OH
Cl
n
82 93
BuSe
OH
CN
H2O2 30%
OH
CNTHF, 00C30 min
n
Cl Cl
2-((4-clorofenil)(hidróxi)metil)acrilonitrila (93)
Dados do produto: IV (filme, cm-1): 3467, 3119, 3034, 2872, 2233, 1905, 1489, 1399, 1069, 818. RMN1H (500 MHz, CDCl3), δ: 5,30 (s, 1H); 6,05 (s, 1H); 6,12 (s, 1H); 7,33-7,40 (m, 4H). [anexo 7] RMN13C (125 MHz, CDCl3), δ: 73,4; 116,8; 125,9; 127,9; 129,0; 130,3; 134,7; 137,7 [anexo 8]
III.2.3 - Procedimento geral para eliminação de selenóxido com tBuOOH.3
Em um balão de uma boca de 50mL, foi preparada uma solução do seleneto 82
(0,99g; 3,0 mmol), DHP (0,55 mL; 6,0mmol) e Ti(Oi-Pr)4 (0,18 mL; 0,6 mmol) em 10
mL de CDCl3, sob atmosfera de Ar e à t.a. Sob agitação magnética e à temperatura
ambiente foi adicionada lentamente uma solução aquosa de tBuOOH (1,5 mL;
solução 5,5M; 8,2 mmol). Após 10 min a mistura reacional foi transferida para um
funil de extração contendo solução aquosa saturada de MnCl2 (30 mL) e o produto
foi extraído com AcOEt (3x 15 mL). As fases orgânicas foram combinadas, lavadas
com solução aquosa saturada de NaCl (30 mL). A fase orgânica foi selecionada e
seca com MgSO4. O solvente foi removido e o produto 93 foi purificado por
cromatografia em coluna de gel de sílica (eluente:hexano/AcOEt 50%) fornecendo
um óleo transparente. Rendimento: 93% (0,54g; 2,8 mmol).
OH
CNCl
BuSe
OH
CN
OH
CN
n
ClCl
tBuOOH, Ti(OiPr)4, DHP
10 min, t.a.
82 93
III.2.4 - Procedimento one-pot para a preparação dos adutos de Baylis-Hillman.
Após o tempo total de reação descrito no procedimento III.2.1, a mistura reacional foi
levada à t.a. e então foram adicionados DHP (0,55 mL; 6,0mmol) e Ti(Oi-Pr)4 (0,18
mL; 0,6 mmol) e uma solução aquosa de tBuOOH (1,5 mL; solução 5,5M; 8,2 mmol).
Após 10 min de agitação magnética, a mistura reacional foi transferida para um funil
de extração contendo uma solução aquosa de MnCl2 saturada (30 mL) e o produto
foi extraído com AcOEt (3x 15mL). As fases orgânicas foram combinadas, lavadas
com solução aquosa saturada de NaCl (30mL). A fase orgânica foi selecionada e
seca com MgSO4. O solvente foi removido e o produto 93 foi purificado por
cromatografia em coluna de gel de sílica (eluente:hexano/AcOEt 50%) fornecendo
um óleo transparente. Rendimento: 61% (0,35g; 1,8 mmol).
OS DADOS ESPECTRAIS E OS ESPECTROS DAS MOLÉCULAS FORAM
RETIRADOS DESSA VERSÃO DIGITAL PARA GARANTIR A PROPRIEDADE
INTELECTUAL DESSE TRABALHO, MAS PODEM SER CONSULTADOS NA
VERSÃO IMPRESSA.
1. Perrin, D. D. A., W. L. F.; Perrin, D. R, Purification of Laboratory Chemicals. 2nd ed.; Pergamon Press: London, 1980. 2. Back, T. G., Organoselenium Chemistry: A Practical Approach. 1st ed.; Oxford University Press: London, 1999. 3. Cunat, A. C.; DiezMartin, D.; Ley, S. V.; Montgomery, F. J., Synthetic studies towards the clerodane insect antifeedant jodrellin A: Preparation of a polycyclic model compound with antifeedant activity. Journal Of The Chemical Society-Perkin Transactions 1 1996, (7), 611-620.
93
OH
CNCl
tBuOOH, Ti(OiPr)4, DHP
i.
ii.
iii.
iv.
CN
nBuLi
Se0p-Cl-PhCHO