1

APOSTILA

DE

QUÍMICA ORGÂNICA III

Prof. Dr. Pedro D. Machion

Prof. Dr. Reinaldo R.Vargas

Prof. Dr. Francisco C. M. Comninos

UnG

2008

2

Recomendações aos estudantes

A presente apostila foi montada pelos professores de Química Orgânica III com

o intuito de facilitar o estudo por parte dos alunos, diminuindo a necessidade de copiar

esquemas reacionais e mecanísticos do quadro negro.

Ela será utilizada em todas as aulas, portanto é imprescindível trazê-la sempre.

A apostila serve como material de apoio às aulas da disciplina e não como

substituto de livros textos.

A simples leitura da mesma não garante a aprendizagem dos assuntos discutidos.

A fixação dos conceitos só ocorrerá com a realização dos exercícios propostos,

acompanhada de leituras complementares em livros de Química Orgânica de nível

superior.

Estão listadas abaixo algumas obras de referência na área, para que o aluno

possa, dentre elas, escolher a que mais lhe agrada.

1- SOLOMONS, T.W.G; FRYHLE,C.B. Química Orgânica. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos. 7a.ed., 2001. 2v.

2- MORRISON, R.; BOYD, R. Química Orgânica, Lisboa: Fundação Calouste

Gulbenkian. 13.ed. 1997.

3- ALLINGER, N. Química Orgânica, Rio de Janeiro: Ed. Guanabara. 2.ed. 1978

Não gostaríamos de induzir os alunos a usar uma ou outra obra. Além das

citadas, há certamente outras que também poderão ser utilizadas, uma vez que a grande

maioria dois tópicos é abordada em todas, variando apenas a metodologia e os recursos

empregados.

Os Docentes

3

ÍNDICE GERAL

1)Ácidos Carboxílicos e Derivados.............................................. pág. 04

2)Aminas....................................................................................... pág. 43

3)Reações Pericíclicas.................................................................. pág. 56

4)Compostos Heterocíclicos......................................................... pág. 69

4

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS

1)Estrutura

A família dos ácidos carboxílicos e derivados é constituída de compostos que

apresentam a seguinte estrutura geral:

C

O

R X

R = H, alquila, arila

X = OH, OR, OCOR, NR 2, Halogênio

Estes compostos têm em comum o grupo acila (RCO-), como os aldeídos e cetonas.

Há, no entanto, uma significativa diferença: a presença do grupo X, que possui pelo

menos um par de elétrons não compartilhados no átomo diretamente ligado à carbonila.

A interação deste par eletrônico com o sistema π da carbonila é responsável por

algumas diferenças significativas na reatividade química desta classe de compostos

quando comparada com a dos aldeídos e cetonas.

Na tabela abaixo estão os membros da família dos ácidos carboxílicos:

X Nome geral Estrutura

O-H ácido carboxílico

O-R éster carboxílico

anidrido

NR2 amida

halogênio haleto de alcanoíla (haleto de acila)

--- nitrila R-CN

5

2)Exemplos na Natureza

Tanto ácidos carboxílicos quanto seus derivados são amplamente encontrados na

Natureza, as estruturas são bastante variadas, podem ser simples ou complexas e

apresentar diversos outros grupos funcionais. A quiralidade é um fator muitas vezes

presente. Abaixo são apresentados alguns exemplos:

.

Os ácidos graxos são componentes de lipídios tais como gorduras e óleos. As

tabelas abaixo mostram os principais ácidos graxos naturais saturados e insaturados

(todos cis). A maioria dos ácidos graxos naturais tem um número par de carbonos.

Ácidos Saturados

Fórmula Nome usual PF (°C)

CH3(CH2)10CO2H ácido láurico 45

CH3(CH2)12CO2H ácido mirístico 55

CH3(CH2)14CO2H ácido palmítico 63

CH3(CH2)16CO2H ácido esteárico 69

CH3(CH2)18CO2H ácido araquídico 76

6

Ácidos Insaturados

Fórmula Nome Comum PF (ºC)

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H ácido palmitoléico 0 ºC

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H ácido oléico 13 ºC

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H ácido linoléico -5 ºC

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H ácido linolênico -11 ºC

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2CO2H ácido araquidônico -49 ºC

Entre os derivados de ácidos carboxílicos, os mais numerosos são os ésteres e as

amidas:

3)Nomenclatura

3.1)Ácidos Carboxílicos

Da mesma forma que com outras classes funcionais, vários ácidos carboxílicos têm

nomes usuais que são empregados frequentemente. Estes nomes muitas vezes indicam

as fontes naturais das quais estes ácidos foram isolados, embora haja casos que não têm

origem sistemática. A nomenclatura usual emprega letras gregas para designar os

carbonos vizinhos ao grupo carboxila.

7

O sistema IUPAC de nomenclatura estabelece o nome dos ácidos carboxílicos com

base nos alcanos correspondentes, trocando a terminação o por óico. O carbono da

carboxila inicia a numeração da cadeia mais longa, que deve incorporar o grupo CO2H.

Os substituintes presentes devem ser numerados em função da posição da carboxila.

Na tabela abaixo estão exemplificados os dois tipos de nomenclatura mencionados:

Fórmula Nome Usual Fonte Nome IUPAC PF (ºC) PE (ºC)

HCO2H ácido fórmico formigas (L. formica) ácido metanóico 8,4 101

CH3CO2H ácido acético vinagre (L. acetum) ácido etanóico 16,6 118

CH3CH2CO2H ácido propiônico leite (Gr. protus prion) ácido propanóico -20,8 141

CH3(CH2)2CO2H ácido butírico manteiga (L. butyrum) ácido butanóico -5,5 164

CH3(CH2)3CO2H ácido valérico raiz valeriana ácido pentanóico -34,5 186

CH3(CH2)4CO2H ácido capróico cabras (L. caper) ácido hexanóico -4,0 205

CH3(CH2)5CO2H ácido enântico videira (Gr. oenanthe) ácido heptanóico -7,5 223

CH3(CH2)6CO2H ácido caprílico cabras (L. caper) ácido octanóico 16,3 239

CH3(CH2)7CO2H ácido pelargônico pelargonium (uma erva) ácido nonanóico 12,0 253

CH3(CH2)8CO2H ácido cáprico cabras (L. caper) ácido decanóico 31,0 268

Em ácidos carboxílicos multifuncionalizados, a cadeia principal é escolhida de

maneira a incluir o maior número possível de grupos funcionais:

O

OH

CO2H

Br

ácido 5-butil-6-heptenóico ácido 2-bromo-3-metil-butanóico

ácido αααα-bromo-isovalérico

Ácidos dicarboxílicos são chamados de ácidos dióicos:

HO2C-CO2H HO2C-CH2-CO2H HO2C-CH2CH2-CO2H HO2C-(CH2)3-CO2H

ácido etanodióico

(ácido oxálico)

ácido propanodióico ácido butanodióico ácido pentanodióico

(ácido malônico) (ácido succínico) (ácido glutárico)

8

3.2)Haletos de Alcanoíla

Seus nomes derivam dos ácidos carboxílicos dos quais se originam, trocando a

terminação óico por oila.

CH3C-Cl

O O

Br

COI

cloreto de etanoíla

(cloreto de acetila)

brometo de 3-metil-butanoíla iodeto de cicloexanocarbonila

3.3)Anidridos

Seus nomes são formados pela simples adição do termo anidrido ao nome do ácido

correspondente (ou ácidos no caso de anidridos mistos).

CH3C-O-CCH3

O O

O OO

OO

CH3C-O-CCH2CH3

anidrido etanóico anidrido pentanodióico anidrido etanóico-propanóico

(anidrido acético)

3.4)Ésteres

São nomeados como alcanoatos de alquila. O grupo OCOR como substituinte é

chamado de alcoxicarbonil.

O

O

CO2Me

NH2

propanoato de 2-metilpropila 2-aminobenzoato de metila

(propionato de isobutila)

3.4.1)Lactonas

Sua nomenclatura tem por base os nomes dos éteres cíclicos correspondentes:

O O

oxaciclopentano oxacicloexano

9

As lactonas têm o nome sistemático oxa-2-cicloalcanona. Na nomenclatura usual o

nome é precedido por α,β,γ,δ, etc. dependendo do tamanho do anel:

O

O

OO

oxa-2-ciclobutanona

(ββββ-propiolactona)

oxa-2-ciclopentanona

(γγγγ-butirolactona)

3.5)Amidas

São chamadas alcanamidas, a terminação o da raiz do alcano é substituída por

amida. Na nomenclatura usual, derivada dos ácidos correspondentes, a terminação ico é

trocada por amida.

CH3C-NHCH 2CH3

O

N-etil-etanamida

(N-etil-acetamida)

NBr

O

4-bromo-N-etil-N-metil-pentanamida

CONH 2

cicloexanocarboxamida

3.5.1)Lactamas

Sua nomenclatura tem por base os nomes das aminas cíclicas correspondentes:

azacicloexanoazaciclopentano

NNH H

As lactamas têm o nome sistemático aza-2-cicloalcanona. Na nomenclatura usual o

nome é precedido por α,β,γ,δ, etc. dependendo do tamanho do anel:

HHNO N O

(γγγγ-butirolactama)

aza-2-ciclopentanona

(δδδδ-valerolactama)

aza-2-cicloexanona

10

3.6)Nitrilas

Seus nomes sistemáticos são alcanonitrilas. Na nomenclatura usual, a terminação

ico do ácido é trocada por nitrila. Como substituinte o grupo CN é chamado de ciano.

CH3CN CN

etanonitrila

(acetonitrila)

3-metil-butanonitrila

CN

benzonitrila

4)Propriedades Físicas de ácidos carboxílicos e derivados

O grupo carboxila é bastante polar por ser constituído por uma carbonila e uma

hidroxila:

A tabela da página 7 mostra os valores de Pontos de Fusão (PF) e Pontos de

Ebulição (PE), para uma série de ácidos carboxílicos lineares (C1-C10). Os pontos de

ebulição aumentam regularmente com o tamanho da molécula.

Dados adicionais são apresentados na tabela abaixo:

Propriedades Físicas de RCOX e de outros compostos orgânicos para comparação

Fórmula Nome IUPAC MM PE (°C) Solubilidade

em H2O

CH3(CH2)2CO2H ácido butanóico 88 164 muito solúvel

CH3(CH2)2CONH2 butanamida 87 216-220 solúvel

CH3CH2CONHCH3 N-metilpropanamida 87 205 -210 solúvel

CH3CON(CH3)2 N,N-dimetiletanamida 87 166 muito solúvel

HCON(CH3)CH2CH3 N-etil, N-metilmetanamida 87 170-180 muito solúvel

11

CH3(CH2)3CN pentanonitrila 83 141 pouco solúvel

CH3CO2CHO anidrido

etanóico metanóico

88 105-112 reage com a água

CH3CH2CO2CH3 propanoato de metila 88 80 pouco solúvel

CH3CO2C2H5 etanoato de etila 88 77 moderadamente solúvel

CH3CH2COCl cloreto de propanoíla 92.5 80 reage com a água

CH3(CH2)4OH 1-pentanol 88 138 pouco solúvel

CH3(CH2)3CHO pentanal 86 103 pouco solúvel

CH3(CH2)2COCH3 2-pentanona 86 102 pouco solúvel

As forças intermoleculares atrativas existentes influenciam os pontos de ebulição e a

solubilidade dos ácidos carboxílicos e derivados.

Os pontos de ebulição relativamente altos dos ácidos carboxílicos são devidos, em

grande parte, à existência de dímeros mantidos por ligações de hidrogênio:

R-C

O HO

OH O

C-R

As ligações de hidrogênio também são um importante fator a influenciar a

solubilidade em água desta classe de compostos.

5)Acidez de ácidos carboxílicos

Por que será que acidez de um ácido carboxílico é bem maior do que a de um

álcool?

Analise os seguintes os dados:

Substância pKa

CH3CH2OH 16,0

CH3CO2H 4,74

O pKa está vinculado à constante de equilíbrio, cuja magnitude reflete a diferença

de energia entre os reagentes e os produtos de uma reação.

12

Comparando os dois equilíbrios abaixo, o que se pode dizer a respeito deles?

O

R-C

OH

R-C

OH

O_

+

_O

O

R-C

O

R-C

O

_

+ H3O+

R-CH2OH R-CH2O_

+

+ H2O

H2O++

H3O

O ânion carboxilato pode ser melhor representado (R=Me):

Como estas informações permitem justificar a diferença de acidez observada

experimentalmente?

13

Avalie agora esta outra seqüência de dados:

Composto pKa

CH3CO2H 4,76

ClCH2CO2H 2,86

Cl2CHCO2H 1,29

Cl3CCO2H 0,65

ICH2CO2H 3,10

CH3CH2CHClCO2H 2,89

CH3CHClCH2CO2H 4,05

ClCH2CH2CH2CO2H 4,53

CH3CH2CH2CO2H 4,82

A introdução de grupos elétron-atrantes nas proximidades do grupo carboxila exerce

importante efeito sobre a acidez dos ácidos carboxílicos. Trata-se de efeitos indutivos.

No esquema seguinte estão mostrados exemplos de sua atuação em diferentes

moléculas:

Os efeitos de ressonância também podem atuar juntamente com os efeitos

indutivos (agindo no mesmo sentido ou em sentido oposto), conforme a estrutura do

ácido e o tipo de substituinte presente:

14

3,43

2,17

4,20

pKa

p-O2N-C6H4-CO2H

o-O2N-C6H4-CO2H

PhCO2H

_

+

+_ _OO

N

OOC

CO O

X

CO O

X+

_PhCO2H

o-MeO-C6H4-CO2H

p-MeO-C 6H4-CO2H

pKa

4,20

4,09

4,47

_

6)Reatividade de ácidos carboxílicos e derivados

A maior parte das reações de ácidos carboxílicos e derivados envolve a substituição

no carbono carbonílico por um processo de adição seguido de eliminação:

Contudo, a substituição em ácidos carboxílicos é dificultada pela presença de um

grupo de partida ruim e pelo próton ácido:

15

_

O

R-C

O OH

R-C

ONuc

__Nuc

+ NucH R-C-OH

Nuc

O_

B A

Assim sendo, o ataque nucleofílico desejado (rota A) pode sofrer a interferência de

uma reação ácido-base ( rota B). Se o nucleófilo for muito básico, a formação do

carboxilato será essencialmente irreversível e a adição nucleofílica se tornará muito

difícil.

De uma maneira geral, os derivados de ácidos carboxílicos apresentam reatividades

bastante diferentes, de acordo com a seqüência abaixo:

haletos de acila > anidridos >> ésteres ≈ ácidos carboxílicos >> amidas>carboxilato

O seguinte diagrama enfatiza estas diferenças:

Como é possível racionalizar estas diferenças de reatividade?

R-C

Y

O

Y

R-CY

R-C

O O_ _

+

+

16

6.1)Ácidos carboxílicos

6.1.1)Reações ácido-base

Como mencionado acima, os ácidos carboxílicos são relativamente fortes, portanto

reagem com bases formando sais:

O

R-C

OH

+

+

OH

R-C

O

O

R-C

OH

+

H2O

NEt 3

NaOH

O

R-C

O

_

O

R-C

O

_

O

R-C

O

_

+

+

+

H3O

HNEt 3

H2O + Na

+

+

+

6.1.2)Preparação de haletos de acila e de anidridos

A reação de um ácido carboxílico com cloreto de tionila leva a um cloreto de acila:

CH3CO2H SOCl2 CH3COCl + HClSO2++∆∆∆∆

O mecanismo está descrito na página 17.

Também podem ser sintetizados brometos de acila, pela reação com PBr3:

CO2H PBr33

COBr

+ H3PO33

Esta reação se processa da seguinte forma:

OH

R-C

O

P

Br

Br

Br

+ R-C-OPBr 2

O

H

++ Br

_ +

HR-C-OPBr 2

O_

Br

O

R-C-Br + HOPBr 2

2 RCO2H HOPBr 2+ 2 RCOBr + H3PO3

17

Mecanismo da reação RCO2H + SOCl2

Ácidos carboxílicos reagem com haletos de acila produzindo anidridos:

(CH3CH2CH2CO)2O 8h

∆∆∆∆CH3(CH2)2COCl+CH3(CH2)2CO2H

Uma limitação existente é o fato de que anidridos não simétricos são instáveis.

A desidratação de ácidos carboxílicos não é um método geral para a síntese de

anidridos, contudo anidridos cíclicos podem ser preparados (anéis de cinco ou seis

membros):

CO2H

CO2H

300°CO

O

O

- H2O

18

6.1.3)Preparação de ésteres

Os ésteres, por sua ampla ocorrência na Natureza e grande número de aplicações,

estão entre os principais derivados dos ácidos carboxílicos.

Um dos métodos tradicionais para a sua obtenção é a esterificação de Fischer:

CH3CO2H + CH3CH2OHH+

CH3CO2CH2CH3 + H2O

O mecanismo desta reação está mostrado na página 19.

Será que qualquer tipo de álcool pode ser usado na reação acima?

Ésteres cíclicos (lactonas) também podem ser sintetizados, usando ácidos hidroxi-

carboxílicos :

HOCH 2CH2CH2CH2CO2HH2SO4, H2O O

O

Para preparar ésteres metílicos em pequenas quantidades, a reação com CH2N2 é

um bom método:

RCO2H RCO2CH3+ CH2N2 + N2

O mecanismo está mostrado abaixo:

OH

R-C

O

+_

CH2-N N+

O

R-C

O_ +

+NCH3-N

R-C

O

OCH3

N2+

19

Mecanismo da Reação de Esterificação de Fischer

20

6.1.4)Preparação de amidas

A primeira reação com a amônia é a formação de um sal estável à temperatura

ambiente. Se o sal for isolado e aquecido acima de 100ºC, há formação de amida:

+NH4

_RCO2NH3+RCO2H

∆∆∆∆RCONH 2 + H2O

Para sintetizar a amida neste caso é preciso superar a interferência da reação ácido-

base competidora. Sob aquecimento é possível reverter a formação do sal e fazer com

que a amônia (ou amina) reaja como nucleófilo:

O

R-C

OH

+ NH3 R-C-OH

O

NH3

_

+

_

NH2

O

R-C-OH2 NH2

R-C

O

+

H2O

+

Abaixo está um exemplo de reação com uma amina:

CH3CH2CH2CO2H Me 2NH155°C

CH3CH2CH2CONMe 2+

Também é possível a síntese de amidas cíclicas (lactamas), como no caso dos

ésteres:

H2NCH 2CH2CH2CO2H NH

O

∆∆∆∆

6.1.5)Reação de redução

O LiAlH4 é capaz de reduzir ácidos carboxílicos aos álcoois correspondentes:

CH2OHCO2H

1) LiAlH4/THF

2) H2O/H +

Dados sobre o mecanismo desta reação:

H2O4 RCO2H + 3 LiAlH4 4 RCH2OM óxidos metálicos 4 RCH2OH+

H+

21

6.1.6)Reação de Hell-Volhard-Zelinsky

Ácidos carboxílicos podem ser monobromados no Cα por tratamento com Br2:

CH3CH2CH2CHCO 2HBr2

CH3CH2CH2CH2CO2HP

Br

A maneira pela qual a reação se processa está mostrada abaixo:

A seqüência mecanísitica abaixo descreve a transferência do halogênio do haleto de

acila halogenado para uma molécula de ácido carboxílico:

22

A reação também pode ser efetuada com Cl2, os Hα podem ser substituídos

seletivamente:

CH3CO2H ClCH2CO2H Cl2CHCO 2H Cl3CCO2HP

Cl2 Cl2

PCl2

P

Os α-halo-ácidos são excelentes intermediários em sínteses. O halogênio presente os

torna bastante versáteis, permitindo a reação de substituição com grande variedade de

reagentes:

Br

CH3CHCH 2CHCO 2H

CH3

NH3

1)CH3O

2) H +

CH3

CH3CHCH 2CHCO 2

NH2

_NH4

+

_

CH3

CH3CHCH 2CHCO 2H

OCH3

6.2)Reações dos Derivados de Ácidos Carboxílicos

Serão apresentadas por classe de derivado.

6.2.1)Haletos de Acila

O seguinte quadro mostra as principais reações dos haletos de acila:

23

a)Obtenção de ésteres a partir de cloretos de acila, empregada principalmente

quando o álcool é caro:

OH

H

CH3COCl

pyOCOCH3

H

b)Os cloretos de acila reagem com amônia, aminas primárias e secundárias

gerando amidas:

PhCOCl + NH3 PhCONH 2 NH4 Cl+ + _

Este tipo de reação é usado na síntese do Nylon:

Outro exemplo é a síntese do sedativo trimetozina:

c)A redução de haletos de acila com LiAlH4 leva à formação de álcoois primários:

24

Exemplo deste processo:

PhCH2OHPhCOCl1)LiAlH4

2)H3O+

É possível para a reação no estágio do aldeído, empregando outros reagentes:

COCl H2

Pd, BaSO 4, quinolina

S

CHO

COClLiAlH(O-t-C 4H9)3

THF, -78ºC

CHO

LiCl (t-C4H9O)3Al + +

d)A reação dos haletos de acila com compostos organometálicos leva a álcoois

com estrutura modificada (adição de dois grupos R):

Exemplo deste processo:

+2)H3O

1)MeMgBr, Et 2OPhCOCl Ph-C-OH

Me

Me

25

6.2.2)Anidridos

O quadro abaixo mostra as principais reações dos haletos de acila:

a)Reação dos anidridos com álcoois (e fenóis) leva à formação de ésteres, como

mostrado na preparação da aspirina:

b)A reação com amônia, aminas primárias e secundárias leva à amidas:

c)A redução dos anidridos com LiAlH4 leva a dois mols de álcool primário:

CH3CH2C-O-CCH2CH3

O O

+2)H3O

1)LiAlH42 CH3CH2CH2OH

O mecanismo está mostrado a seguir:

26

6.2.3)Ésteres

As principais reações dos ésteres são:

a)A reação de ésteres com bases fortes é chamada de saponificação, é uma das

reações orgânicas conhecidas há mais tempo:

27

A reação ocorre da seguinte maneira:

A reação em questão é utilizada na preparação de sabões, como exemplificado a

seguir:

Como os sabões funcionam? Como você interpreta o esquema abaixo?

28

b) A reação com aminas leva à amidas:

CH3(CH2)7CH=CH(CH 2)7CO2CH3 + CH3(CH2)11NH2

230°CCH3(CH2)7CH=CH(CH 2)7CONH(CH 2)11CH3

CH3OH

+

c) A redução dos ésteres com LiAlH4 leva à formação de álcool primário:

NCHCO2Et

CH3

1)LiAlH4, Et2O

2)H3O+CH3

NCHCH2OH

O mecanismo está no esquema abaixo:

A redução com DIBAL pára o processo no estágio de aldeído:

29

Exemplo da reação acima descrita:

OEt

O+2)H3O

1)DIBAL, PhMe, -60°CH

O

d)A reação dos ésteres com compostos organometálicos leva a álcoois com

estrutura modificada (adição de dois grupos R):

A reação se processa da seguinte forma:

30

e)Transesterificação - transformação de um éster em outro:

PhCO2CH3 EtOH+ H++ MeOHPhCO2Et

O mecanismo é análogo ao da esterificação de Fischer:

f)Condensação de Claisen: reação que envolve a abstração Hαααα ao grupo funcional

do éster, gerando um enolato que reage com outra molécula de éster, com a formação de

um β-ceto-éster, como nos exemplos abaixo:

O mecanismo geral está mostrado a seguir:

31

A versão intramolecular do processo se chama condensação de Dieckmann:

6.2.4)Amidas

As principais reações das amidas são:

O

NR2NR2

OH

OH3O

∆∆∆∆

+OH, H2O

_

LiAlH4

SOCl2

(R=H)N

ou

R'MgXO

R'

32

a)A redução com LiAlH4 leva à formação de aminas:

N

O

1)LiAlH4, Et2O

+2)H3O

N

A reação ocorre da seguinte forma:

b)Amidas não substituídas quando submetidas à desidratação produzem nitrilas.

A reação é efetuada, normalmente, por um agente desidratante:

RCONH 2 SOCl2 RCN + SO2+ + 2 HCl

O processo está descrito abaixo:

33

c)As N,N-dialquil-amidas reagem com compostos de Grignard formando cetonas:

NMe 2

O

R R'MgX+

OMgX

R

R'

NMe 2 R'

O

R

H3O+

6.2.5)Nitrilas

O quadro abaixo mostra as principais reações das nitrilas:

a)A redução com LiAlH4 leva às aminas:

É possível parar a redução no estágio do aldeído, usando outro tipo de hidreto:

34

b)A reação com compostos de Grignard gera cetonas:

CH3CN1)CH3(CH2)3CH2MgBr, THF

2)H3O+ CH3-C-(CH2)4CH3

O

O mecanismo geral é mostrado a seguir:

6.2.6)Hidrólise de derivados de ácidos carboxílicos

Todos os derivados de ácidos carboxílicos podem ser hidrolizados aos compostos de

partida:

O

R-C

Cl

OH

R-C

OOCOR

R-C

O

OR

R-C

O

O

R-C

NR2

R-CN

H2O

H2O

H2O, H+

H2O, H+

ou

H2O, -OH

H2O, H+

ou H2O, -OH

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

35

O mecanismo é essencialmente o mesmo para cloretos de acila, anidridos, ésteres e

amidas, conforme o esquema geral mostrado na página 14. Como os dois últimos são

menos reativos, as condições reacionais passam a ser mais drásticas. É importante

lembrar que no caso dos ésteres a hidrólise corresponde exatamente ao processo inverso

da esterificação de Fischer.

No caso das nitrilas, as condições reacionais podem levar a dois tipos de produtos

diferentes:

A hidrólise em meio ácido se processa assim:

A hidrólise em meio alcalino ocorre assim:

36

6.2.7)Descarboxilações

A descarboxilação de β-ceto-ácidos é bastante geral. Ocorre facilmente porque o H

ácido é transferido para o oxigênio do grupo carbonila em β:

O

O OH OH

+

CO2

∆∆∆∆ O

É possível imaginar o seguinte estado de transição para esta reação:

Ácidos β,γ-insaturados também sofrem descarboxilação:

∆∆∆∆H

O

OR R

+ CO2

6.2.8)Adições de Michael

São adições nucleofílicas de carbânios a compostos carbonílicos α,β-insaturados.

Este tipo de reação permite, em combinação com condensações e alquilações, a

construção de estruturas complexas, a partir de reagentes relativamente simples:

37

A reação abaixo tem o mecanismo explicado logo em seguida:

CH2(CO2Et)2 +

O

OEt_

O

(EtO2C)2CHEtOH

Mecanismo:

38

7)Exercícios de Ácidos Carboxílicos e Derivados

7.1)Escreva a fórmula estrutural para cada composto abaixo:

a) benzoato de n-propila b) ácido m-nitrobenzóico c) ácido 3-benzil-7-i-propil-4-heptenóico d) ácido 2-aminopropiônico e) Anidrido acético benzóico f) 3-fenilpropanoato de etila g) ácido 3-cloro-4-pentenóico h) N-metil-hexanamida i) 2-metil-3-oxo-4-fenil-butanoato de metila j) 3-hidróxi-hexanoato de isopropila k) cis-2-pentenoato de benzila l) cloreto de 4-etil-octanoíla m) p-nitro-benzamida n) 2,3-di-hidróxi-pentanoato de fenila o) Ácido trans-3-fenil-propenóico p) 2-hidróxi-benzoato de metila q) 10-undecenoato de zinco r) Ácido-2-oxo-ciclo-hexanocarboxílico s) Ácido 4-amino-butanóico t) Ácido (R)-3,5-di-hidróxi-3-metil-pentanóico 7.2)Escreva o nome IUPAC para cada composto.

Cl Cl

CO2H

o)

CO2H

OH

n)

CH3CH2

H

CH2CO2H

H

m)

CH2CH3

g)

f)e)d)

c)b)a)

MeO2CCH2COCH(Ph)CO 2Me

CH2(COOCH2CH3)2

CONH 2H2N

CH3(CH2)4CONCH 3

CH3(CH2)15CO2CH2CH3 CO2CO

CN

N

O

l)

+K_

O

O

k)

O

O O

j)O

O

i)

CH3OOH

O

h)

39

7.3)O ácido acético tem ponto de ebulição de 118 oC, enquanto que o seu respectivo

éster metílico possui ponto de ebulição de 57 oC. Explique o motivo pelo qual o

ponto de ebulição do ácido acético é mais elevado do que do seu éster metílico,

apesar do ácido ter menor massa molar.

7.4)Ordene por acidez decrescente os ácidos das séries A e B, justificando a sua

escolha.

Cl OH

O

F OH

O

F F

OH

O

OH

O

F

B

A

CO2H

H3C O2N

CO2H CO2H

1 2 3 4

1 2 3

7.5)Atribuir a cada composto o seu valor apropriado de pKa que é fornecido. Colocá-los em ordem crescente de acidez. Justificar a sua escolha.

CO2H OH OH

ácido benzóico cicloexanol fenol

Valores de pKa = 18,0 / 9,95 / 4,19

7.6)Arranje os compostos abaixo em ordem crescente de reatividade frente à

substituição nucleofílica acílica. Justifique a sua escolha.

CO2CH2CF3 COCl CONEt2a) b) c)

CO2COCH3CO2Etd) e)

7.7)Completar as reações dos ácidos carboxílicos.

a) CH3CHCO2H

φ

+ SOCl2

b) ΦCO2H + CH3CHCH3

OH

H2SO4

c)ΦCH=CHCO2H + H2

Pt

d) ΦCH=CHCO2H 1) LiAlH 4

2) H 2O

40

7.8)Fornecer o produto orgânico formado quando o ácido fenilacético (C6H5CH2CO2H), é tratado com os seguintes reagentes:

a) LiAlH4, seguido de água b) NaOH, H2O c) CH3OH + H2SO4 (catalisador)

7.9)Mostre como converter o ácido 2-hidroxibenzóico (ácido salicílico) nos seguintes

compostos.

7.10)A Benzocaína, um anestésico, é preparado pelo tratamento do ácido 4-

aminobenzóico com etanol na presença de um ácido, seguida de neutralização. Desenhar a fórmula estrutural da Benzocaína.

7.11)Complete o seguinte esquema:

O O

HO OH

4 EtLi H2O/H+

7.12)Escreva os produtos das seguintes reações ou os reagentes necessários para efetuar

as transformações indicadas (conforme o caso):

O

Cl

O

Oa) ?

b) PhH, AlCl 3

c) PhNH 2

e)CO2Na

OH

O

d) ?

OH

OOMe

O

OOH

OCH3

a) b)

Salicilato de metila Ácido acetilsalicílico

41

7.13)Um método usual para preparar anidridos de ácido é o tratamento de um cloreto de

ácido com o sal de sódio de um ácido carboxílico. Por exemplo, o tratamento de cloreto

de benzoíla com acetato de sódio fornece o anidrido acético benzóico. Escreva um

mecanismo para esta reação de substituição nucleofílica acílica.

CH3CO2Na + PhCOCl CH3CO2COPh + NaCl

7.14)Mostre como preparar os anidridos mistos abaixo usando o método descrito no

problema 13. (Dica: o HCOCl é muito instável para ser utilizado)

HCO 2COCH3 CH3CO2COCH2Ph a) b)

7.15)Complete a reação abaixo:

CO2Et + HO OH2

7.16)Piretirina é um inseticida natural, sendo que sua estrutura contém um grupo

funcional éster. Desenhar as estruturas do ácido e do álcool usados na preparação

deste éster. 7.17) Na estrutura mostrada a seguir, colocar as hidroxilas em ordem crescente de

acidez. Justificar a sua resposta.

7.18)Mostre como preparar as amidas abaixo pela reação de um cloreto de ácido com

amônia ou uma amina.

a) NHCO(CH2)4CH3 b) Me 2CHCONMe 2 c) H2NOC(CH 2)4CONH 2

O

O

O Piretirina

HO

OH

C

O

OH

AB

C

42

7.19)Qual produto é formado quando cloreto de benzoíla é tratado com os seguintes

reagentes?

OHa) b) OH NH2

SH

c)

d)

O

O_

Na+e) f) PhMgBr

g) CH3O NH2

+ py

py+

py+

(2mols)

7.20)Qual produto é formado quando benzoato de etila é tratado com estes reagentes?

a) H2O, NaOH, aquecimento

b) LiAlH4, depois H2O

c) H2O, H2SO4, aquecimento

d) C6H5CH2MgBr (2 mols), então H2O/HCl

7.21)Quando benzoato de etila é aquecido em metanol contendo uma pequena quantidade de ácido clorídrico, observa-se a formação de benzoato de metila. Proponha um mecanismo para tal reação.

7.22) Qual produto é formado quando 5-oxo-3-hexenoato de etila é tratado com estes reagentes?

a) H2 (1mol) / Pd, EtOH b) NaBH4, MeOH c)1)LiAlH4, THF/ 2)H2O d) 1)DIBAL(-78°C) / 2)H2O

7.23)Em um laboratório de química orgânica experimental, dois alunos receberam uma

amostra de naftaleno contaminada por ácido benzóico. Um dissolveu a amostra em éter dietílico (SISTEMA I) e o outro, em diclorometano (SISTEMA II). A seguir, as soluções foram transferidas para funis de decantação que continham solução aquosa de NaOH a 5%. Após agitação das misturas, foram obtidas as fases mostradas na figura abaixo.

O naftaleno deve ser recuperado da(s) fase(s):

(A) I A apenas; (B) II B apenas; (C) I A e II A; (D) I A e II B; (E) I B e II B.