CAPÍTULO 3 ÉSTERES Apresentam a seguinte fórmula geral: O R C O R Métodos de obtenção 1) Reação de anidridos com álcool/piridina Inicialmente ocorre um ataque nucleofílico da piridina ao carbono da carbonila do anidrido (solvólise). Forma-se um ânion acetato e um derivado da piridina, que logo em seguida reage com o álcool presente, formando o éster e regenerando a piridina. O O R R C N C N O + R O C O R C O O R C O + + O H N R R C R + O N H O R O C C + O H R O O O R R C + O R R C + N OH 1 Explique como pode ser sintetizado o propanoato de butila. O C C C C N + O C O piridina C C N C C O O anidrido propanóico C C C O O C C O C C + N C C O O O C C + C N O H C C C C C C O H O O C N+ C C C O H C C C O C + C C C C O C C O C C propanoato de butila C C + C C C C C C O C ácido propanóico OH 2) Reação de Haleto de acila com metóxido de Sódio ou Etóxido de Sódio. Essas bases fortes conseguem deslocar a base cloreto dos cloretos de acila. O O R C + H2 C O Cl CH3 R + Na C O C H2 CH3 Cl O R + C + Na O C H2 Cl CH3 Esse processo é utilizado para obter ésteres etílicos e/ou metílicos, com alto rendimento. 2 3) Reação do Brometo de acila com álcoois, que são bases fracas. A ligação do cloro com o carbono é muito forte e necessita de uma base forte para rompê-la. A ligação do bromo com o carbono é muito mais fraca, necessitando de uma base fraca para rompê-la. O O R C H O + R R1 C O H Br R1 Br O R C O O H R1 + Br HBr + R C O R1 4) Reação de anidridos com Éteres/AlCl3 ou FeX3 ou BX3 (1ª) O R O C R R C R FeCl3 O + O O C R C FeCl3 O C O O O R O (2ª) R C + O R O C O R1 R O R 1 + R1 O C + O C R1 O R C R1 R1 O FeCl3 + FeCl3 R1 R C + FeCl3 O R1 5) Reações de ácidos orgânicos com Diazometano. Obtém-se sempre ésteres metílicos com alto rendimento, e gás nitrogênio. Ocorre a abstração do próton do ácido, e a rápida ligação do 3 acetato formado com o grupo metil e a formação de gás nitrogênio. O O R + H2C C N N R C + H3C N N O OH N2 + H3C O O H3C + R R C C O O CH3 6) Reação de cetenas com álcoois Esses tipos de reações ocorrem a temperatura ambiente, formando com facilidade os ésteres correspondentes. O R C C O + H O R R C O C O H R R C C O H R Β O R C C O R 7) Reação de ácido com álcool (em meio ácido) É o processo mais econômico para obter éster em laboratório. Existem dois mecanismos que tentam explicar essa reação. → Cisão Alquil/Oxigênio R OH + H + R OH2 R + H2O 4 O R C O O + R R R C O H O H C O R OH2 (ou : Β R ) Esse mecanismo é aceito quando os álcoois utilizados são terciários, pois dão origem a cátions carbonos terciários relativamente estáveis. Para álcoois primários, admite-se que, não havendo o rearranjo, a esterificação ocorra segundo uma cisão acil/oxigênio. O R C O +H + R O C H2O + R C OH2 + OH O R C O + HO R1 R B C O H O HB + R C R1 O R1 Moura Campos propõe também um mecanismo que utiliza o oxigênio insaturado do grupo carboxi. 8) Reação de ácidos com alcenos em presença de H2SO4 H3C CH2 + H C H + H3C C H CH3 C O R C O + C OH C R C C + O H C + C HSO4 H2SO4 + R O C O C C C C 9) Reação de Bayer – Villiger É utilizada para preparar acetato de fenila. Baseia-se na reação do perácido benzóico com a acetofenona. 1ª etapa – Ataque nucleofílico ao carbono da carbonila da acetofenona. 5 O O O C C + HO O CH 3 C CH 3 O H O 1º C O β O O C C + CH3 OH O O C O CH3 H3C C O O Moura Campos sugere para o mesmo procedimento, o seguinte mecanismo: O R OH C CH3 + H + R C O CH3 + HO O OH C Ph R C O O H O C Ph CH3 OH R O C O CH3 H O C OH Ph B HB + R C O O O C Ph CH3 6 OH O Ph + H3 C C C O H3C OH O H3 C C O R R O H C O O R + O O C Ph Ph + H3 C C O C O OH R PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS ÉSTERES 1) Saponificação + + É a reação de um éster com uma base forte (Na OH ou K OH) . Forma-se um álcool e um sal orgânico. Dependendo do tamanho do grupo R do sal, esse composto tem propriedades detergentes. O O R C + O R OH + Na R C OH O R O R O C + OR R OH + R OH O O R C C O + + Na O R C O + Na - Represente as reações que permitem obter ao mesmo tempo propanol 2 e pentanoato de sódio. 7 C C C C O C O C O C + OH pentanoato de isopropila C C C C C OH O C + Na C C C propanol 2 O C C C C C + O C C C C O C + C C C C + C OH + Na O C OH O C C C C pentanoato de sódio C + O Na 2) Reação com aminas São semelhantes às reações de saponificação levando à formação de álcoois e amidas substituídas. O O R C + O R N H2 R R C O H2 N R R O O R C N H2 R + O R R OH + R C N R H Explique como podemos obter ao mesmo tempo butanol 2 e N, N dipropil butanoamida 8 O O C C C H + N C O C C C C C C C C C H N C C C C C O C C C C C C C C C butanoato de secbutila C O C C C C C C C O N H C C C + O C C C C C C C N C C C C C C C OH (butanol 2) + C C C C Identifique os produtos formados ao reagirmos pentanodiato de metila com etil amina. O H O C C C C C +2 N C O O H O C C C C C C C C C C C C N H2 C C +2 O N H2 C C C O C C O C O C NH2 C O C C C H2N C O C O O C C C + 2 HO C N H N H C C C 3) Reação com hidroxi amina Nesse caso forma-se um álcool e uma N – hidroxi amida 9 O O R C + O R N H2 OH R C O H2N R OH O R O C + N H2 O R R OH + R C OH N H OH 4) Éster Dietil Malônico e Carbamida H2 N O C O Et H2C C + O 2EtOH + O H C N H2C C O O C O N H2 Et Tautomeria O H N N H2C C C N OH OH C C O O N N OH OH "ácido barbitúrico" 5) Éster etílico com etóxido de sódio Serve para obter β ceto ésteres Suponhamos a reação do acetato de etila com etóxido de sódio. Se esta reação ocorrer segundo o mecanismo convencional, não haverá formação de nenhuma espécie química nova. 10 O O H3C C + O C H2 O CH3 C H2 CH3 C C O C O C C C O H3C C + O C H2 O CH3 C H2 CH3 O carbono α do éster, devido ao efeito indutivo da carbonila tem densidade eletrônica baixa. A base etóxido presente retira este próton com facilidade porque ele está fracamente ligado ao carbono α. Forma-se um ânion carbônio, que faz um ataque nucleófilo à carbonila de outra molécula do éster, levando à formação de um β ceto éster e da base etóxido. O H2 C H C O OEt + EtOH + H2C OEt C OEt O O O C O C CH2 + CH3 C EtO EtO C C C EtO OEt O O C EtO C H2 C CH3 + EtO Numa última etapa a base etóxido retira um próton do β ceto-éster dando origem a um álcool. Acidulamos e temos a formação do produto final. 11 H O C C O C CH3 O EtO C H O C C C CH3 + C OH EtO + O C C H O C C C O + CH3 + H C E tO Et O H O C C CH3 H 3 ceto, butanoato de etila (β ceto butirato de etila) Quais seriam os produtos formados se utilizássemos como reagentes metóxido de sódio e butanoato de metila? O C C C O C O + O C H3C CH3 OH + C C C C O Na H C O O C C O O C C C + O C C C C C C C O C C C C O C C C O C C C O O C C C C C C O C C C C C + O CH3 C O C H C C + H3C OH O C C O C C C H C O C C C O C C C O C + C + H C C O C C C O 2 etil, 3 ceto hexanoato de metila 6) Éster malônico 12 O hidrogênio do carbono α deste éster está fracamente ligado ao mesmo, devido à ação das duas carbonilas: qualquer base forte pode retirar um desses prótons, dando origem a um ânion carbônio que se estabiliza por ressonância. (duplamente estabilizado) O O C C OEt H C OEt + H OH H2O + C O H O C C OEt OEt Obs: a base presente também pode “atacar” o carbono da carbonila. Para diminuir esta probabilidade, utiliza-se o éster etílico ou metílico. A obtenção do ânion é importante porque serve para obtermos novas ligações entre carbonos. Exemplo 1: Se misturarmos uma solução, que contenha esse ânion com um haleto orgânico, obteremos um derivado do éster malônico. O O C C OEt C + O H C δ+ H3C I δ- H3C I + OEt C O H C OEt OEt Éster metil dietil malônico ou Metil, malonato de dietila Exemplo 2: Reação do éster malônico em meio básico com cloreto de acetila. 13 O O O O C H3C C C OEt OEt C + C O H C Cl + CH3 C O O H3C O H Cl OEt C OEt C OEt C C Cl O H C OEt Obs: Descarboxilação Ocorre com certa facilidade quando tivermos duas carboxilas ligadas num mesmo carbono. O O C C OH C O ∆ H2C O OH H3C + CO2 OH + C C O OH C HO Aplicação O que ocorre quando tentamos descarboxilar o éster acetil dietil malônico? 1) trata-se esse éster com uma base. 2) sal formado é tratado com um ácido inorgânico. 3) O ácido acetil malônico obtido é aquecido dando origem a um β ceto ácido. 14 éster acetil dietil malônico ou acetil malonato de dietila O O H C C O C + 2 OH O C ∆ C + 2H + O O CH3 C O OEt CH3 C C O OEt Observação: a base OH também pode abstrair o próton do carbono α formando outro produto. O C O C O OH C ∆ O CH3 CO2 + H3C C O C H2 C C OH Ácido 3 ceto (β ceto) butanóico ou Ácido β ceto butírico OH - Identificar X, Y, Z na seqüência reacional: O O C C OEt C NaOH C C C C X HCl Y Z ∆ O C OEt O O O O C C C C C C C C OEt O C + 2 OH + Na C + O Na + 2 HO C C C Et O C C C OEt + O Na X 15 O O O O C C C C O C C C C OH + C + 2 HC l O C C + Na C C + 2 Na C l O C C C O Na+ O C OH Y O C C O O OH C C C - O C ∆ CO2 + C C C C OH C C OH Z C C ácido α propil, β ceto butanóico ou Ácido α propil β ceto butírico O aquecimento da 2 carboxi, 2 aceto carboxi, ciclo hexanona 1 também leva a descarboxilação. O O O C C O C OH C O C OH ∆ OH CO2 + H 2 aceto carboxi ciclo hexanona 1 7) Clivagem de β ceto ésteres. Esses compostos, ao reagirem com bases diluídas e concentradas, formam produtos diferentes. Por exemplo: se a base for diluída teremos uma reação de saponificação comum. Se reagirmos o β ceto éster com soda cáustica concentrada e quente, teremos duas possibilidades de 16 reação. O H O O C C C O 2 C H3C C C C H + EtOH - + O Na OEt 2 1 2 OH (diluída) OH (concentrada) 1 O C H2 C C O O C H3C C O C + H2C OEt C OH OEt OH O H3C C O C + H3C + C O Na OEt Aplicação Existe um β ceto éster chamado 2 ceto ciclo hexil, metanoato de etila. Esse composto ao ser tratado com soda cáustica concentrada e quente dá origem a um derivado de cadeia alifática. O HO C OE t + O OH + Na C O O OEt O OH O C O OEt C C C C C C + H OEt O O C O O C C HO C C C C C OEt Heptanodiato monoácido de Etila A base OH também pode “atacar” o carbono de carbonila do 17 éster, diminuindo o rendimento do processo. Exercícios 1) A reação do anidrido 2 metil pentanóico com butanol 2/piridina forma um ácido e um éster. Represente, com mecanismos, esta preparação. 2) Ao reagirmos brometo de 2 etil pentanodiila com excesso de etóxido de sódio obtemos um sal e um éster. Represente, com mecanismos, esta preparação. 3) Quando colocamos a reagir brometo de 2 etil pentanodiila com excesso de fenil metanol obtemos um HX e um éster. Represente, com mecanismos, esta preparação. 4) Em presença de FeBr3, anidrido hexanóico reage com éter disecbutílico originando um éster. Represente com mecanismos, esta preparação. 5) A benzil cetena quando colocada a reagir com ligeiro excesso de fenil metanol forma um éster. Represente, com mecanismos, esta preparação. 6) A reação do ácido 3 metil pentanóico com 2 metil propanol 2/H+ origina um éster e água, através de uma cisão “alquil – oxigênio”. Represente, com mecanismos, esta obtenção. 7) A reação do ácido metil butanodióico com 2 metil propanol 1/H+ origina um éster e água, através de uma cisão “acil – oxigênio”. Represente, com mecanismos, esta obtenção. 8) Ao reagirmos o ácido oxálico (etanodióico) com excesso de buteno 2/H+, obtemos um éster. Represente, com mecanismos, esta obtenção. 9) Numa industria existe um tanque esférico de 3m de diâmetro, contendo anidrido butanóico (d = 0,880 g/L) até 7/8 de sua capacidade. Existe também um outro tanque cilíndrico (d = 2m; h = 3,5 m) contendo éter diisopropílico (d = 0,805 g/mL) até 8/9 de sua capacidade. De que modo estas espécies químicas devem ser misturadas para que a reação química entre elas (em presença de FeCl3) forme a maior quantidade possível de éster, com R = 85%? 10) Represente com mecanismos, a equação da reação que ocorre quando colocamos a reagir 2 etil hexanodiato de butila com excesso de soda cáustica. 18 11) Idem quando o éster é o 2 etil pentanoato de benzila. 12) Ao reagirmos um óleo vegetal denominado “triestearato de glicerila” com excesso de potassa cáustica, obtemos glicerina (propanotriol) e um sal orgânico (sabão) com E = 90%. Para a fabricação de 150.000 barras desse sabão, de 80g cada uma, pede-se: a- o mecanismo; b- as massas das espécies envolvidas; c- o volume de solução 11 N de base necessário. 13) Ao reagirmos butanodiato de etila com excesso de benzil amina obtemos uma amida e um álcool. Para o aproveitamento de 60 tambores contendo o éster inicial (d = 0,970 g/mL) e supondo-se E = 93%, pede-se: a- o mecanismo; b- as massas das espécies envolvidas. 14) Uma indústria precisa obter 7500 L de butanol 2 através de reação entre álcool e a hidroxiamina. Supondo-se R = 84%, pede-se: a- o mecanismo; b- as massas das espécies envolvidas. 15) A reação entre o éster propil, butil malônico (dietil) com a uréia forma um “ácido barbitúrico”, com E = 80%, que é utilizado na forma de comprimidos, como medicação de ação calmante. Para a fabricação de 4 x 109 comprimidos de 500 mg cada um, contendo 10% deste princípio ativo, pede-se: a- o mecanismo; b- as massas das espécies envolvidas. 16) A reação de ésteres etílicos com etóxido de sódio origina “β ceto ésteres”. Baseando-se nesta informação, represente, com mecanismos, as espécies obtidas quando colocamos a reagir etóxido de sódio com pentanoato de etila. Calcule, supondo R = 78%, as massas das espécies envolvidas para produzir 10000 L do β ceto éster em questão (d = 1,067 g/mL). 17) A descarboxilação ocorre com certa facilidade, sob a ação do calor, quando temos duas carboxilas ligadas a um mesmo átomo de carbono. Represente, com mecanismos, as descarboxilações: a- ácido isopropil malônico (propanodióico); b- ácido secbutil, acetil malônico. 19 18) A clivagem de β ceto ésteres ocorre em presença de bases fortes concentradas, sob a ação do calor. Represente, com mecanismos, a clivagem do β ceto pentanoato de propila em presença de potassa cáustica concentrada. Calcule as massas das espécies envolvidas, com R = 90%, para o aproveitamento de 2500 L de solução 14 N da base em questão. 19) A hidrólise ácida do 1,4 diciano butano origina NH3 e um diácido orgânico. Em seguida este diácido foi colocado a reagir com excesso de butanol 1/H+, dando origem a um éster e água. Finalmente, o éster foi posto a reagir com excesso de soda cáustica, formando um sal orgânico e um álcool. Para a obtenção de 2000 L de solução 5 N contendo este sal orgânico. Pede-se: a- os mecanismos; b- as massas das espécies envolvidas. 20) Num certo procedimento, colocamos a reagir 2000 L de butanoato de metila (d = 0,920 g/mL) com metóxido de sódio, havendo formação de um β ceto éster, que numa fase seguinte, foi posto a reagir com solução 12 N de soda cáustica. Sabendo-se que 70% deste β ceto éster reagir segundo um processo de “clivagem” e que os 30% restantes segundo o mecanismo tradicional, pede-se: a- os mecanismos; b- as massas das espécies envolvidas; c- o volume de solução básica utilizado. NOÇÕES DE SÍNTESE ORGÂNICA ACETATO DE AMILA 1 – Reagentes Álcool amílico: 27,0 mL (d = 0,832 g/mL) Ácido acético glacial: 15,0 mL (d = 1,05 g/mL) Ácido sulfúrico concentrado: 1,0 mL (d = 1,84 g/mL) 2 – Espécies complementares Solução de carbonato de sódio a 10% Sulfato de sódio anidro 20 3 – Técnica Em um balão de 250 mL, colocar 27,0 mL de álcool amílico, 15,0 mL de ácido acético glacial e 1,0 mL de ácido sulfúrico concentrado. Ao balão, colocado sobre uma fonte de aquecimento, adaptar um separador de Dean Stark, e a este, um condensador de refluxo. Aquecer a mistura durante 45 min, sendo que, por ser mais densa, a água formada irá ficar retida no tubo coletor. Adicionar 15,0 mL de solução de Na2CO3 a 10%, com agitação. Verificar o pH da fase aquosa (que deverá estar ligeiramente alcalino). Decantar, transferindo o produto para um erlenmeyer contendo 5g de Na2SO4 anidro. Fechar o erly e agitar periodicamente durante 15 minutos. Filtrar com papel pregueado (seco), diretamente para um balão de destilação seco. Aquecer, recolhendo o produto que destila entre 148/149°C. 4 – Reação (R = 80%) O H 3C C + H3C OH (CH2)3 CH2OH H2SO4 O H3C C + H2O O (CH2)4CH3 5 – Constantes físicas Líquido incolor, com odor de essência de banana; PE = 149°C; d20 =0,875 g/mL; solúvel em etanol, éter etílico e acetato de etila. Muito pouco solúvel em água. 6 – Equipamento 21 7 – Questões 1) Represente o mecanismo deste procedimento. 2) Se existir reagente em excesso, quantificá-lo. 3) Qual a % de catalisador utilizada, em função dos reagentes presentes? 4) Quais as massas dos produtos obtidos? 5) Dentro das proporções estequiométricas, quais massas das espécies envolvidas para a obtenção de 5000 L de éster? 6) Idem, dentro das proporções do processo. 7) Qual a função da solução de Na2CO3 a 10%? 8) Qual a função de Na2SO4 anidro? 9) De que modo a água é separada neste procedimento? 10) Como podemos avaliar o grau de pureza do éster obtido? 22 NOÇÕES DE SÍNTESE ORGÂNICA SÍNTESE DO FTALATO DE DIMETILA 1 – Reagentes anidrido ftálico: 50,0g. Álcool metílico (metanol): 100,0 mL (d = 0,810 g/mL). H2SO4 concentrado: 8,0 mL (d = 1,84 g/mL) 2 – Espécies complementares Solução aquosa de Na2CO3 saturada. CaCl2 anidro. Água destilada. 3 – Técnica Num balão de 250 mL, colocar 50,0 g de anidrido ftálico. Num erlenmeyer de 250 mL colocar 100 mL de metanol, adicionando aos poucos, sob corrente de água, os 8,0 mL de H2SO4 concentrado. Transferir a mistura metanol/H2SO4 para o balão onde se encontra o anidrido ftálico. Adaptar um condensador de refluxo e aquecer em banho maria durante 120 minutos, sob agitação moderada. Retirar o condensador de refluxo, e substituí-lo por um sistema para destilar o excesso de metanol. Verter o éster obtido em 100 mL de água destilada fria e transferir esta mistura para um funil de separação. Decantar o éster obtido. Neutralizar com solução de Na2CO3 saturada, controlando o pH final. Lavar com água destilada. Dessecar com CaCl2 anidro e filtrar. 4 – Constantes físicas Líquido oleoso, ligeiramente aromático; PE = 283,7°C; d20 = 1,194 g/mL, solúvel em etanol, éter etílico e clorofórmio. Pouco solúvel em 23 água. 5 – Questões a) Representar o mecanismo deste procedimento. b) Se existir reagente em excesso, quantificá-lo. c) Quais as massas dos produtos obtidos, supondo-se R = 79%? d) Dentro das proporções estequiométricas, quais as massas das espécies necessárias para a obtenção de 2000 L deste éster? e) Dentro das proporções do processo, quais as massas das espécies necessárias para a obtenção de 3000 L deste éster? f) Porque a adição do H2SO4 no metanol deve ser lenta? g) Porque o éster obtido é colocado em água destilada? h) Porque o éster obtido é “lavado” com água destilada? i) Quais as funções do CaCl2 e da solução saturada de Na2CO3? 24 CAPÍTULO 4 AMIDAS São os compostos derivados dos ácidos orgânicos pela substituição da hidroxila por um grupo “NH2” Processos de obtenção 1) Amonólise de Brometos de acila Trata-se de uma reação de substituição nucleofílica, onde o amoníaco é o agente nucleofílico. O R δ O + C O O + NH3 Br R C NH3 R + C Br HBr + R C NH2 NH3 Br → Por aquecimento ou neutralização elimina-se o HBr 2) Aminólise de haletos de acila. Esse processo serve para obter amidas substituídas. O R δ O + C O + Cl N H2 R R C N H2 R Cl + R C N H2 Cl R O HCl + R C N R pode ser neutralizado 3) Amonólise de cetenas. O R H C + δ C O + NH3 R H C C NH3 25 O H C R H2 C R C O C NH2 NH3 B (Pode ser outro mol de NH3 ) 4) Aminólise de cetenas Esse processo também serve para obter amidas substituídas. O R H C C R H C C O + N H2 R R C H C H2 C C O N H2 R O R N H2 R N H R B Complete a equação química: Y cetena N - Benzil, N - Metil Hexanoamida Resolução: O H C C C C C C O + N C C C C C C H H N C C C C C C C H C O C C N H C C C C C O H2 C C C N C C B 5) Amonólise de anidridos O R O R NH 3 O O R C C + O NH 3 R C NH3 C O R C O + R C O O 26 O R O C + R C NH2 OH → Quais são os produtos formados na amonólise dos seguintes anidridos: (a) Anidrido butanodióico O O C O C C C O + NH3 C C O C C O NH3 O C NH3 O C C C C O C C C HO NH2 O O O C C C C C O C C NH2 + OH NH2 ∆ O C C NH2 C O O C C O H2O + C OH C NH C O C O butanoimida ou succinimida OH Outro mecanismo sugerido para esta transformação é: O O C C C C NH2 C C O C C H O segue o procedimento proposto anteriormente! 1º O H O NH2 (b) Anidrido Ftálico O O C C O C O + NH3 NH3 O C O 27 O O O C NH3 C NH2 C C O C OH C NH2 OH O O O O O C C NH2 C + OH NH H2O + C O O ftalimida 6) Aminólise de anidridos O O R C R C R + N H2 O R C N H2 R O O R C O O R O C O N H2 R + R C O R C O N H R + R C OH → Qual é a imida formada na reação entre o Anidrido Ftálico e a Bi fenil amina? Resolução: O O C O + H N O C O H N C C O 28 O O C C N C O C O HO O O O C N OH + Ph C HO Ph C Ph N Ph C O O O O C C Ph OH + N C ∆ N H N + OH C Ph Fenol O O N - Fenil Ftalimida →Completar as seguintes equações químicas: P2O5 ∆ ácido orgânico C C C C C amina X O O C + OH C 2,2 dimetil pentanoamida e àcido 2,2 dimetil pentanóico O P O O P C ∆ C C O C C C O O H C O C C P O O O P O O O C C C C C + HO P O C C C O O O C P C C C O C C + C C C C HO C C 29 C C C C O C C O H O C C C C C C C C -H + C O C C C C C anidrido 2,2 dimetil pentanóico C O C C C C C C C O C C C C O O C C C C C O C C C C C O C C C C O + C C C C C O C C O C C C C C C C O NH3 C C C O C C O C C NH3 C C C C C + NH3 C C C C + NH2 C C ácido 2,2 dimetil pentanóico C O C C C C OH C 2,2 dimetil pentanoamida 7) Reação de Schmidt Utiliza-se uma cetona como produto inicial. Dissolve-se a cetona numa solução aquosa ácida, a qual se adiciona “azoteto de hidrogênio”. Ocorre uma reação de adição nucleofílica do nitrogênio ao carbono, a 30 eliminação de nitrogênio (N2) e a migração de um grupo alquil ou aril. O produto final é uma Amida Substituída. R C O + H R R1 C OH + N H R1 H N N N N N OH R C OH N2 + R1 ∆ OH C R1 N H R1 R N H OH R1 R O C + Cl N H C HCl + R1 C R N H R pode ser neutralizado Qual a amida formada se utilizarmos como produto inicial a acetofenona (metil, fenil cetona)?. O C OH C + H C C + N H N N A representação inicial deste mecanismo também poderia ser: O C OH CH 3 + H C CH 3 + N N N H OH OH C C C N H N N N H C + N2 31 OH C O C + Cl N H HCl + C N H C N - Metil benzamida 8) Aminas / PCl3 / ácidos orgânicos. Primeiro há um ataque nucleofílico da amina ao PCl3. H H Cl R N H2 + P Cl Cl R N + P Cl Cl HCl + R N PCl2 Cl H H H Cl H N P N H Cl H N P N R P N R Cl R N H2 + R N + P R R + Cl HCl + R Cl H H R H N P H N R ∆ R H N P N Cl R + Cl HCl + R N H Em seguida, o ácido reage com o fosfazo composto formado, levando à obtenção da amida substituída. O O R C H + N R P N R C H N R OH P N R P N OH R O R C N P H O R N R R C + N H R R 32 P N R + OH P N R OH Numa terceira etapa, uma outra molécula de ácido reage com a amina fosforada. O O R C + N R R C N R OH P OH OH P OH O R O C + OH R C N R N R P OH P OH O O R R C + N C OH N R P OH R HO P OH O R O C + N HO P OH R + HPO2 C R N H Represente todas as etapas da reação R que ocorre ao misturarmos Pentil amina, PCl3 e ácido benzóico. C C C C C NH2 + PCl3 - 3HCl C C C C C H N P N C C C C C dipentil fosfazo 33 C C C C O H N C P N C C C C C C + HO O C C C C C C C C C C N C P OH N O OH + C C C C C N C P C C C C C N O C N C C C C C + C C C C C N P P OH N - Pentil benzamida C C C C C N P + OH C C C C C N O O C C C C C N P OH + C C C C C C N C HO P OH HO O O C C C C C N HO P C + OH C C C C C N C HO P OH O C C C C C N C + HO P OH 34 O C HPO2 + N H C C C C C 9) Amonólise de Ésteres Leva à formação de amidas substituídas e de álcoois. O O R O C + N H2 R1 O R2 R R1 C N H2 R2 R C + N H2 O O R1 R2 O R C + R1 N H OH R2 10) Hidrólise de nitrilas em meio básico inicial. R δ+ C N + OH R C N + H R C OH NH OH O R C NH R C N H R C NH2 OH OH Β Se o meio reacional for apenas básico: + Na OH R C N + Na + OH + OH R C N OH 35 R C N + H OH R C OH NH + OH OH O R C NH + OH R C + H OH OH NH O O H R C NH2 PROPRIEDADES QUÍMICAS DAS AMIDAS 1) Propriedades ácidas e básicas A definição de ácidos e bases segundo Bronsted é a seguinte: ÁCIDO: é toda espécie química que perde prótons. BASE: é toda espécie química que recebe prótons. De acordo com essa definição, as amidas apresentam caráter anfótero, isto é, podem atuar como ácido ou como base, dependendo da outra espécie química presente. O R C O + H R C NH2 NH3 base O R O C + N ácido H OH H2O + R Na R1 C N Na R1 2) Desidratação A desidratação das amidas é realizada em presença de oxicloreto de fósforo, sob refluxo. 36 O O O R C + PCl 2 R C PCl 2 + O Cl NH2 Cl NH2 O R C O O P Cl 2 + Cl HCl + R C O PCl 2 NH N H2 alguns autores propõem a protonação deste oxigênio, o que tornaria a reação mais fácil de ocorrer! O R C NH + O O PCl2 R N + HO C cianeto orgânico ou nitrila PCl2 hidroxi, oxi cloreto de fósforo A hidrólise ácida de cianetos orgânicos leva à formação dos ácidos orgânicos correspondentes. Explique, com reações a seguinte seqüência. OPCl 3 amida nitrila H2O H ácido 2 etil hexanóico + O O O C C C C C C + PCl2 C C C C C C O C NH2 PCl2 NH2 Cl C C C O C C C C C C C NH2 C O PCl2 + Cl O HCl + C C C C C C C NH O PCl2 C 37 O C C C C C C NH + O PCl2 C C cianeto orgânico HO PCl 2 + C C C C C O C N C C C C C C C C C C N +H + C C C C C C NH + OH2 C C C 1º Β OH2 C C C C C C C NH C C C C C C C NH2 OH C O C C C C C C C NH2 C C C C C NH2 C C OH Β C C 2 - etil hexanoamida 38 O O C C C C C C + OH 2 C C C C C C C C NH 2 C C OH2 NH2 O C C C C C C O + NH2 NH3 + C C C C C C OH2 OH C C C C O NH 3 formado reage com HCl formando H 4N Cl (sólido). Observação: a sacarina é obtida utilizando o benzeno como produto inicial, através da seguinte seqüência operacional simplificada: CH3 + H3C CH3 X Cl SO3H H2SO4 /SO3 AlCl3 X CH3 CH3 SO3H O CH3 SO3H KMnO4 H C qualquer processo de obtenção de amidas O C OH + SO3H NH2 SO3H 39 O C O O C C NH2 S O -H2O NH2 ∆ S OH O O S O O O sacarina (pouco solúvel em água) O O C C + NH + Na OH +H2O N Na S O NH OH S O O O sacarina, em forma de sal de sódio, solúvel em água. 300 vezes mais doce que o açucar. 3) Redução com hidretos As amidas na presença de H / H perdem água, dando origem às aminas correspondentes. O OH O R C + H R + C H + H R C H NH2 NH2 R C NH2 + OH R C H NH2 NH + H2O H H R C H NH + H R C + NH + H R C H2 NH2 H 40 Uma outra proposta para este mecanismo seria: OH O R OH C + H R C + NH2 H R C H NH2 NH2 H R C H N H + OH H2O + R C H NH + H R C H2 NH2 C NH2 H H R H C NH2 R C NH2 + H R 4) Conversão para aldeídos ou cetonas Neste processo, utilizam-se amidas substituídas. Para obter aldeídos, reage-se as amidas com hidretos. O ataque nucleofílico do H à carbonila leva à rápida formação do aldeído correspondente. Por destilação separam-se os produtos. As cetonas são obtidas reagindo-se a amida substituída com compostos de Grignard ( R δ+ MgX ) O O R O C + N H R C N Me R Me aldeído Me R1 N Me Me O O Me C + N + H H R C Me Me MgCl δ+ R C N Me MgCl Me R1 41 O O Me R C N R1 MgCl Me R C Me Me δ− N Me R1 + ClMg N Me cetona Me δ+ δ− + HOH HN + Mg (OH) Cl Me MgCl δ+ Observação: Uma outra proposta para este mecanismo está representada no ítem “10” deste capítulo. Vejam! 5) 3 fenil propenoamida O C C C NH2 Em quais posições ocorrem as substituições no núcleo benzênico? A ressonância que prevalece nesse composto é a seguinte: O C C C NH2 Se esta hipótese for verdadeira, teremos o seguinte híbrido de ressonância: δ + R δ+ δ + Quando reagimos esse composto com HNO3 / H2SO4, obtemos um alto rendimento de compostos substituídos na posição meta, o que 42 indica que a ressonância que predomina é a representada anteriormente. As mesmas considerações são válidas para a N – Fenil Acetamida, comercialmente chamada de acetanilida: O C C N H 6) Acetanilida Para esse caso as reações de substituição ocorrem com rendimento apreciável nas posições orto, para, indicando que a ressonância predominante é a seguinte: O C C δ− δ− R N H δ− 7) Reação com R – COOH São reações de dupla-troca que ocorrem na temperatura de ebulição da mistura. Esse processo tem interesse prático quando os produtos obtidos têm pontos de ebulição bem diferentes e podem ser separados. O R O C NH2 R C O + OH R1 C NH2 O C R1 HO Observação: O mecanismo deste procedimento é semelhante ao ítem “2” da obtenção de anidridos! Vejam! 43 Exemplo 1: O H O C + H3C (CH2)7 CH CH (CH2)7 C NH2 OH exemplo 1) formamida ou metanoamida ácido octadeceno 7, óico O H C O + H3C (CH2)7 CH CH (CH2)7 C OH NH2 ácido fórmico octa deceno 7, amida Exemplo 2: H2N O Ph C O C + OH O Ph H2N C NH2 + CO2 + NH3 (g) (g) O H2N C OH ácido carbâmico (muito instável) Exemplo 3: H2N O C C + OH O C O NH2 H2N N + CO2 + NH3 (g) (g) N Observação: Os mecanismos destes procedimentos são semelhantes ao ítem “2” da obtenção de anidridos! Vejam! 8) Hidrólise ácida e básica Nessa hidrólises, formam-se como produtos finais os ácidos orgânicos correspondentes. No caso da hidrólise ácida, a primeira etapa é um ataque eletrófilo do H+ ao oxigênio da carbonila. Na hidrólise básica a primeira etapa é um ataque nucleófilo do OH ao carbono da carbonila. 44 Ácida: O R C OH OH + H R R C NH2 C NH2 NH2 OH OH R C + OH2 R C NH2 O H B NH2 H OH R OH C NH2 + H R C OH OH NH3 NH3 O C + + C OH B HB + R C OH NH3 R OH OH R + OH HCl H4N Cl Básica: O O R C O + OH R C NH2 OH R C + NH2 OH NH2 Neutralizando o meio reacional: Na NH2 + HCl NH3 + HCl + Na Cl - + NH3 H4N Cl 45 9) Reação com hipohalitos – Rearranjo de Hoffman. A primeira etapa é uma adição nucleófila do nitrogênio ao bromo do ácido hipobromoso, com eliminação da base OH , e subseqüente formação de água. O R O + Br C OH R C + NH2 N H2 OH Br A segunda etapa é a adição de base. Com essa adição forma-se água e brometo de sódio. Obtém-se, intermediariamente um nitrogênio deficiente de elétrons: para esse nitrogênio é atraído o radical R da carbonila, com formação de um isocianato. Se houver base em excesso, o isocianato formado reage com a mesma formando a amina correspondente com a eliminação de gás carbônico (ocorre uma descarboxilação). O R O C + H N OH R C R N C O R N + Na N C O isocianato Br + Decomposição do ISOCIANATO ( OH / H ) O R N C O + OH R N C O ∆ OH R N C ∆ OH O R N + C R N H + CO 2 OH Adição de um ácido R NH + H R NH2 46 Se a amida inicial fosse a butanoamida, qual seria a amina final? 10) Reação com compostos de Grignard Obtém-se sempre cetona como produto final. Se a mistura final for hidrolisada, obtém-se além da cetona, uma amina e um sal básico de magnésio. O O R C + δ − éter R R C R + MgCl NR2 MgCl δ+ NR2 O R C R + MgCl NR2 δ− R2N δ+ δ+ MgCl + H δ− OH R2NH + Mg (OH) Cl → Identifique todos os produtos envolvidos na reação do cloreto de Etil magnésio com a N, N Dimetil butano Amida. C O C C C + C N C O C MgCl éter C C C C C N C C + MgCl C C O C C C C C C C + N C hexanona 3 MgCl 47 C N MgCl + δ+ δ− HOH C N NH + Mg(OH)Cl C dimetilamina 11) Reação com ácido nitroso A reação com ácido nitroso leva à formação de um sal de diazônio, que é instável e sob aquecimento se decompõe, formando gás nitrogênio e um cátion acílio. Se a reação for feita em meio aquoso, obtemos como produto final um ácido orgânico. O HNO2 dá origem ao N2O3. 2HNO2 H2O + O N O N O O O O R C N + R C N H2 N H N NH2 O N N H N N O + NO2 O O HNO2 + R C O O R C O N H N O R C O Β (Pode ser a água ou o NO2) O R C O N N OH + H R C N N OH2 48 H2O + R C N N O O O R C N N R ∆ C + N2 (g) Em meio aquoso, forma-se o ácido correspondente O R C O + OH2 R O -H C R C OH2 OH 12) Rearranjo de Curtius Forma-se também um sal de diazônio que se decompõe formando isocianato. O R C O NH2 O HNO2 R C N N N N2 + R C N O R C N O C N R O C N R Se fizermos a hidrólise do isocianato, obteremos: R N C O + OH 2 R N C O OH2 O R N C O Β 1° OH 2 R N H C OH 49 O R N H C R ∆ N CO 2 OH H R NH2 OH C O Exercícios 1) Identifique, com mecanismos, os produtos formados nos seguintes procedimentos: a - amonólise do brometo de pentanodiila; b - Aminólise do iodeto de butanodiila, quando se utiliza a benzil amina. 2) Identifique, com mecanismos, os produtos formados nos seguintes procedimentos: a - amonólise da benzil cetena; b - aminólise da benzil cetena, quando se utiliza a benzil amina. 3) Identifique, com mecanismos, os produtos formados nos seguintes procedimentos: a - amonólise do anidrido pentanodióico; b - aminólise do anidrido pentanodióico, quando se utiliza a isobutil amina. 4) A hidrólise do cianeto de propila (butanonitrila) em meio básico e depois ácido origina uma amina e um sal. Identifique-os, com os respectivos mecanismos. 5) A reação do butanodiato de etila com a propil amina forma uma diamida e um álcool, com E = 72%. Para aproveitamento de toda a propil amina (gás) contida num tanque esférico de d = 4m, a 27°C, e pressão normal, pede-se: a - o mecanismo; b - as massas das espécies envolvidas. 6) A desidratação da hexanoamida em presença de OPCl3 forma uma nitrila com R = 90%. Em seguida, esta nitrila foi submetida a uma 50 hidrólise ácida formando um ácido orgânico, com R = 91%. Quando utilizarmos 6 ton desta amida, pede-se: a - o mecanismo; b - as massas das espécies envolvidas. 7) A redução da pentanoadiamida com H+ / :H- forma uma diamina, com E = 80%. Para a obtenção de 25 ton desta diamina, pede-se: a - o mecanismo; b - as massa das espécies envolvidas. 8) A reação da N,N dietil butanoamida com cloreto de propil magnésio/H2O forma um sal básico, uma amina e uma cetona. Represente estes procedimentos com os respectivos mecanismos. 9) Represente, com mecanismos, as hidrólises ácida e básica da hexanodiamida. 10) A reação da propanodiamida com HNO2 sob aquecimento, e depois com H2O forma um diácido orgânico e outros produtos. Para a obtenção de 3500 L de solução aquosa 2,8 N desse diácido, pede-se: a - o mecanismo; b - as massas das espécies envolvidas. NOÇÕES DE SÍNTESE ORGÂNICA BENZAMIDA 1- Reagentes Cloreto de benzoila: 10 mL (0,086 mol) Amônia concentrada: 50 mL (d = 0,88 g/mL) 2- Aparelhagem Frasco de Erlenmeyer de 250 ml, proveta de 50 mL, funil de Buchner e frasco de Kitasato de 250 mL. 3- Técnica No frasco de Erlenmeyer de 250 mL, colocar 50 mL de solução de amônia concentrada e resfriar em gelo. 51 Adicionar, com agitação constante e gota a gota, 10 mL de cloreto de benzoila. Trabalhar em capela. Filtrar a benzamida em funil de Buchner e lavar com pouca água fria. Recristalizar com cerca de 50 mL de água quente. Secar ao ar. 4- Rendimento Varia entre 80 a 85%. 5- Tempo de reação É de aproximadamente 2 h. 6- Caracterização PF = 132/4°C, sólido branco, muito pouco solúvel em água fria, muito solúvel em água quente e etanol, ligeiramente solúvel em benzeno frio, muito solúvel em benzeno quente. 7- Aplicações É utilizada como intermediária em sínteses orgânicas. 8- Questões 1) Represente o mecanismo. 2) Existe reagente em excesso? Quanto? 3) Quais as massas dos produtos obtidos nestas condições? 4) Dentro das proporções do processo, quais as massas de reagentes necessárias para fabricar 500 kg da benzamida? 5) Dentro das proporções estequiométricas, quais as massas de reagentes necessárias para fabricar 500 kg de benzamida? 6) Por que a solução de amônia deve ser resfriada em gelo? 7) Por que a adição do cloreto de benzoila deve ser feita gota a gota? 8) Por que a lavagem da benzamida deve ser feita com água fria? 9) Como separamos a benzamida obtida das outras espécies químicas? 52 10) O que é recristalização e para que serve? REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA SOARES, BLUMA GUENTHER. Teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos. Editora Guanabara. Rio de Janeiro, 1998. 53