tese final mestrado_reações burke
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Universidade do Algarve
Faculdade de Cincias e Tecnologia
Estudos de Reactividade em derivados de Compostos
Heterocclicos
Dissertao para a obteno do grau de Mestre em Qumica
Especializao em Qumica Orgnica
Daniela Veloso Coelho
Faro
2008
-
ii
Nome: Daniela Veloso Coelho
Departamento: Departamento de Qumica e Bioqumica
Orientador: Professora Doutora Maria de Lurdes Cristiano
Data: 14 de Fevereiro de 2008
Ttulo da dissertao: Estudos de Reactividade em derivados de Compostos
Heterocclicos
Jri:
Presidente: Doutor Wenli Wang
Vogais: Doutor Anthony Joseph Burke
Doutora Maria de Lurdes Cristiano
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iii
Dedicado:
Aos meus pais
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iv
Agradecimentos
Desejo agradecer minha orientadora, Professora Maria de Lurdes Cristiano,
por todo o apoio e disponibilidade ao longo deste projecto de mestrado. O meu muito
obrigado, por todos conhecimentos cientficos que me transmitiu.
O meu sincero agradecimento a todos os docentes do Departamento de Qumica
e Bioqumica da F.C.T. da Universidade do Algarve, pela disponibilidade e por todos os
conhecimentos transmitidos.
Ao Departamento de Qumica da Universidade de Liverpool, pelos espectros de
massa, RMN e anlise elementais gentilmente fornecidos.
No posso deixar de agradecer a todos os meus colegas de laboratrio e de
mestrado, Nuna, Bruna, Llia, Lus, Emanuel, Rui, Andreia e Marta.
A todos os meus amigos o meu muito obrigado!
minha famlia, em especial minha tia Carmencita, agradeo todas as palavras
de apoio e todo o carinho.
Aos meus pais, a quem devo tudo o que sou, agradeo o apoio, o carinho, o
esforo, as palavras de encorajamento e o amor que sempre me deram durante todos
estes anos.
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v
Ao Francisco agradeo todo o amor, compreenso e carinho manifestados ao
longo destes ltimos anos. Obrigado por tudo!
-
vi
Resumo
Os lcoois allicos so bastante abundantes na natureza, estando presentes em
vrios sistemas biolgicos. So ainda intermedirios importantes na sntese de vrios
tipos de compostos com, um vasto leque de aplicaes.
Neste projecto de investigao, procedeu-se modificao qumica do lcool
allico natural nerol, atravs da sua converso em ter de tetrazol e de benzisotiazol,
dois sistemas heteroaromticos. O principal objectivo incidiu na elucidao mecanstica
das isomerizaes trmicas dos correspondentes teres. Este lcool inclui na sua
estrutura duas insaturaes, o que faz com que os correspondentes teres possuam um
sistema alilvinlico que possibilita uma isomerizao do tipo Claisen e um sistema
1,5- dieno que torna possvel uma isomerizao trmica do tipo Cope.
No decorrer deste trabalho de investigao, foi ainda feita uma anlise detalhada
dos padres de fragmentao de uma srie de teres allicos e benzlicos de
benzisotiazol por espectrometria de massa.
Estudos precedentes da fotoqumica de 4-aliltetrazolonas e o conhecimento da
aplicao de derivados allicos de benzisotiazol no controlo de pragas nas plantaes de
arroz no Japo, China e Coreia do Sul, estiveram na base de uma investigao da
fotoqumica de derivados allicos de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixido.
Palavras chave: Tetrazis, benzisotiazis, lcoois allicos, isomerizaes de
Claisen, reaces de fotoclivagem e espectrometria de massa.
-
vii
Abstract
Compounds bearing an allylic alcohol function are often vital structural units of
biologically active systems, and have attracted widespread attention as key
intermediates for the synthesis of various types of compounds with a variety of
important applications.
In the present investigation, the natural allylic alcohol nerol was converted to the
corresponding tetrazolyl and saccharyl ethers by direct reaction with 5-chloro-1-
phenyltetrazole and 3-chloro-1,2-benzisothiazole. The aim was to elucidate the
mechanism of the thermal isomerisation of this ethers, which include an allyl vinyl
system prone to Claisen type isomerisation and a 1,5-diene prone to Cope type
rearrangement.
During the course of this work the fragmentation pathways for allyloxytetrazoles
and allyloxy and benziloxy-benzisothiazoles obtain by mass spectrometry were studied.
Previous studies related with the photochemical pathways for degradation of 4-
allyltetrazolones and the knowledge of the application of allyloxipseudosacharins in rice
blast control in Japan, China and South Chorea, motivate the study of photochemistry of
allylic derivates of benzisothiazole.
Key Words: Tetrazoles, benzisothiazoles, allyl alcohols, Claisen isomerisations,
photocleavage reactions, mass spectrometry.
-
viii
ndice
Resumo vi
Abstract vii
1. Introduo 1
1.1.- Importncia dos derivados tetrazollicos 4
1.2.- Importncia dos derivados de benzisotiazol 7
1.3.- Sntese e aplicaes de teres de tetrazol e benzisotiazol 7
1.4.- Isomerizaes trmicas em derivados allicos dos heteroaromticos
de benzisotiazol e de tetrazol 10
1.5.- Rearranjo de Claisen e de Cope 14
1.6.- Fotoqumica de 1,2-benzisotiazois e 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos 18
1.7.- Suportes slidos 24
1.7.1.- Slica 26
1.7.2.- Celulose 28
1.8.- Princpios bsicos de fotoqumica 31
2. Apresentao e discusso dos resultados 39
2.1.- Metodologia utilizada na sntese dos teres allicos de 1,2-
-benzisotiazol-1,1-dixido e de 1-feniltetrazol 40
2.2.- Caracterizao dos teres allicos de tetrazol e de benzisotiazol
derivados do nerol 55
-
ix
2.2.1.- Caracterizao por Ressonncia Magntica Nuclear (RMN) 55
2.2.1.1.- Anlise do espectro de 1H-RMN do derivado allico de
Tetrazol 55
2.2.1.2.- Anlise do espectro de 1H-RMN do derivado allico de
Benzisotiazol 62
2.2.2- Caracterizao por espectrometria de massa 71
2.2.2.1- Padro de fragmentao dos derivados O- nerollicos e
N- nerollicos de tetrazol 75
2.2.2.2- Padro de fragmentao do derivado O- nerollico e N- nerollico
de benzisotiazol 81
2.3.- Estudo dos mecanismos de degradao por espectrometria de massa
de teres allicos e benzlicos de benzisotiazol 87
2.3.1- Principais caminhos de fragmentao de teres allicos de
Benzisotiazol 87
2.3.2- Principais caminhos de fragmentao de teres benzlicos de
Benzisotiazol 99
2.3.3.- Paralelismo entre os padres de fragmentao dos teres allicos e
benzlicos de benzisotiazol 109
2.4.- Estudo da fotoqumica de derivados allicos de benzisotiazol 112
2.4.1.- Espectroscopia de absoro de ultravioleta-vsivel dos compostos
Fotolisados 113
2.4.2.- Estudo da fotlise dos derivados allicos de benzisotiazol 115
2.4.2.1.- Estudos fotoqumicos em soluo 115
2.4.2.2.- Estudos efectuados em matriz de slica e de celulose 119
-
x
3. Concluses 126
4. Parte experimental 128
4.1- Descrio dos procedimentos de sntese 130
4.1.1.- Sntese de 3-cloro-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido (cloreto de
pseudo-sacarina) 130
4.1.2.- Sntese de 5-(3,7-dimetil-octa-2,6-dienoxi)-1-fenil-1H-tetrazol 130
4.1.3.- Sntese de 3-(2-propenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 132
4.1.4.- Sntese do ter 3-(2-butenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 133
4.1.5.- Sntese do ter 3-(E-3-fenil-2-propenil-1-oxi)-1,2-benzisotiazol-
-1,1-dixido 133
4.1.6.- Sntese de 3-(cis-3,7-Dimetil-2,6-octadieno-1-oxi)-1,2-
benzisotiazol-1,1-dixido 134
4.1.7.- Sntese de 3-Metoxi-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido 135
4.1.8- Rearranjo trmico dos teres allicos de tetrazol e de benzisotiazol
derivados do lcool natural nerol 136
4.2.- Estudo da fotoqumica dos teres allicos de benzisotiazol em soluo 136
4.2.1.- Preparao das solues e subsequente estudo por espectroscopia
de ultravioleta-vsivel 136
4.2.2.- Irradiao e anlise das solues por HPLC 137
4.2.3.- Preparao das amostras em suportes slidos 138
4.2.3.1- Deposio dos compostos em slica 138
4.2.3.2.- Deposio dos compostos em celulose microcristalina 138
4.2.4.- Irradiao e anlise das amostras depositadas em slica e em celulose 138
-
xi
4.2.5- Identificao dos fotoprodutos obtidos por irradiao das amostras
em soluo e em matrizes slidas 139
5. Bibliografia 140
6. Anexos
7. Glossrio
-
Introduo
-
Introduo
1. Introduo Os lcoois allicos so dos intermedirios mais versteis em sntese orgnica1.
Devido ao interesse que estes compostos suscitam como sintes, muitos qumicos tm
explorado uma variedade de caminhos para a construo desta subunidade. Inmeros
lcoois allicos quirais e aquirais, tm sido utilizados na sntese de outros precursores
bastante teis, incluindo epxidos, ciclopropanos e diis insaturados2.
Um exemplo de um processo qumico baseado na reactividade de lcoois allicos
a epoxidao de Sharpless* (Esquema 1). Nesta reaco os lcoois allicos so
convertidos em epxidos opticamente activos, com um excesso enanteomrico superior
a 90%, por oxidao com t-BuOOH, na presena de tetraisopropxido de titneo,
Ti(OiPr)4, e de um ligando quiral dietil tartrato, L-(+)-DET e D-(-)-DET. Como a
oxidao estereoespecfica nas condies referidas, qualquer um dos enantemeros do
produto pode ser preparado, dependendo da forma enanteomrica do ligando utilizado3.
*Barry Sharpless foi premiado com o Prmio Nobel da Qumica em 2001, prmio este repartido com
Willian S. Kowles e Ryoji Noyori pelos seus avanos e desenvolvimentos de processos catalticos para aplicao em
estratgias de sntese assimtrica. As descobertas destes trs qumicos tiveram um grande impacto, tanto ao nvel da
investigao cientfica como na aplicao das novas metodologias na indstria farmacutica, pois possibilitaram o
desenvolvimento de frmacos e outras substncias biologicamente activas com pureza enanteomrica.
-
Introduo
2
OH
t-BuOOH
Ti(Oi-Pr)4
OH
O
CO2Et
EtO2C
OH
OHL-(+)-DET
85% rendimento94% ee
L-(+)-dietil tartrato
Esquema 1
Os lcoois allicos entram na constituio de muitos leos essenciais, que
ocupam um lugar preponderante nas indstrias farmacuticas, agro-alimentares e de
cosmticos. So largamente utilizados para conferir aromas especiais em inmeros
produtos, tais como perfumes, cosmticos, sabonetes, condimentos, entre outros. O leo
essencial da espcie Aniba duckei kostermans caracterizado pelo forte odor, sendo
normalmente utilizado por populaes locais da Amaznia no tratamento de doenas
reumticas. Na indstria cosmtica utilizado principalmente, na produo de
perfumes, tendo como principal constituinte o linalol, um monoterpeno alcolico
tercirio de cadeia aberta4 (Figura 1). Outro leo essencial que entra na constituio das
fragrncias caractersticas dos perfumes o nerol (Figura 1), constituinte do leo de
rosas5 a que iremos dar particular nfase neste trabalho.
OH
CH2OH
L inalol Nerol
Figura 1. Estrutura do linalol e do nerol
-
Introduo
3
A nvel farmacolgico, vrios so os frmacos que possuem na sua constituio
a funo lcool allico e que despertam interesse devido s suas propriedades
fisiolgicas. Dois exemplos importantes so a Pravastina e o Calcipotriol, princpios
activos nas formulaes comercializadas sob a designao de Pravacholfi e Dovonexfi ,
respectivamente (Figura 2).
Pravastina Calcipotriol
Figura 2. Exemplos de frmacos que incluem na sua constituio a funo
lcool allico.
A Pravastina (Pravacholfi ) um inibidor da HMG-CoA redutase, enzima que
catalisa o passo determinante na sntese de colesterol no fgado, sendo deste modo
administrada para diminuir os nveis de colesterol no sangue em pacientes com ou em
risco de ter doenas cardiovasculares. O Calcipotriol (Dovonexfi), um anlogo da
vitamina D, foi aprovado como tratamento tpico da psorase em 1994 6.
A abundncia dos lcoois allicos na natureza, o seu vasto leque de aplicaes
industriais, a sua versatilidade em qumica orgnica sinttica e o interesse que suscitam
no meio acadmico no que respeita sua estrutura e reactividade, so as razes que
motivam a investigao levada a cabo no grupo de sntese e reactividade orgnica do
-
Introduo
4
Departamento de Qumica e Bioqumica da Faculdade de Cincias e Tecnologia da
Universidade do Algarve, em que me encontro inserida.
No mbito do meu projecto de mestrado, realizei trabalho experimental com o
intuito de elucidar aspectos mecansticos da isomerizao trmica de teres allicos de
tetrazol e de benzisotiazol derivados do lcool natural nerol. Numa segunda fase do
trabalho, foi efectuada a sntese de uma srie de teres de benzisotiazol devidamente
caracterizados e investigada a fotoqumica destes em soluo e em suportes slidos.
1.1- Importncia dos derivados tetrazollicos
Os sistemas tetrazollicos tm despertado particular interesse devido s suas
inmeras aplicaes prticas, como por exemplo em medicina. A maioria destas
aplicaes est relacionada com as propriedades cido/base do anel heterocclico
-CN4H, que apresenta uma acidez semelhante do grupo cido carboxlico COOH,
sendo quase isostrico com este, mas metabolicamente mais estvel a pH fisiolgico.
Este facto est na base da substituio do grupo COOH pelo grupo CN4H em
molculas biologicamente activas com aplicaes em reas de investigao de interesse
relevante7. Um exemplo o farmacforo Losartan (1), que possui na sua constituio
um grupo tetrazollico substituto do grupo carboxlico do Exp7711 (2). Estes frmacos
pertencentem classe dos antagonistas dos receptores da angiotensina II, sendo
indicados no tratamento da hipertenso arterial7,8.
-
Introduo
5
N
N
Cl
OH
NN
NNH
N
N
Cl
OH
O
OH
(1) (2)
Figura 3. Representao dos farmacforos acdicos do Losartan e do Exp7711.
A substituio bioisostrica da funo carboxilo pela tetrazolilo, estende-se
sntese de novos frmacos no combate malria, como o caso do cido 6-[2-(3-metil)-
1,4-naftoquinolil]hexanico (3, Figura 4), que um potencial inibidor da enzima GR
(Glutationa redutase) do Plasmodium Falciparum. Esta permuta de grupos funcionais
permitiu aumentar a biodisponibilidade do frmaco mantendo uma acidez semelhante
mas melhorando as suas propriedades antimalricas9.
O
O
COOH
O
O
N
N
NHN
nn
(4) (3)
Figura 4. Exemplo de substituio da funo carboxlo pelo grupo tetrazolilo na
sntese de frmacos com actividade antimalrica.
Na continuao de diversos estudos anteriormente efectuados na sntese de
antimalricos por parte de elementos do nosso grupo de trabalho, e tendo por base o
conhecimento das caractersticas fsico-qumicas do anel de tetrazol, encontra-se neste
-
Introduo
6
momento a decorrer uma investigao que tem como principal objectivo, a substituio
de outros grupos acdicos em molculas com actividade antimalrica por grupos
tetrazollicos. De entre os substratos que se pretende modificar encontram-se as
fluorometilcetonas (5, Figura 5) e as vinil sulfonas peptdicas (6, Figura 5), que so
potentes inibidores da enzima falcipain-2, uma enzima do Plasmodium pertencente
classe das proteases cistenicas e que assume um papel fundamental para a
sobrevivncia do parasita, uma vez que actua numa estapa crucial da degradao da
hemoglobina. As fluorometilcetonas e as vinilsulfonas 8 e 9 conduziram a excelentes
resultados in vivo contra o parasita da malria10,11.
ON N
H
HN F
O
O
O NN N
H
HN S
O
O
O
O
R
R=PhR=Naftil
(5) (6)
Figura 5. Inibidores da enzima Falcipain-2.
Alm das utilizaes referidas, os tetrazis so ainda usados em frmacos para o
tratamento do cancro12, mostraram actividade contra o vrus HIV13, actividade
analgsica14 e antituberculosa15. A relevncia econmica dos derivados de tetrazol
estende-se a outras reas tais como a agricultura, onde so utilizados com herbicidas e
fungicidas16, em sistemas fotolitogrficos17 e como agentes geradores de gs em
airbags18.
-
Introduo
7
1.2- Importncia dos derivados de benzisotiazol
A sacarina (1,2-benzisotiazol-3-ona 1,1-dixido) o adoante artificial mais
antigo e tem sido frequentemente utilizada como um componente chave em muitos
compostos biologicamente activos. um composto relativamente barato, sendo muito
verstil como material de partida para a sntese de diversos derivados heterocclicos19.
As caractersticas do anel benzisotiazollico tm despertado particular interesse
em diferentes reas, nomeadamente na medicina, onde se conhece a sua actividade
como antiagregante plaquetrio (activo no tratamento e preveno de tromboses) 20,
antagonista do Ca2+ (activo no tratamento da hipertenso) 21 e ainda actividade
antifngica, antibacteriana22, antipsictica23 e anti-inflamatria24,25.
H ainda a referncia da utilizao destes compostos na agricultura, no combate
a pragas26, como iremos mencionar mais frente na introduo.
1.3- Sntese e aplicaes de teres de tetrazol e benzisotiazol
Nos ltimos anos tm-se desenvolvido metodologias para a modificao qumica
de lcoois allicos27, de lcoois benzlicos28 e arlicos29, atravs da sua converso em
teres de tetrazol e de benzisotiazol, recorrendo ao cloreto de pseudo-sacarina e ao
cloreto de tetrazol como agentes derivatizantes (Figura 6).
-
Introduo
8
SO2
N
O R
(7)
N
N N
N
OR
(8)
Figura 6. (7)-ter de pseudo-sacarina; (8)-ter de tetrazol.
A converso dos lcoois nos correspondentes teres conduz ao enfraquecimento
da ligao R-OH (Figura 7), tornando esta quimicamente mais susceptvel em reaces
de clivagem redutiva, tais como a hidrogenlise na presena de um dador de hidrognio
catalisada por paldio sobre carvo activado28,29 ou em reaces de cross-coupling
com reagentes organometlicos29,30.
Neste tipo de reaces de ipso-substituio, o grupo heteroaromtico do agente
derivatizante juntamente com o oxignio proveniente do lcool (O-R), constituem
excelentes grupos abandonantes (nuclefugos). A forte electronegatividade dos anis
heteroaromticos de tetrazol e de benzisotiazol, desvia a densidade electrnica da
ligao inicial R-OH para a nova ligao RO-R, sendo solveis em gua e facilmente
separados dos produtos desejados por extraco.
R-OH + R-Cl R-O-R
Em que R = alil, benzil, aril e R =
N
N N
N
Ph
; SO2
N
.
Figura 7. Representao esquemtica da converso de lcoois a teres de
tetrazol e de benzisotiazol.
-
Introduo
9
No caso especfico dos teres allicos de tetrazol, a clivagem redutiva da ligao
C-O pode ser efectuada selectivamente em condies experimentais controladas,
originando os correspondentes alquenos31. Nestes teres alil vinlicos, a hidrogenlise
cataltica compete com a migrao do grupo allico de O- para N- que origina as
correspondentes N-aliltetrazolonas (Figura 8).
NN
N N
O
RAr
Processo trmico
NN
N N
O
ArR
NN
N NH
O
Ar
R
No ocorrehidrogenlise
HidrogenlisePd / dador de hidrognio
Figura 8: Hidrogenlise de teres allicos de tetrazol e migrao competitiva do
grupo allico de O- para N-, dando origem s correspondentes N- aliltetrazolonas.
Os compostos N-allicos rearranjados so estveis nas condies de
hidrogenlise que conduz rpida clivagem dos seus ismeros O-allicos. Tal como em
rearranjos de Cope e Claisen, que se sabe serem catalisados por metais de transio, foi
demonstrado que o rearranjo dos teres aliltetrazollicos cerca de 3 vezes mais rpido
na presena de paldio, do que na sua ausncia. O interesse no estudo mecanstico do
rearranjo trmico destes compostos, foi motivado pela sua potencial importncia para a
sntese de novas ureias, com aplicaes como herbicidas e em qumica teraputica32.
-
Introduo
10
A estrutura dos teres no estado fundamental pode estar directamente
correlacionado com a sua reactividade e muitas vezes utilizada para prever e
interpretar o decorrer da reaco. O efeito da parte heterocclica no enfraquecimento da
ligao C-O do lcool original, nos teres allicos27, benzlicos28 e arlicos29, tem sido
aferido atravs da anlise estrutural obtida por cristalografia de raio-X27,28,33.
1.4.- Isomerizaes trmicas em derivados allicos dos heteroaromticos de
benzisotiazol e de tetrazol
Foi demonstrado que a isomerizao trmica de 5-aliloxi-1-ariltetrazois ocorre
exclusivamente atravs de um processo [3,3]-sigmatrpico e de forma intra-molecular34
(Figura 9).
N
N N
N
O
RN
N N
N
O
R
Figura 9: Isomerizao trmica [3,3]-sigmatrpica de teres allicos de tetrazol
Com base em estudos cinticos foi possvel determinar os parmetros
termodinmicos de activao H#, S#, G#, para esta reaco de isomerizao. Os
resultados sugerem que o mecanismo da reaco, envolve a formao de um estado de
transio concertado, semelhante ao proposto para as isomerizaes de Claisen, com
uma carga parcial negativa localizada no sistema heteroaromtico e uma carga parcial
-
Introduo
11
positiva no grupo allico, que migra do tomo de oxignio para o tomo de nitrognio
(9). A formao de um estado de transio concertado justifica os valores negativos
obtidos para a entropia de activao na isomerizao trmica de uma srie de teres
allicos de tetrazol.32
N N
NN
O
R
(9)
O estudo mecanstico da isomerizao trmica de derivados de benzisotiazol
revelou que, ao contrrio dos seus homlogos de tetrazol, originam os produtos das
migraes [3,3]- e [1,3]-sigmatrpicos (Figura 10).
SO2
N
O
R
SO2
N
O
(10)
(11)
R
SO2
N
O
R
SO2
N
O
R
Figura 10. Compostos obtidos por isomerizao trmica de 3-
aliloxibenzisotiazois: rearranjos [3,3]-sigmatrpico (10) e [1,3]-sigmatrpico (11).
-
Introduo
12
Verificou-se experimentalmente que a proporo dos produtos resultantes dos
processos [3,3]- e [1,3]-sigmatrpico depende da temperatura, do tempo de reaco e
da polaridade relativa do meio reaccional. Estendendo o tempo de aquecimento destes
teres, verificou-se uma reduo gradual da percentagem do ismero resultante do
processo [3,3]-sigmatrpico e um aumento do ismero proveniente do processo [1,3]-
sigmatrpico, sendo este ltimo termodinamicamente mais estvel, por outras palavras,
resulta de um controlo termoqumico. Em termos mecansticos podemos assumir a
possibilidade de dois processos pericclicos concorrentes, em que s o processo [3,3]-
sigmatrpico permitido pelas regras de Woodward-Hoffmann, sendo o processo
[1,3]-sigmatrpico proibido. No entanto, possvel que este processo proibido ocorra
atravs de um mecanismo pseudopericclico, similar ao proposto para o rearranjo
observado em steres allicos35. No est excluda a possibilidade de o processo ocorrer
atravs de um mecanismo de fragmentao-recombinao, uma vez que h dados
experimentais que indicam que o rearranjo [1,3]-sigmatrpico ocorre mais rapidamente
em meios mais polares36. Um mecanismo de fragmentao-recombinao envolve uma
separao de cargas, pelo que em solventes polares estas so estabilizadas de forma
mais eficiente.
Como j referido anteriormente, um dos objectivos principais do projecto, a
elucidao macanstica da isomerizao trmica destes teres allicos recorrendo a uma
pequena alterao no sistema em estudo ou seja, sero investigados os efeitos estruturais
sintetizando teres de sacarina e de tetrazol em que o lcool a derivatizar possua uma
segunda ligao dupla na sua estrutura, tendo sido utilizado o nerol. A derivatizao e
subsequente estudo da isomerizao deste lcool suscita particular interesse do ponto de
vista sinttico e mecanstico, uma vez que os teres resultantes possuem na sua
estrutura, para alm do sistema alilvinlico do tipo Claisen comum a todos os
-
Introduo
13
compostos estudados anteriormente, um sistema de Cope igualmente passvel de sofrer
isomerizao trmica.
Existem na literatura referncias a rearranjos trmicos em sistemas alilvinlicos
heteroaromticos. Um exemplo o rearranjo de Claisen observado em 4-
aliloxipirimidinas substtuidas na posio 2 (12), originando como produto 4-hidroxi-5-
alilpirimidinas37 (13, Figura 11). Contudo o rendimento para esta reaco no
ultrapassou os 28%, facto justificado pela presena de um processo competitivo, em que
h a migrao do grupo alilo para o azoto do anel localizado nas posio orto
relativamente ao grupo aliloxi, formando a correspondente 3-alil-4-pirimidona (14). Em
trabalhos de investigao mais detalhados, determinou-se que o rearranjo ocorre com
inverso do sistema allico e de forma intramolecular38.
N
N
O
R
N
N
OH
R
N
N
O
R
12 13 14
Figura 11. Rearranjo trmico em 4-aliloxiprimidinas.
Outras migraes de O- para N- em teres alqulicos e arlicos de pseudo-
sacarina, originando os respectivos ismeros N-alqulicos e N-arlicos, esto descritas
em vrios trabalhos. Estas isomerizaes do tipo [1,3] denominam-se por rearranjos de
Mumm-Chapmann, no sendo concertados39.
-
Introduo
14
1.5.-Rearranjo de Claisen e de Cope
O rearranjo de Claisen foi descoberto em 1912. O mecanismo para este tipo de
isomerizaes foi proposto nos anos 60, tal como o relativo ao rearranjo de Cope que
ocorre por um processo mecanstico similar. Ambos so processos [3,3]-sigmatrpicos40
que consistem na migrao, de forma intramolecular, de uma ligao , adjacente a um
ou mais sistemas , para uma nova posio na molcula, havendo a reorganizao do
sistema durante esse processo.
O exemplo mais geral do rearranjo de Claisen consiste na converso de teres
alil vinlicos nos correspondentes derivados carbonlicos (Figura 12).
O O
O
Figura 12. Mecanismo proposto para o rearranjo de Claisen em teres alil
vinlicos envolvendo um estado de transio com conformao em cadeira.
Devido ao produto da reaco ser um composto carbonlico, o equilbrio
favorvel no sentido de formao do produto40.
Outro exemplo o rearranjo trmico de teres alil fenlicos nos correspondentes orto-
alil fenis (Figura 13). A isomerizao de Claisen o passo determinante da reaco,
seguindo-se a enolisao da cetona para restaurar a aromaticidade41.
-
Introduo
15
O
OH
200oC
ter alil arilco
o-alil fenol
Rearranjo de Claisen
O
O
H
Tautomerizao
Figura 13. Rearranjo de Claisen em teres alil arlicos.
No caso do rearranjo de Cope, o exemplo mais simples envolve a migrao de
uma ligao no 1,5-hexadieno40 (Figura 14).
Figura 14. Mecanismo proposto para o rearranjo de Cope no 1,5-hexadieno,
envolvendo um estado de transio com conformao em cadeira.
-
Introduo
16
Ambos os rearranjos (Cope e Claisen) ocorrem atravs de um estado de
transio com uma estrutura electrnica deslocalizada por seis tomos, com uma
conformao preferencialmente em cadeira42,43.
Estes dois tipos de processos [3,3]-sigmatrpicos tornaram-se uma das
ferramentas fundamentais em sntese orgnica para a formao de ligaes carbono-
carbono44, tendo a vantagem de serem reaces relativamente fceis de executar e com
elevado grau de estereoselectividade e de reorganizao de grupos funcionais. De entre
as suas inmeras aplicaes podemos referir a sntese de produtos naturais importantes,
como por exemplo os terpenides, utilizados como aromatizantes e em fragrncias tanto
escala laboratorial como escala industrial45. Uma das primeiras publicaes nesta
rea refere-se sntese do 2-metil-2-hepteno-6-ona (15), um dos intermedirios para a
produo de numerosos compostos aromatizantes do grupo dos terpenides como o
caso do citral, linalol, geraniol entre outros. Este precursor obtido atravs de um
rearranjo de Claisen 45(Figura 15).
H
O
O
H3COOH
O
Rearranjo de Claisen
(15)
Figura 15. Estratgias de sntese da 2-metil-2-hepteno-6-ona (15), envolvendo
um rearranjo de Claisen.
-
Introduo
17
Outro exemplo uma das estratgias sintticas descritas para o - sinesal, um
importante componente sensorial proveniente do leo de laranjeira, que engloba nos
passos de sntese um sistema de rearranjos Claisen-Cope45 (Figura 16).
O (Rearranjo de Claisen)
O
O (Rearranjo de Cope)O
- sinesal
Figura 16: Estratgia sinttica do composto - sinesal.
A maioria destes rearranjos ocorre a temperaturas elevadas (100-350oC), embora
se conheam exemplos de processos catalticos facilitadores deste tipo de reaces46,47.
-
Introduo
18
1.6.- Fotoqumica de 1,2-benzisotiazois e 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos
A fotoqumica de compostos heteroaromticos de cinco membros tem sido
extensamente estudada. A maior rea de actividade neste campo tem sido o estudo da
fotoisomerizao do ncleo heterocclico, como o caso da isomerizao do imidazol a
benzimidazol48, do pirrole a imidazol48, de 2-ariltiofenos a 3-ariltiofenos49, de isoxazois
a oxazois50, de 2,5-di-t-butilfurano a 2,4-di-t-butilfurano51 e de isotiazol-3(2H)-onas
substitudos na posio 2 a tiazois-2(3H)-onas substitudos na posio 352.
Os derivados de isotiazois benzo fundidos, nomeadamente os 1,2-benzisotiazois,
tm merecido particular ateno nestes ltimos anos, essencialmente devido s suas
propriedades anti bacterianas e anti fngicas53. De entre alguns exemplos podemos
referir a investigao da fotoisomerizao de vrias benzisotiazol-3(2H)-onas a dibenzo
[b,f][1,4]tiazepin-10(11H)-onas, provavelmente via clivagem homoltica da ligao S-N
e ciclizao da espcie biradicalar, seguida da formao de um anel aromtico
concomitantemente com a transferncia de hidrognio54 (Figura 17).
-
Introduo
19
S
N
O
X
S
N
O
X
S
N
O
X
X = OMe Me H Cl CN
O
S
N
X
H
transferncia
1,7-hidrognio
O
S
NH
X
Figura 17. Mecanismo proposto para a fotoisomerizao de benzisotiazol-
3(2H)-onas substitudas.
A fotoqumica de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixidos, tambm foi alvo de alguns
estudos. Em trabalhos de investigao recentes55, demonstrou-se que quando uma srie
de sultamas N-substitudas so sujeitas a fotlise a 254 nm em acetonitrilo ou metanol,
h em muitos casos a formao de um nico fotoproduto, tendo-se identificado este
como sendo a correspondente 1,3-2H-benzotiazina-1,1-dixido (Figura 18). O
mecanismo proposto para esta isomerizao fotoinduzida est representado no esquema
1855.
-
Introduo
20
SO2
HN
R1 R1
CHR2
SO2
R1 R1
NH
SO
R1 R1
NOCH2Ph
SO2
N
R1 R1
CH2R2
R2
SO2
N
R1 R1
CH2R2
SO2
R1 R1
NCH2Ph
[1,2]H
R1=CH3, R2=Ph
(16)(17) (18)
(21) (19)(20)
R1 R2
CH3 Ph CH3 CO2CH3 CH3 CN CH3 COCH3 Ph Ph
Figura 18. Mecanismo proposto para a fotoisomerizao de N-benzil-1,2-
benzisotiazol-1,1-dixidos 3,3-disubstitudos.
A molcula fotoexcitada (16) sofre uma clivagem homoltica da ligao S-N
dando origem espcie biradicalar (17), que por sua vez se transforma na espcie
biradicalar (18) atravs de uma transferncia de hidrognio do carbono para o
nitrognio. Seguidamente ocorre a ciclizao levando formao do produto final
resultante do fotoexpanso anelar (19). De notar que a espcie (18) beneficia de
estabilizao benzlica quando R2=Ph ou pelo efeito electroatractor dos substituintes
quando R2=CO2Me, CN, COMe, sendo esta a fora impulsionadora da sua formao.
-
Introduo
21
A sultama em que os grupos substituintes so R1=CH3 e R2=Ph leva formao,
para alm do produto comum a todas as outras sultamas, do fotoproduto (20), resultante
da transferncia de oxignio do enxofre para o nitrognio. No entanto, quando uma
amostra pura do composto (20), foi deixada durante cerca de duas semanas
temperatura ambiente, verificou-se a sua converso integral no composto de partida
(16)55.
Recentemente foram efectuados no nosso grupo de trabalho, estudos de
fotoreactividade de uma srie de 4-alil-tetrazolonas (22) em soluo, tendo-se utilizado
como solventes metanol, 1-propanol, 1-hexanol, acetonitrilo e ciclohexano. Identificou-
se a eliminao de nitrognio como sendo o processo fotoqumico primrio, levando
formao de pirimidinonas (23). Aps esta fotoclivagem primria, seguiram-se reaces
secundrias, em acetonitrilo e ciclohexano, levando formao de fenilisocianato (24) e
anilina (25). A formao de fenilisocianato e anilina atravs da fotoclivagem das
pirimidonas (23), concomitante com a formao de outros produtos secundrios,
nomeadamente 1-(amino)propeno (26a) e 1-propenil-isocianato (27a), 2-amino-2-
buteno (26b) e 1-metilprop-1-enil-isocianato (27b) e 2-amino-2-fenil-1-eteno (26c) e 1-
fenilprop-1-enil-isocianato (27c), respectivamente. No entanto, em solues alcolicas,
os produtos primrios permanecem fotoestveis mesmo aps extensos perodos de
irradiao, o que tornou possvel o isolamento de 3,4-dihidro-pirimidinonas com bons
rendimentos56. Esta estratgia constitui uma nova e eficiente rota sinttica para esta
importante classe de compostos.
-
Introduo
22
Ph N C OPh-NH2
RN
C
O
N
NN
N
O
R
H2N R
NN
O
R
N NH
O
R
N
NN
N
O
R
a: R=Hb: R= CH3c: R=Ph
Soluo alcolica
Soluo no alcolica
(22)
(23)
(25)(24)
(26)
(27)
Figura 19. Fotlise de 4-alil-tetrazolonas em soluo.
O enorme interesse dos resultados obtidos no estudo da fotoqumica de 4-
aliltetrazolonas, do ponto de vista sinttico e acadmico, esteve na base da investigao
da fotoqumica de derivados allicos de 1,2-benzisotiazol-1,1-dixido. H tambm a
considerar o elevado interesse econmico e ambiental do estudo proposto, uma vez que
se conhecem as aplicaes de derivados de benzisotiazol, nomeadamente o 3-aliloxi-
1,2-benzisotiazole-1,1-xido (Probenazol, figura 20), no controlo de pragas nas
plantaes de arroz no Japo, China e Coreia do Sul, desde 197526.
-
Introduo
23
N
O2S
O
Figura 20. Estrutura do Probenazol.
A aplicao destes compostos na agricultura, fomenta a realizao de estudos
laboratoriais, na medida em que estes permitem identificar produtos e elucidar
mecanismos de fodegradao. Contudo, importa salientar que estes estudos servem
apenas como previso do comportamento destes compostos, uma vez que impossvel
recriar em laboratrio todas as variveis inerentes sua fodegradao quando expostos
ao meio ambiente57.
No mbito deste projecto sero efectuados estudos em soluo e em suportes
slidos. Deste modo, iremos fazer algumas consideraes relevantes sobre a natureza e
caractersticas dos suportes utilizados, bem como dos princpios bsicos dos processos
fotoqumicos.
Estudos efectuados demonstraram que o Probenazol absorvido pela raiz e transportado para toda a planta, activando
o seu sistema de defesa. Este um modo pouco usual de aco para um qumico utilizado no controlo de pragas no
sector agrcola. Atravs da activao do sistema de defesa da planta, o Probenazol altera o equilbrio da relao planta
- parasita no sentido do favorecimento da planta26.
-
Introduo
24
1.7.- Suportes slidos
A utilizao de sistemas heterogneos, tais como micelas, suportes slidos,
polmeros e membranas, no controlo de reaces fotoqumicas, tem suscitado particular
interesse, devido s importantes aplicaes industriais destas reaces, como por
exemplo na converso e armazenamento de energia solar, na xerografia, na fotografia,
entre outras. Durante as ltimas duas dcadas, tem-se observado um incremento
bastante notrio no emprego de tcnicas fotoqumicas no estudo do comportamento de
uma variedade de sistemas superfcie-adsorbato. A investigao da fotoqumica e
fotofsica de molculas adsorvidas em suportes slidos tem o potencial de nos fornecer
vrios tipos de informao. possvel por exemplo, obter informao acerca das
propriedades da superfcie e dos stios de adsoro, bem como das alteraes na
reactividade provocadas pelas restries na mobilidade rotacional e difusional da
espcie adsorvida.
Os suportes slidos podem ser classificados em duas categorias:
- Superfcies no reactivas tais como a slica e a alumina, que proporcionam um
ambiente mais ordenado e consequentemente um controlo mais eficiente dos processos
fotoqumicos, comparativamente com o que ocorre em solues homogneas. Estes
suportes desempenham a funo de assistir a transferncia electrnica entre duas
molculas adsorvidas (Figura 21a).
- Superfcies reactivas tal como o TiO2, que participam nas reaces
fotoqumicas absorvendo fotes incidentes e transferindo carga para uma molcula
adsorvida, ou por quenching do estado excitado da mesma (Figura 21b).
-
Introduo
25
A superfcie, bem como as propriedades intrnsecas dos materiais de suporte,
desempenham um papel importante, influenciando o curso das reaces fotoqumicas58.
suporteslido
B
e
a)
suporteslido
B
AA *
suporteslido
B
A*
e
suporteslido e
B
A
e
suporteslido
B
A
b)
Figura 21. Funo dos materiais de suporte na promoo dos processos
fotoqumicos. A* representa a espcie adsorvida excitada por irradiao, A+ representa a
espcie adsorvida oxidada, B representa uma espcie adsorvida neutra, B- representa
uma espcie adsorvida reduzida.
Neste trabalho, para alm de estudos fotoqumicos de teres
alilbenzisotiazollicos em soluo, realizaram-se estudos utilizando como suporte slido
a slica e a celulose, ambos suportes inertes. Sabendo que, como anteriormente se
mencionou, os compostos estudados tm aplicaes na agricultura, a escolha destes dois
suportes slidos inteiramente justificada, visto que a slica o principal constituinte do
solo e a celulose das paredes celulares das plantas superiores. As caractersticas destes
suportes sero seguidamente apresentadas.
-
Introduo
26
1.7.1- Slica
A slica porosa uma forma amorfa e granular da slica sinttica, tendo uma
estrutura esponjosa da qual resultam grandes reas de superfcie (20-750 m2g-1), que
motivam em grande parte a sua utilizao como adsorvente. A superfcie da slica
formada por uma rede de grupos silanol (Si-OH) e siloxano (Si-O-Si) que adsorvem
fisicamente a gua. As funes silanol podem ser isoladas, geminais ou vicinais (ligadas
por pontes de hidrognio gua ou umas s outras), como se encontra ilustrado na
figura 22.
Si
OO
O
OH
Si
OO
O
Si
OO
Si
OH
OO
A B A
Si
OHHO
O O
C
Si
OO
O
OH
Si
O
OO
H
D
Si
OO
O
OH
O
H
HO
Si
H
OO
O
E
Figura 22. Representao esquemtica da superfcie da slica: (A) silanis
isolados; (B) ligaes siloxano; (C) silanis geminais; (D) silanis vicinais ligados por
pontes de hidrognio; (E) gua ligada superfcie por pontes de hidrognio.
A gua fisicamente adsorvida pode ser removida submetendo a slica a
temperaturas moderadas, enquanto que a remoo da gua quimicamente adsorvida
requer temperaturas mais elevadasA, que podem promover a condensao dos grupos
-
Introduo
27
SiOH adjacentes para formar ligaes siloxanoB, produzindo deste modo uma superfcie
relativamente mais hidrofbica59.
A adsoro da maioria das molculas polares e de hidrocarbonetos aromticos,
envolve a interaco com os grupos hidroxilo da superfcie60,61,62,63 tendo-se proposto
que quanto menores os poros da slica, maior a percentagem de silanis activos
relativamente ao nmero total de silanis por unidade da rea superficial64.
-
Introduo
28
1.7.2.- Celulose
A celulose o componente fibrilar presente nas paredes celulares de todas as
plantas superiores. Este polmero essencialmente um politer constitudo por uma
cadeia linear de unidades de D-glucose unidas por ligaes (1 4). Cada unidade
glicosdica apresenta uma rotao de 180o relativamente as unidades que lhe so
contguas, sendo estabilizada por pontes de hidrognio, que impom restries rotao
das ligaes O-glicosdicas65 (Figura 23).
Figura 23. Estrutura da celulose com ligaes (1 4) entre unidades de D- glucose.
Estudos de raio-X da celulose nativa ou fibrosa revelaram que este meio actua
como um sistema de duas fases, consistindo numa regio amorfa, menos ordenada e
menos compacta, localizada na sua grande maioria na superfcie das fibras elementares,
e numa regio ordenada (cristalina), onde a celulose apresenta um padro cristalino bem
definido. Neste ltimo caso, as cadeias de celulose encontram-se alinhadas
paralelamente e proximamente empacotadas, permitindo a formao de fortes ligaes
de hidrognio intermoleculares entre cadeias de celulose adjacentes66.
Este polmero natural tem recebido particular ateno nos ltimos anos por parte
dos fotoqumicos uma vez que permite obter fosforescncia temperatura ambiente
-
Introduo
29
(RTP- Room Temperature Phosphorescence) a partir de uma grande variedade de
espcies, que no a apresentam em estudos efectuados em soluo. As espcies
adsorvidas so imobilizadas na matriz rgida de celulose atravs de interaces por
pontes de hidrognio entre os grupos hidroxilo da cadeia polimrica e da molcula
enclausurada, reduzindo o movimento da molcula67,68 e aumentando o tempo de vida e
o rendimento quntico de emisso do adsorvato69.
O facto de a mobilidade das espcies adsorvidas ser bastante reduzida neste
meio, leva a que estas se encontrem protegidas de quenching por parte do oxignio
molecular, desde que a celulose se encontre bem seca. A presena de pequenas
quantidades de gua afecta fortemente o comportamento do estado excitado da molcula
adsorvida, como o caso do pireno e da N,N,N,N- tetrametilbenzidina, tendo-se
verificado a difuso destas espcies excitadas e de O2 em amostras molhadas67.
A celulose microcristalina (celulose utilizada nos estudos fotoqumicos
efectuados neste trabalho), resulta da hidrlise da celulose purificada aps tratamento
com HCl 2,5N durante 15 minutos a 105o, sendo uma forma muito pura da celulose,
com alto grau de cristalinidade. Os grupos hidroxilo da celulose tm uma forte afinidade
por solventes polares e pelos solutos neles solubilizados. A gua um exemplo de um
bom solvente para o inchamento da celulose, embora tal tambm acontea com outros
solventes polares hidroxlicos, tais como o metanol, etanol, n-propanol e outros. A
interaco entre as cadeias celulsicas na celulose microcristalina feita atravs de
ligaes de hidrognio entre os grupos glicopiranosdicos. O processo de inchamento
quando a celulose colocada em contacto com solventes polares hidroxlicos resulta da
substituio destas ligaes de hidrognio por outras, envolvendo os grupos
glicopiranosdicos e os grupos hidroxlicos do solvente. A remoo do solvente resulta
no aprisionamento do composto orgnico entre as cadeias celulsicas e este passa ento
-
Introduo
30
a sofrer as restries estreas observadas nestes sistemas. Em presena de solventes no
polares, a celulose microcristalina no tem a propriedade de sofrer inchamento e logo
qualquer composto orgnico solvel neste solvente apenas se ir depositar na superfcie
da celulose aps remoo do solvente70.
Para alm da fotoqumica, conhecem-se a aplicaes de fibras de celulose
altamente puras no reforo de compsitos polimricos que apresentam condutividade
elctrica. De facto, as fibras sintticas (fibras de vidro e fibras de carbono, etc) tendem
cada vez mais a serem substitudas por fibras naturais, visto apresentarem inmeras
vantagens de entre as quais podemos mencionar a baixa densidade, biodegradabilidade,
elevada dureza e baixo custo. Como desvantagens pode-se referir a baixa estabilidade
trmica e a elevada capacidade para absorver gua. Actualmente, a utilizao deste tipo
de materiais tem aumentado substancialmente na indstria automvel71.
-
Introduo
31
1.8.- Princpios bsicos de fotoqumica
A maioria das reaces orgnicas estudadas ocorrem entre molculas que se
encontram no seu estado electrnico fundamental. Porem, nas reaces fotoqumicas, a
molcula reactiva previamente promovida por absoro de luz, para um estado
electronicamente excitado. O processo de promoo de electres do estado fundamental
para o estado excitado, bem como os mecanismos de excitao das molculas, encontra-
se sumariamente descrito em seguida.
Os electres podem-se movimentar do nvel energtico correspondente ao estado
fundamental para um nvel de energia superior, ou seja, para uma orbital de mais alta
energia no ocupada, se for fornecida energia ao sistema. Num processo fotoqumico,
essa energia transferida sob a forma de luz. Uma vez que os nveis de energia se
encontram quantizados, a quantidade de energia requerida para excitar um electro de
uma determinada molcula de um nvel menos energtico para um mais energtico
uma quantidade fixa, dada pela equao
E = h
onde h a constante de Planck, a frequncia da luz ( = c / ), sendo c a velocidade
da luz e o comprimento de onda da radiao incidente. O valor de E corresponde
diferena de energia entre os dois nveis energticos envolvidos na transio.
No espectro electromagntico, a energia das transies electrnicas corresponde
a luz na regio do visvel, U.V. e U.V. longnquo, dependendo a frequncia em grande
parte da natureza das duas orbitais envolvidas. O grupo funcional presente numa
molcula responsvel pela absoro denominado cromforo. Exemplos de cromforos
na regio do visvel e do U.V. so C=O, N=N, Ph e NO2. Na regio do U.V. longnquo
-
Introduo
32
temos C=C, C C, Cl e OH. Certas molculas contm grupos designados de
auxocromos que deslocam e intensificam a banda de absoro produzida por um
cromforo. Se o desvio ocorre para comprimentos de onda superiores designado por
desvio batocrmico, para comprimentos de onda inferiores o desvio hipsocrmico. Por
outro lado, se existir um aumento na intensidade da banda de absoro dizemos que
existe um efeito hipercrmico, se houver uma diminuio na banda de absoro
dizemos que existe um efeito hipocrmico. Exemplos de auxocromos so o Cl, OH, e
NH2 que deslocam as bandas do vsivel e U.V. de cromforos como Ph ou C=O. Visto
que os auxcromos so igualmente cromforos por vezes difcil de decidir qual dos
grupos na molcula o auxocromo e qual o cromforo.
O spin de um nico electro, s, igual a . O vector soma dos momentos spin de
cada electro individual numa molcula, d origem a um spin total S, que
extremamente importante na determinao do estado electrnico da mesma. Assim o
estado electrnico de determinada molcula dado por (2S+1). Para espcies em que
todos os electres esto emparelhados, S=0 e 2S+1=1, o que corresponde a um estado
singuleto. Se dois electres se encontram desemparelhados apresentando spins
paralelos, S=1 e 2S+1=3, estando a espcie num estado tripleto.
Na maioria das molculas orgnicas, todos os electres no estado fundamental
encontram-se emparelhados e com spins antiparalelos, de acordo com o princpio de
Pauli. Quando um dos electres promovido para uma orbital de maior energia, os dois
electres j no partilham a mesma orbital, podendo o electro que transitou ter o
mesmo spin que o seu par ou spin oposto. Uma molcula em que os dois electres
desemparelhados tm o mesmo spin, diz-se no estado tripleto, enquanto que uma
molcula em que todos os electres estejam emparelhados est no estado singuleto.
Assim, e em principio, para todos os estados singuleto excitados existe um estado
-
Introduo
33
tripleto correspondente. A regra de Hund prev que o estado tripleto possua uma energia
inferior do correspondente estado singuleto72.
Em princpio, a promoo de determinado electro numa molcula, poderia
resultar num estado excitado singuleto ou num estado excitado tripleto, dependendo da
quantidade de energia fornecida. Porm as transies entre nveis energticos so
governadas por regras de seleco, que estipulam que determinadas transies so
proibidas ou bastante improvveis. As transies proibidas so de dois tipos:
Transies proibidas por spin. Transies electrnicas em que o spin do
electro se altera no so permitidas. Uma alterao de spin envolve uma
alterao no momento angular, e esta viola a lei da conservao do momento
angular. Assim, transies singuletotripleto e tripletosinguleto so proibidas
enquanto que, transies tripleto-tripleto e singuleto-singuleto so permitidas.
Transies proibidas por simetria: As transies dependem das propriedades
de simetria das orbitais envolvidas. Transies entre orbitais degeneradas (g) e
entre orbitais no degeneradas (u) ou seja transies g g ou u u so proibidas
por simetria enquanto que transies g u ou u g so permitidas.
Apesar de as regras de seleco determinarem, quais as transies que podem ou
no ocorrer, as transies proibidas so frequentemente observadas, sendo no entanto
muito menos provveis que as transies permitidas, ocorrendo quando h mecanismos
de compensao no sistema.
Quando um electro numa molcula promovido, normalmente ocupa a orbital
vazia de mais baixa energia (LUMO). No entanto a promoo para orbitais de energia
-
Introduo
34
mais elevada tambm podem ocorrer72. Para a maioria das molculas orgnicas existem
quatro tipos de excitao electrnica73, apresentados esquematicamente na figura 24.
e e
e
e
____ _________ ___________________________
___________________________________________
___________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
En e
r gia
Figura 24. Transies electrnicas possveis para os electres , e n.
Os quatro tipos de excitao so seguidamente mencionados segundo uma ordem
que normalmente a de diminuio de energia, podendo esta alterar-se na presena de
determinados solventes.
*. Esta transio uma transio permitida (g u), sendo a nica transio
possvel nos alcanos visto no possurem electres e n. Para que ocorra este
tipo de excitao, necessrio luz de intensidade elevada na regio do ultra-
violeta longnquo.
n *. Esta transio parcialmente permitida e ocorre em todos os compostos
que apresentem pares de electres no ligantes, como por exemplo lcoois,
aminas, teres, etc.
*. Esta transio permitida e ocorre em compostos que apresentem na sua
estrutura ligaes duplas, como por exemplo alquenos, alquinos, compostos
carbonlicos, compostos azo, etc.
Orbital antiligante * Orbital antiligante * Orbital no ligante n Orbital ligante Orbital ligante
-
Introduo
35
n *. Esta transio parcialmente permitida e observada em compostos que
possuem ligaes duplas e electres desemparelhados, como por exemplo
aldedos, cetonas, etc. Estes compostos podem sofrer este tipo de promoo bem
como as trs anteriores.
Dos quatro tipos de transio mencionadas anteriormente, as transies * e
n * so as mais importantes em fotoqumica orgnica, necessitando apenas de luz na
regio do U.V. ou simplesmente de luz visvel. Compostos que apresentem o grupo
C=O, podem sofrer ambas as transies, dando origem a duas bandas no U.V.72.
Quando uma molcula promovida fotoquimicamente para um estado excitado, esta
tende a perder o excesso de energia e passar de novo para o seu estado inicial. Existem
vrias maneiras de as molculas excitadas poderem reagir, ou por outro lado de
perderem o excesso de energia tal como iremos explicar em seguida de um modo
resumido.
No caso das converses intramoleculares (processo de transferncia de energia na
mesma molcula), a maioria das transies electrnicas ocorrem entre nveis
vibracionais de mais baixa energia do estado fundamental, usualmente um estado
singleto S0, para um estado excitado de mais baixa energia, S1. Transies para estados
S2 e outros estados singuleto de mais alta energia tambm ocorrem, mas em meios
lquidos e slidos, a molcula tende a perder o excesso de energia rapidamente passando
para os nveis vibracionais de mais baixa energia do estado S1. Esta energia
(correspondente diferena energtica entre os nveis vibracionais), libertada para o
ambiente em pequenas quantidades e atravs de colises com outras molculas, sob a
forma de calor. Este processo denomina-se de relaxao vibracional (VC).
-
Introduo
36
Deste modo, na maioria dos casos, o nvel vibracional de mais baixa energia de S1
o nico estado excitado singuleto de relevante importncia. A libertao de energia a
partir deste estado pode ocorrer atravs de vrios processos fsicos, que so descritos em
seguida, estando representados no diagrama de Jablonski (Figura 25).
Figura 25. Diagrama de Jablonski onde se encontram representadas as vrias
transies entre os estados excitados e o estado fundamental. IC= converso interna,
ISC= cruzamento intersistemas, vc= relaxao vibracional, h f= fluorescncia, h p=
fosforescncia.
-
Introduo
37
A molcula no estado S1 pode aceder a um nvel vibracional de S0 de igual energia e
em seguida, atravs de um processo de relaxao vibracional, descer ao longo dos nveis
vibracionais de S0 e voltar ao estado fundamental (nvel vibracional mais baixo de S0).
Este processo de decaimento de um estado excitado para outro estado com a mesma
multiplicidade (singleto-singleto ou tripleto-tripleto) denomina-se converso interna.
Devido ao facto de este ser um processo muito lento, a maioria das molculas adoptam
outros caminhos para a libertao de energia.
A fotoemisso de energia associada a uma transio do nvel vibracional menos
energtico de S1 para os nveis vibracionais de mais baixa energia de S0 conhecida por
fluorescncia. Este processo no muito comum por ser em geral lento, na ordem dos
10-9 segundos. A maioria das molculas no estado S1 podem sofrer um cruzamento
intersistemas e passar para o estado tripleto T1. Esta transio proibida, no entanto
pode ocorrer devido ao facto de existirem compensaes no sistema. Molculas no
estado T1 podem regressar para o estado S0 por meio de libertao de calor (cruzamento
intersistemas) ou por emisso de luz, processo designado por fosforescncia. Do mesmo
modo que no cruzamento intersistemas, a fosforescncia uma transio proibida
devido alterao do momento angular. Assim ambos so processos lentos, em mdia
entre 10-3 a 101 segundos. Isto significa que os estados T1 geralmente tm tempos de
vida bem mais longos do que os estados S1, tornando mais provvel a ocorrncia de
reaces qumicas. A molcula num estado electronicamente excitado pode ainda
transferir o excesso de energia para outra molcula num processo designado de
fotosensibilizao. A molcula fotoexcitada (D), tambm designada por
fotosensibilizador por ser a molcula dadora de energia, volta ao estado fundamental S0
enquanto que a molcula aceitadora de energia (A), promovida a um nvel de energia
mais elevado.
-
Introduo
38
D* + A A* + D
A fotosensibilizao um mtodo bastante importante para fomentar reaces
fotoqumicas, quando uma molcula no pode ser excitada para o estado energtico
pretendido por absoro directa de luz.
A maioria das reaces fotoqumicas so reaces unimoleculares e bimoleculares.
Numa reaco unimolecular, uma molcula excitada electronicamente sofre uma
alterao qumica sem interferir com outras molculas. Numa fotoreaco bimolecular,
a molcula que se encontra num estado excitado usualmente reage com uma molcula
no estado fundamental, que pode ser da mesma espcie ou de outras espcies presentes
na mistura reaccional. Reaces entre duas molculas excitadas no so comuns, uma
vez que cada uma das espcies excitadas se encontra presente em concentraes baixas.
As transformaes qumicas mais comuns que uma molcula excitada pode sofrer
so clivagem para formar radicais, decomposio em molculas mais pequenas,
rearranjos intramoleculares, fotoisomerizao, fotodimerizao e abstraco de tomos
de hidrognio. Todos estes processos so primrios, sendo o mais usual a clivagem
homoltica para formar radicais. Estes por sua vez, tendem a sofrer um processo
secundrio uma vez que se encontram em nveis vibracionais mais elevados e logo
possuem excesso de energia72.
-
Apresentao e discusso dos resultados
39
2. Apresentao e discusso dos resultados
Neste captulo far-se- uma abordagem detalhada sobre as vrias metodologias
sintticas desenvolvidas ao longo do trabalho experimental, fazendo-se uma descrio
pormenorizada de todos os resultados obtidos, bem como a sua interpretao, sempre
que possvel.
O objectivo principal desta tese de mestrado conduziu-nos a dois ramos de
investigao distintos, mas interligados entre si pela natureza dos compostos em estudo,
ou seja, pelos teres allicos derivados dos heterociclos tetrazol e benzisotiazol. Uma
parte da investigao centrou-se na sntese e estudo da reactividade de teres nerollicos
de tetrazol e de benzisotiazol, incidindo na elucidao mecanstica das isomerizaes
trmicas dos mesmos. A segunda parte visou o estudo da fotoqumica de uma srie de
teres allicos de benzisotiazol. A fotoqumica destes compostos foi efectuada em
soluo e em suportes slidos, nomeadamente em slica e em celulose.
-
Apresentao e discusso dos resultados
40
2.1. Metodologia utilizada na sntese dos teres allicos de 1,2-benzisotiazol-
1,1-dixido e de 5-cloro-1-feniltetrazol
Tal como referido na introduo, os lcoois allicos abundam na natureza, sendo
biologicamente importantes em espcies vegetais da famlia das Cistaceae, numerosas
na Pennsula Ibrica, como por exemplo o Halimium Viscosum74. A sua versatilidade
como reagentes de partida para a produo de outros compostos bioactivos torna-os
bastante teis em sntese orgnica, motivando o interesse que suscitam do ponto de vista
da sua estrutura e reactividade. Foram vrios os estudos efectuados nos ltimos anos,
nomeadamente no que diz respeito modificao qumica destes extractos naturais
envolvendo reaces com derivados heteroaromticos de benzisotiazol e tetrazol. Os
teres preparados revelaram ser intermedirios fundamentais em algumas
transformaes qumicas, de entre as quais destacamos a clivagem redutiva da ligao
C-O do lcool original em condies que envolvem catlise heterognea usando dadores
de hidrognio28 e as isomerizaes trmicas27, a que iremos dar particular nfase neste
trabalho.
Os processos de sntese, e alguns dos processos de transformao de teres
allicos de benzisotiazol e de tetrazol encontram-se descritos na literatura27. As
estratgias sintticas desenvolvidas foram aplicadas ao novo substrato em estudo e sero
descritas de seguida.
Em termos de abordagem sinttica, a preparao de teres allicos de
benzisotiazol envolve inicialmente a sntese de 3-cloro-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido
(cloreto de pseudo-sacarina) a partir da sacarina, atravs de uma reaco de halogenao
com pentacloreto de fsforo (PCl5)75. Nesta reaco a sacarina reage com o PCl5
-
Apresentao e discusso dos resultados
41
originando POCl3, HCl e cloreto de pseudo-sacarina (Esquema 2). A separao do
produto desejado feita por destilao dos dois produtos laterais, com um rendimento
de 39%. Os cristais obtidos apresentam-se sob a forma de agulhas incolores, sendo
bastante estveis por um perodo de diversos meses, quando mantidos num excicador.
SO2
NH
O
PC l5
SO2
N
Cl
POCl3 HCl180oC
Esquema 2
A preparao dos teres allicos de benzisotiazol envolve a reaco de um lcool
allico com o cloreto de pseudo-sacarina, na presena de uma base de Lewis, neste caso
a trietilamina. Esta metodologia envolve uma substituio nucleoflica em carbono sp2,
para a qual se props o mecanismo descrito no esquema 3 .
-
Apresentao e discusso dos resultados
42
S
N
Cl
O O
HO R
S
N
O O
O R
Cl NH(CH3CH4)3
S
N
O O
Cl O R
H
S
N
O O
Cl O R
Tolueno N(CH2CH3)3
Esquema 3
De acordo com a proposta mecanstica esquematizada anteriormente, ocorre um
ataque nucleoflico do tomo de oxignio ao carbono sp2 parcialmente electropositivo
( +) do anel de benzisotiazol. Forma-se um intermedirio zwiterinico, carregado
positivamente no oxignio e com uma carga negativa deslocalizada para o grupo SO2.
De seguida, h a remoo de um proto por parte da trietilamina, desencadeando um
movimento concertado de electres pelo anel heteroaromtico que culmina com o
estabelecimento da ligao dupla C=N e a eliminao do Cl- (grupo abandonante). A
formao do precipitado hidrocloreto de trietilamnio no decorrer da reaco, desloca o
processo no sentido da formao do ter desejado.
A estratgia proposta para a converso de lcoois allicos em teres de pseudo-
sacarina pode ser aplicada a lcoois benzlicos28,76, naftlicos77 e fenis29, encontrando-
se na literatura referncia sntese, caracterizao e reactividade destes derivados.
A metodologia sinttica para a obteno de teres allicos de tetrazol envolve
formao de um alcxido, obtido por reaco do respectivo lcool allico com uma base
-
Apresentao e discusso dos resultados
43
forte, nomeadamente o hidreto de sdio, como se encontra descrito no esquema 4. Neste
tipo de reaces h necessidade de um cuidado redobrado no que diz respeito secagem
do solvente, visto a base ser bastante reactiva com a gua. Conhece-se ainda a utilizao
de t-butxido de potssio na sntese de teres arlicos, benzlicos e polianelares de
tetrazol77.
Na+ -H HO R THF Na+ O R H2(g)
Esquema 4
A formao do alcxido implica a libertao de hidrognio molecular como
produto secundrio, o que uma mais valia do ponto de vista termodinmico,
encontrando-se a reaco favorecida pelo aumento da entropia do sistema.
Consecutivamente formao do alcxido adicionado o cloreto de tetrazol,
ocorrendo a reaco entre ambos. A proposta mecanstica para esta reaco encontra-se
representada no esquema 5.
-
Apresentao e discusso dos resultados
44
O R
N
N N
N
Cl
N
N N
N
Cl O R
THF
N
N N
N
O R
Cl
Esquema 5
A transformao do lcool em alcxido de sdio por reaco com hidreto de
sdio, tem por finalidade aumentar o carcter nucleoflico do oxignio atacante, o que
por sua vez ir melhorar a eficincia da substituio nucleoflica que se assume ocorrer
por um mecanismo bimolecular unietpico. Neste caso o nuclefilo intervm no passo
determinante da velocidade da reaco. De facto, a reaco de formao do alcxido faz
todo o sentido do ponto de vista da substituio nucleoflica bimolecular, uma vez que
ao aumentar a fora do nuclefilo favorece cineticamente o seu ataque ao tomo de
carbono do anel heteroaromtico na molcula de cloreto de tetrazol. Este efeito
particularmente importante quando o nuclefilo participa activamente no passo
determinante da velocidade do processo como parece ser o caso. De acordo com o
mecanismo unietpico representado no esquema 5, no passo determinante da reaco,
ocorre a formao de um estado de transio, que evolui no sentido da eliminao de Cl-
com a formao da ligao C-O do ter.
-
Apresentao e discusso dos resultados
45
Como j foi referido anteriormente na introduo da tese, o paralelismo que se
pretende estabelecer entre os teres allicos de tetrazol e de pseudo-sacarina, deve-se ao
facto de a ligao ter estabelecida em ambos os compostos parecer de natureza
idntica, visto os dois anis heteroaromticos apresentarem semelhanas na sua
capacidade electroactratora. Deste modo seria de esperar que ambos os agentes
derivatizantes apresentassem um comportamento reaccional idntico no que se refere
subtituio nucleoflica. Porm tal no se verifica.
Em trabalhos de investigao anteriores78 tentou-se aplicar a estratgia sinttica
utilizada na preparao de teres allicos de tetrazol preparao dos seus homlogos
de sacarina, mantendo o mesmo pressuposto de que a eficcia da substituio
nucleoflica deveria aumentar com o aumento do caractr nucleofilico no oxignio,
obtido por converso do lcool no respectivo alcxido. Esta tentativa revelou ser
infrutfera, na mediada em que no conduziu formao dos compostos pretendidos.
Por outro lado, a utilizao da trietilamina em tolueno na sntese de teres allicos de
tetrazol seria bastante vantajoso, na medida em que facilitaria o processo de sntese
destes compostos pois no sendo utilizado o hidreto de sdio eliminaria a necessidade
de ausncia total de gua no meio reaccional. No entanto, esta metodologia tambm no
conduziu a quaisquer resultados, o que foi comprovado pela tentativa de sntese do 5-
cinamiloxi-1-feniltetrazol78.
Assim, embora os dois agentes derivatizantes possuam electroafinidades
semelhantes, estes apresentam diferenas significativas nas suas reactividades. O
conhecimento das causas para a existncia desta diferena de reactividade, por exemplo
relativamente ao ataque nucleoflico no carbono sp2 do cloreto de pseudo-sacarina e o
cloreto de tetrazol, passa pelo estudo mais pormenorizado do mecanismo de ambas as
reaces nucleoflicas, o que deixa um caminho em aberto para investigaes futuras.
-
Apresentao e discusso dos resultados
46
Na tabela 1 encontram-se representadas as estruturas dos teres allicos de
benzisotiazol e de tetrazol sintetizados neste trabalho, assim como o intervalo de fuso
para cada composto e o rendimento obtido em cada sntese.
Tabela 1. teres allicos de benzisotiazol e tetrazol sintetizados e respectivos
pontos de fuso e rendimentos.
Estrutura do ter Intervalo de fuso (C) Rendimento (%)
N
NN
N
O
leo
72
SO2
N
O
leo
43
SO2
N
O
139-140
49
SO2
N
O
132-133
62
SO2
N
O
125-127
29
-
Apresentao e discusso dos resultados
47
As snteses dos teres propenlico, butenlico e cinamlico de benzisotiazol
foram efectuadas para que se prosseguisse com o estudo da fotoqumica destes
compostos e da anlise dos seus padres de fragmentao em condies de
espectrometria de massa. A caracterizao espectroscpica destes est descrita em
trabalhos anteriores.
A sntese e caracterizao dos teres nerollicos de tetrazol e de benzisotiazol
sero descritas de seguida.
A preparao do ter nerollico de tetrazol foi efectuada de acordo com o mtodo
de sntese de teres allicos de tetrazol descrito anteriormente, tendo-se utilizado
quantidades equimolares dos dois reagentes de partida (lcool e agente derivatizante). A
formao do alcxido bastante ntida, uma vez que ao adicionar uma soluo do
lcool, gota a gota, suspenso de NaH em THF previamente seco h, para alm da
evoluo visvel de um gs (H2), a alterao da cor da mistura, de esbranquiada para
cor de tijolo. Aps a formao do alcxido ento adicionado o cloreto de tetrazol,
previamente dissolvido em THF seco, mistura reaccional. H o cuidado de a reaco
permanecer temperatura ambiente visto estes compostos serem particularmente
sensveis ao aumento da temperatura, podendo facilmente sofrer isomerizao trmica.
Aps o work up da reaco, obteve-se como extracto orgnico um leo amarelo. A
anlise deste extracto por espectrometria de massa e por Ressonncia Magntica
Nuclear permitiu-nos verificar que este consistia numa mistura do ter pretendido e do
produto resultante do seu rearranjo trmico.
Como iremos falar mais a frente na discusso, aquando da preparao das
amostras dos teres de benzisotiazol em suporte slido para posterior irradiao, os
grupos hidroxlicos da slica promovem a quebra da ligao C-O enfraquecida do ter
-
Apresentao e discusso dos resultados
48
levando formao dos seus precursores sintticos, a sacarina e o nerol. Do mesmo
modo, a tentativa de purificao do ter de tetrazol por cromatografia em slica poder
levar hidrlise da ligao O-C do ter que se encontra enfraquecida. Contudo, prev-
se que o derivado N- nerollico j seja purificvel por coluna, visto a ligao C-N ser
mais forte que a ligao O-C e consequentemente menos susceptvel de sofrer hidrlise.
Tentmos ainda seguir outras metodologias sintticas para a obteno do
derivado O-nerollico desejado. Uma anlise na literatura79, forneceu-nos informaes
sobre uma possvel estratgia de construo do ter partindo inicialmente do lcool
natural, e a partir deste construir o anel heteroaromtico de tetrazol. O esboo da nova
estratgia de sntese encontra-se descrito de seguida nos esquemas 6 e 7.
OH
ON
N
NN
OCN
NaN3
H
BrCN, Et3N
Acetona, 0 oC
Acetona/H2O Refluxo
Esquema 6
O primeiro passo reaccional envolve uma substituio nucleofilica, em que se
pretende que o oxignio do lcool actue como nuclefilo, atacando a espcie BrCN. No
segundo passo reaccional faz-se a ciclizao com azida sdica temperatura ambiente,
aumentando-se de a temperatura at atingir o refluxo de modo a promover a formao
-
Apresentao e discusso dos resultados
49
do anel de tetrazol. Na literatura est descrita a preparao de ariloxitetrazois com bons
rendimentos atravs da utilizao desta metodologia sinttica80,81.
De acordo com a estratgia indicada, iramos obter o derivado tetrazollico de
nerol no substitudo na posio 1 do anel heteroaromtico. Porm, para podermos
estudar a reactividade trmica deste ter e compar-la com as reactividades trmicas dos
teres allicos de tetrazol anteriormente estudados teremos que ter o sistema
heteroaromtico igualmente substtuido. Assim, torna-se necessrio introduzir um
substituinte fenlico na posio 1 do anel de tetrazol. De referir que 1-H-tetrazis-5-
substtuidos podem estar em equilbrio tautomrico com o respectivo 3-H-tetrazol,
sendo a abundncia relativa dos dois ismeros dependente da polaridade do meio.
Dabbagh, Najafi-Chermahini e Banibairami79 procederam metilao do Bizol
(di-tetrazol) fazendo-o reagir este com trietilamina e excesso de iodeto de metilo em
acetona. Para obter o tetrazol substitudo poderamos utilizar o mesmo mtodo sinttico,
fazendo reagir o nosso ter com fluorobenzeno de acordo com o descrito no esquema 7 .
ON
N
NN
H ON
N
NN
Ph
Et3N, PhF em excesso
acetonatemperatura ambiente
Esquema 7
Contudo, deparamo-nos com a possibilidade de haver a formao de uma
mistura de ismeros resultante da substituio do anel tetrazollico nas posies 1 e 3
dependendo das condies de reaco. No trabalho desenvolvido pelos investigadores
mencionados anteriormente, as tentativas de separao dos ismeros formados, atravs
de uma coluna cromatogrfica, a partir da metilao do Bizol revelaram-se infrutferas.
-
Apresentao e discusso dos resultados
50
A sntese do ter de tetrazol pretendido seguindo esta metodologia, no nos
levou a resultados satisfatrios. A formao do cianeto no primeiro passo reaccional
parece-nos ter sido a etapa condicionante de toda a reaco. A adio da trietilamina
soluo do nerol e BrCN em acetona, levou formao de um precipitado branco que
poder corresponder ao sal brometo de trietilamnio. Contudo o acompanhamento da
reaco por TLC revelou sempre a presena do lcool mesmo aps um perodo
relativamente longo de agitao. Considerando que algum lcool poderia ter reagido,
decidimos prosseguir para o passo de ciclizao, adicionando azida sdica dissolvida
em gua/acetona (50:50). De novo, no ocorreu qualquer alterao significativa no
TLC, observando-se apenas a mancha bastante intensa do lcool.
A ausncia de resultados positivos pode dever-se fora relativa das duas
espcies, lcool e cianeto, como nuclefilos, o que corrobora o facto de a primeira etapa
ser a condicionante de todo o processo de sntese. Uma vez que se pretende que o lcool
ataque a espcie BrCN, podemos propor para trabalhos futuros, que se aumente o
carcter nucleoflico deste, por reaco com t-butxido de potssio, formando o
correspondente alcxido.
Para alm de ser uma base forte, o t-butxido de potssio, por ser um anio
relativamente volumoso, no conduz a ataque nucleoflico. Esta caracterstica permite a
formao do alcxido, aumentando a probabilidade de deslocamento do Br-.
Se tivssemos conseguido atingir a segunda etapa reaccional, ou seja, a
formao do anel de tetrazol e se o fizssemos reagir com PhF, seria de esperar uma
igual dificuldade na separao dos ismeros, devido sua semelhante polaridade. Uma
outra possibilidade para obter o nosso tetrazol substitudo na posio pretendida seria
fazer reagir o cianato com fenilazida em vez de azida sdica. Porm esta metodologia
acarreta dificuldades acrescidas na medida em que a fenilazida no se encontra
-
Apresentao e discusso dos resultados
51
disponvel comercialmente e a sua sntese requerer cuidados adicionais, visto ser um
composto bastante difcil de manusear.
Esta estratgia sinttica de obteno do ter allico, construindo o anel de
tetrazol a partir do lcool, despertou-nos para novas possibilidades de investigao
destes compostos que at agora ainda no foram exploradas. De facto nos ltimos anos,
o nosso grupo de trabalho tem estudado a relao estrutura reactividade de uma srie de
teres allicos, benzlicos, naftlicos e fenlicos de tetrazol, fazendo variar a estrutura do
lcool de partida e mantendo sempre um substituinte arlico na posio 1 do anel de
tetrazol. Atravs da metodologia proposta anteriormente poderemos partir de um
mesmo lcool e verificar que alteraes podem ocorrer na relao estrutura reactividade
destes teres introduzindo substituintes alqulicos no anel heteroaromtico de tetrazol.
Fica ento aqui uma nova ideia a desenvolver em futuras investigaes.
Na sntese do ter allico de benzisotiazol derivado do nerol recorreu-se
estratgia sinttica descrita no esquema 3. Nesta reaco, a uma mistura de nerol e
cloreto de pseudo-sacarina em tolueno foi adicionada trietilamina gota a gota, tendo-se
verificado a formao de um precipitado correspondente ao cloreto de trietilamnia. De
salientar, e tal como no caso do ter allico de tetrazol, que a reaco de eterificao foi
efectuada temperatura ambiente devido prevista susceptibilidade destes teres para
sofrerem isomerizaes trmicas. O work-up da reaco originou um leo amerelo. A
anlise deste leo por espectrometria de massa (Ionizao Qumica usando NH3)
permitiu identificar a presena do io [M+NH4]+ com m/z = 320, relativo ao ter
desejado, embora tenha revelado igualmente a presena de algumas impurezas. A
anlise da mesma amostra por 1H-RMN, revelou no s a presena do ter pretendido,
mas tambm dos produtos resultantes da sua isomerizao trmica, com migrao do
sistema allico de O para N. A anlise cuidada do espectro mostrou a presena dos
-
Apresentao e discusso dos resultados
52
ismeros [1,3] e [3,3], semelhana do observado em outros teres allicos de
benzisotiazol27. Aps alguns dias na bancada, verificou-se a aparecimento de pequenas
partculas slidas dispersas no leo. As vrias tentativas de recristalizao foram
ineficazes. No entanto estas partculas no podem ser provenientes do reagente de
partida, ou seja, do cloreto de pseudo-sacarina, uma vez que este se converte muito
facilmente em sacarina nas condies de work-up, sendo esta solvel em gua e
facilmente eliminada durante o processo de extraco do composto.
Em trabalhos de investigao anteriores82, tentou-se converter o linalol, um lcool
allico tercerio, no correspondente ter de sacarina. Porm todas as tentativas se
revelaram inteis visto que se obteve cristais amarelos cuja anlise por espectroscopia
de massa revelou no se tratar do composto pretendido, mas sim de um produto
resultante da reaco da trietilamina com o cloreto de pseudo-sacarina, 3-
(dimetilamina)-1,2-benzisotiazol-1,1-dixido ( Figura 26 ). Este composto foi obtido
por reaco do cloreto de pseudo-sacarina e a trietilamina em tolueno, tendo sido
caracterizado por cristalografia de raio X.
SO2
N
N
Figura 26. Estrutura do composto 3-(dimetilamina)-1,2-benzisotiazol-1,1-
dixido.
Assim, foi considerado que o mesmo se poderia ter passado na sntese do
derivado benzisotiazollico de nerol agora abordada. Analisando o espectro de massa da
-
Apresentao e discusso dos resultados
53
mistura obtida na preparao do ter pretendido, podemos verificar a existncia de um
pico com uma intensidade relativa de 3.23% e m/z = 239. Esta massa igual massa do
io molecular [M + H]+ do derivado aminado, justificando assim a origem das partculas
slidas dispersas no produto e mostrando que de facto a amina compete com o lcool na
substituio do carbono sp2 do cloreto de sacarina.
Este via reaccional especialmente notria quando so usados lcoois
estereamente impedidos, como foi o caso do linalol, em que ocorreu a formao
exclusiva do derivado aminado.
O mecanismo da reaco da trietilamina com o cloreto de pseudo-sacarina no
conhecido. No entanto propomos no esquema 8 um possvel mecanismo reaccional.
S
N
C l
O O
N (CH2CH3)3
C l N (CH3CH4)4S
N
OO
N
S
N
OO
C lN
S
N
OO
C lN
N (CH2CH3)4
N (CH2CH3)3
To lueno
Esquema 8
De acordo com esta proposta mecanstica, existe um ataque nucleoflico do tomo de
azoto ao carbono parcialmente electropositivo do anel heteroaromtico, promovendo a
movimentao concertada dos electres ao longo do sistema benzisotiazollico e
-
Apresentao e discusso dos resultados
54
formando um aduto intermedirio com uma carga positiva localizada no azoto e uma
carga negativa localizada no tomo de oxignio do grupo SO2. De seguida poder
ocorrer a remoo de um grupo etilo assistida pela trietilamina presente em excesso no
meio reaccional, com a formao de tetraetilamnio. A aromaticidade restabelecida
atravs da eliminao do Cl-, que ir precipitar em soluo formando cloreto de
tetraetilamnia. Embora seja proposto um mecanismo de adio (associativo), a
hiptese de um mecanismo dissociativo no pode ser descartada.
Face ao exposto, e com o objectivo de melhorar o rendimento de sntese do ter
pretendido, pensou-se recorrer utilizao de uma base mais volumosa que a
trietilamina, como por exemplo o DBU (1,8-Diazabiciclo[4.3.0]non-5-eno). O aumento
da basicidade com o aumento do volume da base poderia levar a um aumento da
competitividade do lcool. No entanto, fizemos uma tentativa de sintetizar o ter de
sacarina recorrendo ao DBU como base, a qual no levou a resultados satisfatrios,
tendo-se obtido apenas os materiais de partida.
Outra forma de obter um maior rendimento seria aumentar o c