Alcenos - Moodle UFSC

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24/04/2017
Química Orgânica A – Alcenos e Alcinso - reatividade
Prof. Braga
Alcenos: Reatividade
(Adição Eletrofílica)
Prof. Antonio Luiz Braga
[email protected]
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Química Orgânica A – Alcenos e Alcinso - reatividade
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Adição Eletrofílica à Alcenos
Nas reações de adição ocorre a completa inserção
de uma molécula reagente no substrato insaturado.
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1
24/04/2017
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ADIÇÃO ELETROFÍLICA À ALCENOS
X
C C
C C
+ EX
E
Reagente
eletrofílico
EXEMPLOS:
C C
+
+
C C
Cl
conc.
HCl
H2O
C C
H
OH
H2SO4
C C
H
C C
+
conc.
H2SO4
0 oC
OSO3H
C C
H
3
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Adição de Haletos de Hidrogênio
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2
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ADIÇÃO DE HCl
REAGENTES
ENVOLVIDOS
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ADIÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO
À ALCENOS
C C
+
conc.
HCl
Cl
C C
H
Qual a natureza
do reagente :
HCl concentrado
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3
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ADIÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO
À ALCENOS
C C
+
conc.
HCl
Cl
C C
H
Qual a natureza
do reagente :
Um alceno
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NUCLEOPHILE
Os alcenos são doadores de pares de elétrons, ou seja: NUCLEOPHILE
(= nucleus loving)
Ligação pi
LEWIS BASE
tem alta
densidade
eletrônica
.
.
electron pair donor
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MECANISMO
nucleófilo
.. : Cl
.. :
lento
C C
C C
+
H
passo 1
+
H
eletrófilo
(H3O+)
..
: Cl :
C C
passo 2
H
produto
intermediário
( carbocation )
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sp2
C
sp2
..
C
sp2
+
C
lento
C
..
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.. :Cl:
..
sp3
H
H+
Cl
rápido
..
HIBRIDIZAÇÃO
TROCA
C
sp3
C
..
sp3
H
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ADIÇÕES ELETROFÍLICAS
MECANISMO GERAL
nucleófilo
X
C C
passo 1
X
passo 2
C C
+
E
lento
-
C C
rápido
E
E+
eletrófilo
Cl
conc.
C Cintermediário
+ HCl
C C
( carbocation )
C C
OUTROS REAGENTES
CCl4
H
Br
C C
Br2
E-X+ADICIONAM-SE
IGUAL A H-Cl
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H2O
C C
+
C C
conc.
+ H2SO4
H2SO 4
OH
Br11
C C
0o C
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H
OSO3H
C C
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H
REGRA DE MARKOVNIKOFF
REGIOSELETIVIDADE
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Regiosseletividade da reações de adição
eletrofílica
Qual é o produto majoritário?
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Formação do carbocátion é a etapa limitante
carbocátion mais estável
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O cátion t-butílico é formado mais rapidamente e
é mais estável
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Regra de Markovnikov
O eletrófilo adiciona ao carbono sp2 o qual tem
um maior número de hidrogênios
Em uma reação regiosseletiva, há a formação de um isômero
constitucional como produto majoritário ou único produto da reação
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REAÇÃO REGIOSELETIVA
CH3
CH3
HCl
C CH2
CH3
CH3
>90%
CH3
C CH3 + CH3 CH CH2
Cl
majoritário
REGIOSSELETIVO
Compare
REGIOSPECIFICA
Cl
<10%
minoritário
Um dos produtos possíveis é
formado em maior quantidade
que o outro.
Somente 1 dos produtos é
obtido (100%).
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REGRA MARKOVNIKOFF
PREDIZENDO O PRODUTO MAJORITÁRIO
Na adição de H-X a alcenos, o átomo de
H é adicionado no carbono mais
hidrogenado.
CH2
+ HCl
CH3
Cl
Produto
majoritário
..... consequentemente o ânion é adicionado
no carbono mais substituído.
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ALGUNS EXEMPLOS ADICIONAIS
Apenas o produto majoritário é mostrado – regioseletivos.
CH 3
+ HCl
CH 2
+ HCl
CH CH 2
+ HCl
CH 3
Cll
CH 3
Cl
CH CH 3
Cl
Todas as reações seguem a regra de Markovnikoff.
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Exercício: Dê o mecanismo de reação de adição de HBr ao
isobutileno, inclusive o perfil energético da reação
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O Processo ocorre em duas etapas: O primeiro estado de transição tem o
mais alto ponto de energia no diagrama. Trata-se de uma adição
eletrofílica à ligação dupla.
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ESTABILIDADE DE CARBOCÁTIONS
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REGRA DE MARKOVNIKOFF
NOVA VERSÃO
Quando a reação forma um intermediário carbocátion,
o carbocátion mais estável é sempre formado :
terciário > secundário > primário.
menos
favorável
metil carbocation
primário carbocation
secundário carbocation
mais
favorável
+ CH3
R
R
CH2
+
CH R
+
terciário carbocation
(menor energia)
R
R
C
+
R
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Conclusão: se mais de um carbocátion pode
ser formado durante o decorrer de uma reação,
o produto formado majoritário será derivado do
carbocátion mais estável.
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A REGRA DE MARKOVNIKOFF NEM SEMPRE
PODE PREDIZER O PRODUTO!
CH CH CH3
EXEMPLO
Ambos os carbonos da ligação dupla
possuem o mesmo número de átomos
de hidrogênios ligados.
QUAL O PRODUTO FORMADO?
O produto de reação deve ser derivado do carbocátion
mais estável (menor energia).
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A ESTRUTURA DO CARBOCÁTION É O
FATOR MAIS I MPROTANTE NA FORMAÇÃO
DO PRODUTO.
VAMOS REFORMULAR A REGRA
DE MARKOVNIKOFF!
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ANÁLISE DOS CARBOCÁTIONS REVELAM
O PRODUTO
CH CH CH3
secundário sem
ressonância
+
CH CH CH3
(+)
H
+
CH CH
(+)
CH3
H
(+)
secundário com
ressonância
CH CH CH3
CH CH CH3
Cl
H
Cl
H
Produto minoritário
Produto principal
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O QUE ACONTECE EM UM ALCENO “SIMÉTRICO”?
(“simétrico” = similar substituição nos carbonos)
cada carbono pode formar
um carbocátion secundário
cada carbono tem
1 hidrogênio
CH3CH2-CH=CH-CH3
2-penteno
conc
HCl
CH3CH2-CH2-CH-CH3 +
Cl
2-cloropentano
50/50
cada carbono tem
1 grupo alquila
CH3CH2-CH-CH2-CH3
Cl
3-cloropentano
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HCl, HBr E HI REAGEM DA MESMA MANEIRA
(mesmo mecanismo e regioseletividade)
majoritário
conc
CH3
+ HCl
Cl
conc
CH3
+ HBr
Br
conc
CH3
+ HI
I
minoritário
+
+
+
CH2Cl
H
CH2Br
H
CH2I
H
produto de
Markovnikoff
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MECANISMO DA REAÇÃO
lento
C C
passo 1
.. : X:
..
C C
+
H
passo 2
..
:X:
C C
H
+
H
HCl usualmente adiciona, mas com aquecimento
HBr e HI adicionam rapidamente.
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ADIÇÃO DE OUTROS HX (H2O and H2SO4)
H2O e H2SO4 realizam reações de adição.
majoritário
minoritário
CH3
conc
+
H2SO4
+
H2 O
H2SO4
CH2OSO3H
+
OSO3H
H
CH3
CH2OH
OH
+
H
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ALQUIL HIDROGENO SULFATO
Concentrado H2SO4
íon bisulfato
-O
( ou hidrogeno sulfato)
O
S O H
OSO3H
O
C C
O
H O S O H
O
C C
+
H carbocation
C C
H
alquil hidrogeno sulfato
SEGUE A REGRA DE
MARKOVNIKOFF
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HIDRATAÇÃO DE ALCENOS
Formação de álcoois
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MECANISMO
diluído
H2SO4
sulfato é um
nucleófilo fraco
ADIÇÃO DE ÁGUA
conc. maior
que SO42-
(HIDRATAÇÃO)
H
alceno
C C
O H
H2SO4
H2 O
+
H O H
C C
C C
+
H
H
SEGUE A REGRA DE
MARKOVNIKOFF
H +
O H
H
H
H
MESMO MECANISMO
DA ADIÇÃO H-Cl
O H
O
C C
H
álcool
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+
+ H O H
H
regenerado
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ADIÇÃO MARKOVNIKOFF
( REAÇÃO DE HIDRATAÇÃO, H2SO4 + H2O )
CH3
+ H2O
CH2
+ H2O
CH CH2
H2SO4
CH3
OH
CH3
H2SO4
H2SO4
+ H2O
OH
CH CH3
OH
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Hidratação do Propeno
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Adição Eletrofílicas a alcenos: recapitulação
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Adição Eletrofílicas a alcenos: a ser discutida
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Exercício: mostrar o mecanismo da reação de adição de
um álcool (metanol) a um alceno (1-buteno) catalisada
por ácido (preparação de éteres!)
2-metoxi
butano
4 substituines
diferentes em C sp3
Forma um centro estereogênico (*) → forma par de
enantiômeros em quantidades diferentes??
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A reação de adição de álcool a alcenos, assim como as
outras adições vistas até então podem levar a um centro
quiral, porém em quantidades iguais de isômeros (mistura
racêmica), pois a reação passa por um carbocátion…
O carbocátion formado na 1a etapa da reação de adição é
planar e aquiral (possui plano de simetria)...
A reação na 2a etapa ocorre igualmente nas duas faces (a
reação que leva a cada enantiômero ocorre na mesma
velocidade)...
Mistura racêmica
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Rearranjo de Carbocátions
Como as reações vistas até então passam por carbocátion,
há possiblidades de formação de produtos de rearranjo
Deslocamento de hidreto-1,2
carbocátion
mais estável
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Rearranjo de Carbocátions
Deslocamento de metila-1,2
carbocátion
mais estável
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Nem sempre o carbocátion sofre rearranjo …
Deslocamemtos 1,3 normalmente não ocorrem...
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Exercício:
Forneça o carbocátion majoritário quando pertinente (usando
setas curvas para mostrar o rearranjo)
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Expansão de anel
carbocátion
mais estável
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Adição de Halogênios à Alcenos
não está com
o octeto
completo
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Não há rearranjo na adição de bromo a alcenos,
pois não envolve a formação de carbocátions..
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CH2Cl2
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Estereoquímica da Adição de Bromo (Adição Anti)
CH2Cl2
trans
diaxial
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Adição de Halogênios na Presença de Água
Formação de Haloidrina
Considere os ETs …
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Adição de Borana
Hidroboração–Oxidação
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Adição de Borana é um exemplo de uma reação concertada
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H
+
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H
B
H
B
H
H
H
+
H
H
B
H
B
H
H
H
H
B
+
H
B
H
H
H H
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Substituição do Boro por OH
B
H H
H2O2
NaOH
O
O
H
H
NaOH
B
H
O
3
HO
H
H
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Um deslocamento 1,2 de alquila desloca um íon hidróxido
Exercício: Comparar os álcoois formados pela reação do propeno
com H2O/H+ e BH3 seguido de H2O2/OH55
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Como não há formação de carbocátions intermediários
na reação de hidroboração, não ocorrem rearranjos
REGIOSSELETIVIDADE
BH3
Adição
Anti-Markovnikov
HBr
Adição
Markovnikov
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Síntese do Bromobutano
HBr na presença de peróxido: Adição Anti-Markovnikov
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Geração de Radicais
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Adição de Radicais à Alcenos
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Relative Stabilities of Alkyl Radicals
Revisão
1a
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HIDROGENAÇÃO DE ALCENOS:
Os alcenos reagem com hidrogênio na presença de
uma variedade de catalisadores metálicos para
adicionar um átomo de hidrogênio a cada átomo de
carbono da ligação dupla...
-Catálise heterogênea = platina, paládio, ródio ou
níquel finamente divididos;
- Catálise homogênea = complexos de ródio e
rutênio ou catalisador de Wilkinson (mais conhecido
- Rh[(C6H5)3P]3Cl )
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Hidrogenação de Alcenos
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Hidrogenação Catalítica de Alcenos
Adição sin: os hidrogênios
entram do mesmo lado da dupla
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detalhado
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Prof. Braga
66
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Estabilidade Relativa de Alcenos
Calor de hidrogenação = é o calor liberado na reação de
hidrogenação.
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Estabilidade Relativa de Alcenos
Tensão Estérica em Alcenos
Calor de hidrogenação = 28,6 kcal/mol
Calor de hidrogenação = 27,6 kcal/mol
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Reações de adição em Dienos:
Sofrem reações
semelhantes
aos alcenos
com uma única
ligaçào dupla
Comportamento
muito diferente
dos alcenos
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Reações de adição em Dienos:
Ataque Eletrofílico sobre Dienos Conjugados: Adição 1,4
e Adição 1,2
dupla +
substituída
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Controle cinético versus controle termodinâmico
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71
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dupla +
substituída
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dupla +
substituída
+ estável
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Exercício: Desenhe a estrutura do intermediário, e prediga a
formação do produto termodiâmico e cinético para a reação de Br2
ao 1,3-butadieno:
Pg 509
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Oxidação de Alcenos com Permanganato de Potássio
O rendimento dessa reação costuma ser baixo, pois forma produtos
secundários limitando seu uso sintético
H
O
H
O-
O
O
O
Mn
+
O
OMn
OH
H2O
+ MnO2
O
H
H
OH
Cis - 35 %
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Epoxidação. Reagente utilizado: perácidos orgânicos
RCO3H
R
O
Mecanismo
O
O
H
R
O
R
O
O
O
O
+
OH
epóxido
Exemplo
MCPBA
O
CHCl3
80%
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Ozonólise
1) O3, -75oC
2) [H] ou [O]
O
O
O +
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
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R
R
C
R
C
R
R
H
O
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R
C
C
O
H
O
O
O
O
O
R
C
R
R
O
O
C
O
H
compostos
carbonílicos
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R
Zn, H2O
O
R
C
R
O
C
O
H
R
O
ou
(CH3)2S
condições
redutoras
R
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H2O2
R
H
R
R
O
condições
oxidantes
O
+
O
+
R
OH
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Exemplos
O
H
OH
1) O3
2) H2O2
+
O
O
H
1) O3
2) Zn, H2O
O
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