TOM-3 Duros Moles

8/3/2019 TOM-3 Duros Moles

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cidos e Bases Duros e Moles (Princpio HSAB)

Pearson, JACS1963, 85, 3533.

cidos duros preferem interagir com bases duras

cidos moles preferem interagir com bases molesMoleza: Polarizabilidade; nuclefilos moles com nuvens eletrnicas,

que podem ser polarizadas facilmente (deformadas).

Dureza: Espcies carregadas com raios inicos pequenos,alta densidade de carga.

Leitura: Fleming, Chapter 3, p33-46


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Teoria de Orbitais de Fronteira e a equao de Klopman-Salem

nos ajudam a entender o porqu do princpio de dureza e moleza:

cidos Duros usualmente tem carga positiva, ons pequenos(alta densidade de carga), LUMO de alta energia.

cidos Moles usualmente no te cargas, grandes (baixadensidade de carga), tem LUMO de baixa energia

(usualmente com altos valores de coeficientes).

Bases Duras usualmente tem carga negativa, ons pequenos(alta densidade de carga), HOMO de baixa energia.

Bases Moles no possuem carga, so grandese volumosas(baixa densidade de carga), HOMO de alta energia (usualmente

com altos valores de coeficientes.


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Energias de Orbitais Moleculares:

Espcies DurasEspcies Moles

EE

grande diferenaHOMO/LUMO

pequena diferenaHOMO/LUMO

EEMole-Mole

Duro-DuroInterao de orbitais

cido Base

cido Base

Ganho de energia nainterao HOMO/LUMO Mnimo ganho de energia atravs

de interaes de orbitais


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QNQEQ:Densidade de carga: Constante dieltricaR:Distncia (N-E)c: Coeficiente no OM: Integral de Ressonncia

E: Energia do OM

E = 2(cNcE)2

EHOMO(N) - ELUMO(E)RNE

Termo de Coulomb

Termo de Orbitais de Fonteira

Equao de Klopman-Salem para a interao de nuclefilosN (Base de Lewis) com um Eletrfilo E (cido de Lewis).

Interaes Mole-Mole : Termo de Coulomb pequeno (baixadensidade de carga). Interao dominante entre os orbitais de

fronteira por causa do pequeno valor de E(HOMON/LUMOE). formao de ligaes covalentes

Interaes Duro-Duro:Termo de orbitais de fronteira pequeno

devido a grande E(HOMON/LUMOE).Interao dominante descrita pelo termo de Coulomb (Q grande para espcies duras), i.e. interao eletrosttica. formao de ligaes inicasInteraes Duro-Mole : Nenhum dos dois termos de energiafornece ganho significativo atravs das interaes.


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C CO

MeI

TMSCl

O

Me

OTMS

Princpio HSAB - Quimiosseletividade

(a) Alquilao de enolatos

duro

mole

C-Alquilao

O-Alquilao

mole

duro


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O

H

Me2CuLi

MeLi

O

OMe

OH

Me

O

H

(b) Adio 1,2- vs. 1,4 a sistemas ,-insaturados

+ 0.01

+ 0.29

Densidade de carga coeficientes no LUMO+ 0.62

- 0.48

mole

duroduro

mole

Adio-1,2

Adio conjugada



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H

Br

OC2H5

HC(COOR)2

CO2R

CO2R SN2

(c) SN2 vs E2

mole

E2duro



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S C NMeIAg

Na

O NO MeIAg

Na t-BuCl

RCOX

H3C NO

2

ONO

S C NH3C

S C N

O

R

(d) Nuclefilos Ambidentados

mole

duro

duro

mole

mole

duro

duro mole

S-Alquilao

N-Acilao

N-Alquilao

O-Alquilao



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Reaes eric clicas 1


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Carey & Sundberg: Part A; Chapter 11Concerted Pericyclic Reactions

Reaes eric clicas 1

Introduo a Reaes Pericclicas Reaes Eletrocclicas Reaes Sigmatrpicas Reaes de Cicloadio

Woodward-Hoffmann Theory - Chapter 4 Thermal Pericyclic Reactions.

R. B. Woodward and R. Hoffmann, The Conservation of Orbital Symmetry,Verlag Chemie, Weinheim, 1970.

Frontier Molecular Orbital Theory: I. Fleming, Frontier Orbitals andOrganicChemical Reactions, John-Wiley and Sons, New York, 1976.

Dewar-Zimmerman Theory: T. H. Lowry and K. S. Richardson, Mechanismand Theory in Organic Chemistry, 3rd Ed., Harper & Row, New York, 1987.

R. E. Lehr and A. P. Marchand, Orbital Symmetry: A ProblemSolving Approach, Academic Press, New York, 1972.

Reaes Pericclicas


19/63

Reaes PericclicasIntroduo/Definies

Uma reao pericclica caracterizada por uma mudananas ligaes que ocorrem em virtude de um processo de

reorganizao de eltrons contnua e concertada.

O termo "concertada" significaqueum nico estado de

transioeno intermediriosesto envolvidos noprocesso. Para manter um fluxo contnuo de eltrons,reaes pericclicas ocorrem atravs de estados de

transio cclicos.Mais precisamente: Um estado de transio cclico devecorresponder a um arranjo em que os orbitais participantesdos componentes tem que manteruma interao ligantedurante o decorrer da reao.

Reaes Pericclicas Introduo/Definies


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Reaes Pericclicas - Introduo/Definies

A

A

AA

A

A

A

4 eltronspouco comum

6 eltrons

comum

A

A

A

A

AA

Ah

calorcalor

calorcalor

calor

As Teorias:


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As Teorias:Trs teorias so comumente utilizadas para explicar e prever o

curso de reaes pericclicas.

1) Fukui: Interaes de Orbitais Moleculares de Fronteira

Mais fcil de usar do que os argumentos originais de simetria de orbitaisInteraes HOMO/LUMO

2) Dewar-Zimmerman: Estados de Transio AromticosA mais fcil para aplicar a todos os tipos de reaes, mas no tofcil entender porqu vlida.

Estados de Transio Aromticos ou Antiaromticos

Primeira teoria a prever e explicar o curso de muitas reaesDiagramas de correlao

3) Woodward-Hoffmann: Conservao de Simetria de Orbitais


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Trs Mtodos:

"H vrias mtodos de aplicar os princpios desimetria de orbitais para reaes de cicloadio,

trs dos quais so utilizados com maiorfrequncia que outros.

Destes trs, ns discutiremos dois: O mtodode orbitais de fronteira e o mtodo de

Mbius-Hckel.O terceiro, chamado de mtodo de correlao

de diagrama, menos conveniente.


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Os 5 Principais Tipos de Reaes Pericclicas

(1) REAES ELETROCCLICAS DE ABERTURAE FECHAMENTO DE ANIS:

Ciclobuteno Butadieno 1,3,5-Hexatrieno 1,3-Ciclohexadieno

Exemplos:

Um fechamento eletrocclico de anel a criao de uma novaligao sigma atravs dos orbitais p terminais de um sistema

pi conjugado.H uma reorganizao do correspondente sistema pi conjugado.

Classificada de acordo com o nmero de eltrons envolvidos.

Reao eletrocclica de 4 e- Reao eletrocclica de 6 e-

ou h ou h

(2) REAES DE CICLOADIO/RETROADIO:


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O

O

(2) REAES DE CICLOADIO/RETROADIO:

+

[2+2]

+[4+2]

Uma reao de cicloadio a unio de dois sistemas pi

menores e independentes.Ligaes sigma so formadas a partir do sistema pi.Uma reao de cicloadio pode ocorrer intramolecular,mas deve ser sempre entre dois sistemas pi independentes.

Reaes de cicloadio so descritas como adies[m + n] quando um sistema de m tomos conjugados secombina com um sistema de n tmos conjugados.Uma retroadio simplesmente a reao reversa da

cicloadio.Exemplos:

Cicloadio 2+2.

Reao de Paterno-Bchi.

Cicloadio 4+2.Reao de Diels-Alder.

h

(3) REAES QUELETRPICAS:


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[4+1]

[4+1]

[2+1]

C O

SO

O

CR2

R

R

SO

O

O

( ) Q

Reaes Queletrpicas so um grupo especial de reaes

de cicloadio/retroadio. Duas ligaes so formadasou clivadas em um nico tomo. A nomenclatura parareaes queletrpicas a mesma usada para reaesde cicloadio.

+

+

+

Exemplos:

..

..

.

.

(4) REARRANJOS SIGMATRPICOS:


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R

X

R

R

X

R

R1

R2

R1

H

R2

( )

12

3 1

23rearranjo-[1,3]

rearranjo-[1,5]12

3

45

Um rearranjo sigmatrpico a migrao de uma ligao sigmade uma posio em um sistema conjugado para outra posioneste sistema, acompanhada de uma reorganizao das ligaes pi.

O nmero total de ligaes pi e sigma permanece constante.

O rearranjo um deslocamento [m,n] quando a ligao sigmase move atravs de m tomos em um sistema e n tomos nosegundo sistema.

Exemplos:

rearranjo-[3,3]3

21

3'1'

2'

32

1

3'1'

2'

X=CR2, Rearranjo de Cope

X=O, Rearranjo de Claisen

(5) REAES DE TRANSFERNCIA DE GRUPOS:


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R

H

H

N

N

H

H

H

R

R'

N2

R

H

H R

H R'

H

H

( ) Em uma reao de transferncia de grupos, um ou mais gruposso transferidos para o segundo parceiro de reao.

Transferncia

de Hidrognio:

Reao Ene:

+ +

+ +

+

Exemplos:

REAES ELETROCCLICAS DE


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A BA B

B

A

B

A

Ciclizao Conrotatria: Os trminos giram na mesma direo.

A

B

A

B

A BA B

A

B

B

AA

BA

B

ABERTURA E FECHAMENTO DE ANISFechamento do anel pode ocorrer de duas maneiras.

Os lbulos dos orbitais que interagem A disposio dos substituntes no final do sistema pi

Ciclizao Disrotatria: Os trminos giram em direes opostas.


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R d di


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Referncias:

Carey & Sundberg: Part A; Chapter 11Concerted Pericyclic Reactions

Reaes de oadio

A reao de Diels-Alder

Fleming: Chapter 4Thermal Pericyclic Reactions

Carey & Sundberg: Part B; Chapter 6Cycloadditions, Unimolecular Rearrangements

Thermal Eliminations

Reaes de Cicloadio de Diels-Alder


31/63

"Diels-Alder Reactions". Evans, D. A.; Johnson J. S. In Comprehensive

Asymmetric Catalysis, Jacobsen, E. N.; Pfaltz, A.; and Yamamoto, H. Editors;

Springer Verlag: Heidelberg, 1999; Vol III, 1178-1235

"Chiral Bis(oxazoline) Copper (II) Complexes: Versatile Catalysts for

Enantioselective Cycloaddition, Adol, Michael and Carbonyl Ene Reactions".

Johnson, J. S.; Evans, D. A. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 325-335.

"New Strategies for Organic Catalysis: The first Highly SelectiveOrganocatalytic Diels-alder Reaction", MacMillan, JACS, 2000, 122, 4243.

"New Strategies for Organic Catalysis: The first Enantioselective Organocatalytic

1,3-Dipolar Cycloaddition", MacMillan, JACS, 2000, 122, 4243.

"Chiral Lewis Acid Catalysts in Diels-Alder Cycloadditions: Mechanistic Aspects andSynthethic Applications of Recent Systems".Dias, L. C. J. Braz. Chem. Soc.1997, 8(4), 289-332.

Mechanistic Aspects of Diels-Alder Reactions: A Critical Survey

Sauer, Angew. Chem. Int. Ed., 1980, 19, 779-807

DA Reactions Part II: The Reaction MechanismSauer, Angew. Chem. Int. Ed., 1967, 6, 16-33

DA Reactions Part I: New Preparative AspectsSauer, Angew. Chem. Int. Ed., 1966, 5, 211-230

Silyloxydienes in Organic Synthesis, Danishefsky, Acct. Chem. Res., 1981, 14, 400-406

Retro-DA Strategy in Natural Products SynthesisIchihara, Synthesis, 1987, 207-222

Artigos e monografias importantesC h i O i S th i V l 5 T t Ed 1991


32/63

Natural Products Synthesis Through Pericyclic ReactionsDesimoni, Tacconi, Barco, Polini, ACS Monograph 180, 1983, Chapter 5,

4.1 Intermolecular Diels-Alder Reactions, W. Oppolzer4.2 Heterodienophile Additions to Dienes, S. M. Weinreb4.3 Heterodiene Additions, D. L. Boger4.4 Intramolecular Diels-Alder Reactions, W. R. Roush4.5 Retrogade Diels-Alder Reactions, R. W. Sweger, A. W. Czarnik

Asymmetric Diels-Alder Reactions with Chiral Enoates as DienophilesModern Synthetic Methods 1986, Scheffold, Ed. Springer-Verlag,

Asymmetric Cycloaddition Reactions (Inter- & Intramolecular DA rxns)

Asymmetric Synthesis, Vol. 3 Morrison, J. D., Academic Press, 1984Hetero Diels-Alder Methodology in Organic SynthesisBoger, D.L. and Weinreb, S.N., Academic Press, 1987

Intramolecular Diels-Alder Reactions, Org Rxns, Vol. 32, 1984

Comprehensive Organic Synthesis, Vol. 5, Trost, Ed. 1991

Intramolecular Diels-Alder and Alder Ene Rxns, D. F. Taber, Springer-Verlag, 1984

DA Reactions of AzadienesBoger, Tetrahedron, 1983, 39, 2869-2939

Preparation & DA Reactions of Heterosubstituted 1, 3-Dienes

Petrzilka, Synthesis, 1981, 753-786

Intramolecular [4 +2] & [3 + 2] Cycloadditions in Organic SynthesisOppolzer, Angew. Chem. Int. Ed., 1977, 16, 10-23

The Intramolecular DA Rxn: recent advances and synthetic applicationsFallis, Can. J. Chem., 1984, 62, 183-234

Synthetic Aspects of D-A Cycloadditions with HeterodienophilesWeinreb, Tetrahedron, 1982, 38, 3087-3128

Reaes de Cicloadio


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Reaes de CicloadioEstereoqumica:

Em uma cicloadio, o sistema pi pode ser atacado deduas maneiras distintas. Se o sistema pi atacado na

mesma face, a reao dita ser suprafacial. Se osistema pi atacado em faces opostas, a reao ditaser antarafacial neste componente.

Ataque

Suprafacial AtaqueAntarafacial

Reaes de Cicloadio: Reao de Diels-Alder


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Energia

desfavorecido favorecido

A Regra Alder Endo

+

"Produto Endo""Produto Exo"Observao: O aduto de Diels-Alder endo formado mais rapidamente, embora o produtoexo seja mais estvel. H uma estabilizao especial do estado de transio que conduzao produto endo, que no h no estado de transio que conduz ao produto exo.

2

Exo TS

Endo TS

H

HH

H

H

H

HH

Reao de Diels-AlderExo TS


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Energia

2

Exo TS

Endo TS

HH

HH

Estados de Transio

Endo e Exo


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Explicao de Orbitais de Fronteira para Regra Endo


37/63

Lowry & Richardson, Chapter 10Theory of Pericyclic Rxns pp 839-900

Note que os lbulos terminais no sobrepe

com o mesmo sinal de funo de onda. Os requisitosde simetria no so obedecidos.Isto no quer dizer que uma reao no possa ocorrer,mas apenas que ela no ser concertada (proibida porsimetria). LUMO-3

HOMO-2

Existe a possibilidade desta

dimerizao concertada ocorrer?

Outra Possibilidade de Dimerizao para o Butadieno

Interao secudria de orbitais contribui para a

estabilizao do estado de transio. Esta interao podeocorrer no estado de transio endo, mas no no exo:

LUMO-3

HOMO-2CCC

C

CCC C

C C

C C

C

C C

C

odelagem do Estado de Transio


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Formao de ligaes no sincronizada com dienfilos substitudos (Jorgensen)

Houk, Jorgensen, JACS1989, 111, 9172

Jorgensen, JACS1993, 115, 2936-2942

Os comprimentos das ligaes CC sendo formadas so cerca de 1.5 vezeso valor normal. Este resultado vem de clculos ab initiode Jorgensen e Houk

Transition Structures of Hydrocarbon Pericyclic ReactionsHouk Angew. chem. Int. Ed.1992, 31, 682-708

+


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MeMe

Reatividade de dienos medida com relao a anidrido maleico


log k = 4.96 log k = 1.83log k = 2.12log k = 2.19log k = 2.36

Reao de Diels-Alder: Anlise de Orbitais Moleculares


40/63

HOMO3

HOMO2HOMO1

O

HH

OEtileno e Butadieno Vs Butadieno e Acrolena

Acelerao da velocidadeE (LUMO3-HOMO1) < E (LUMO2-HOMO1)

+

LUMO1

+

E

LUMO3

LUMO2


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Complexos de cidos de Lewis com carbonilas Tipos de complexos cido de Lewis-C=O (M = cido de Lewis)


42/63

OM

CX

R

OM

CX

R

H R

OF3B

H R

O

BF3

OM C

X

R

C

M

O R

X

O

M

C

X

R

OM C R

X

H R

O

BF3

+

complexo 2complexo 1

Conformaes de complexos 1 cido de Lewis-C=O

+ +

Preferncias Geomtricas para complexos de BF3

+

energia rel.: 0(kcal/mol)

+

energia rel.: +5.3

+

energia rel.: +1.8

+

Variaes no ngulo da ligao COM no plano sigma no causammuita desestabilizao. Distores do metal para fora do plano da

ligao sigma resultam em grande desestabilizao.

distoro de baixa energia

+

distoro de alta energia

Cargas de Muliken calculadas no carbono carbonlico (PM3)


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NR R

H H

+0.51

+

H H

O

H H

OLi

H H

OBrMg

H H

OF3B

H H

OH

+0.29

+ +

+ +

+0.41 +0.43

+0.46 +0.47

Complexos de cidos de Lewis-C=O bem definidos so necessrios:Geometria de complexos


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+ Geometria indicada favorecidano estado fundamental

+

steres: cido de Lewis orientado anti a RO

LA

favorecido

+

favorecido

Interaes do par de e- * CO estabilizam a conformao (Z).Estabilizao aumenta no substrato cido de Lewis-complexo com substrato.

versus

favorecidoLA

Aldedos: cido de Lewis orientado anti a R

Geometria de complexos 1

LA

++

H R

OM

X R

OM

O

M

RXX R

O

OM

RH

OR

R

O O

RO

R

OR R

OM

G ~ 4 to 5 kcal/molG 10-13 kcal/mol

Amidas: cido de Lewis orientado anti a R2N


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base de Lewis

favorecido

+ +

steres e Amidas que quelam:cido de Lewis pode ser coordenado bidentado

Tenso allica desfavorece complexao syn a R2N

A(1,3)

desfavorecido

++

favorecido

LA

Amidas: cido de Lewis orientado anti a R2N

OM

RNRN

RR

OM

RL

MO

RR

RXX

R

R

OM

L

R R R

Orientao dos reagentes


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R = NEt2R = MeR = MeR = i-PrR = t-BuR = CO2H

20 C20 C200 C200 C200 C150 C

100 : 018 : 17 : 15 : 14 : 19 : 1

CO2Me

R

CO2Me

CO2Me

CO2Me

R

CO2Me

R CO2Me

desfavorecidofavorecido

tolueno, 120 C 80 : 20

96 : 04C6H6, SnCl4, 25 C

favorecido desfavorecido

Catlise por cidos de Lewis aumenta a orientao


R = OEtR = PhR = MeR = i-PrR = t-Bu

160 C150 C200 C200 C200 C

100 : 04.5 : 12 : 13 : 13.5 : 1

For R = Me:


47/63

CO2MeCO2Me

H CO2MeH


C6H6, SnCl4, 25 C 95 : 05

80 : 20CH2Cl2, 0 C

Catlise por cidos de Lewis aumenta diastereosseletividade endo

DA Reactions Part II: The Reaction Mechanism,Sauer, Angew. Chem. Int. Ed., 1967, 6, 16-33


48/63

COX COX COXRO

Problema interessante


49/63

RO

RO CO2Me

O2N

CO2Me

NO2

RO

RO

NO2

CO2MeR3SnH

NO2

RO

RO

NO2

CO2Me

RO CO2Me

CO2MeRO

COO

base


Empregando um susbstitunte que pode depois ser removido,

possvel ter acesso ao diastereoismero desfavorecido

Danishefsky, JACS1978, 100, 2918: O grupo NO2 forte diretor

pode ser removido

por eliminao

ou por reduoOno, Tet. 1985, 4013

OM Me

O Me OMe

Regiocontrole com dienfilos de Quinonas


50/63

O

MeO

Me Me

Me

O

O

O

Me

F3B

Me

MeO

SnCl4

OMe

O

Me

Me

MeO

OH

Me

H

O

O

MeO

Me

MeH

O

O

MeO

Me

BF3OEt2 (-20 )

MeH

O

MeO

Me

Orientao controlada pelaestrutura do cido de Lewis

Condies Proporo

trmica (100 )

SnCl4 (-20 )

50 : 50

95 :5

+

Reusch JOC1980, 45, 5013

Resultados similares: Stoodley Chem. Comm.1982, 929


51/63

Reaes de Die s-A der com Dienos Quirais


52/63

4.1 Intermolecular Diels-Alder Reactions, W. Oppolzer, See page 347


X

O

O

NPh

PhN

X

O

O

H

H

OH

OMe

H

H

O

O

X

PhN

25-50 C

83 : 17

>97 : 3

36 : 64Proporo

Me

X =

Overman, JACS1988, 110, 4625

Q

H H


Reaes de Diels-Alder com Dienos Quirais


53/63

4.1 Intermolecular Diels-Alder Reactions, W. Oppolzer, See page 347

Me OR

MeO

O

NPh

Me

Me

ORH

PhN

O

O

NPh

O

OMe

ORMe Me OR

Me O

O

NPh

PhNO

O

RO H

Me

Me

25-50 C

Franck, Tet. Lett.1985, 26, 3187Franck, JACS1988,110, 3257 R = Me: Proporo; 83 : 17R = Me3Si: Proporo; 88 : 12

melhor que

Comentrios sobre ET

Evita substituntes allicos eclipsados

melhor doador (Me) anti a ligao

sendo formada evita interao gauche de OR

H

H

H

H

Reao de Diels-Alder: Anlise de Orbitais Moleculares


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HOMO3

HOMO2

HOMO1

O

HH

OEtileno e Butadieno Vs Butadieno e Acrolena

Acelerao da velocidadeE (LUMO3-HOMO1) < E (LUMO2-HOMO1)

+

LUMO1

+

E

LUMO3

LUMO2

"Reaes de Diels-Alder com demanda reversa de eltrons


55/63

HOMOHOMOHOMOHOMO

RO CO2RRO

CO2R

+

LUMO

+

E

LUMOLUMO

LUMO

Reaes de hetero Diels-Alder: Demanda reversa de eltrons


56/63

HOMO

HOMOHOMOHOMO

O X ORROO XRO

OR+

LUMO

+

E

LUMOLUMO

LUMO


57/63

O O O

Reaes de Hetero-Diels-Alder Catlise Quiral


58/63

O

EtO2C N

O

O

O

O O

Ph

OSiR3Me

N

O

O

OCO2Et

Me

Ph

O(CF3)2CHOH

O N

CO2Et

Me

OPh O

O

SiR3

O N

CO2Et

O

O

Ph O

Me

SiR3

O

O

+

+

10 mol% cat. quiral

Evans, Scheidt, Johnston, Willis J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 4480.

O O O

Reaes de Hetero-Diels-Alder Catlise Quiral


59/63

O

O

Me

EtO2COEt

O

Me

EtO2CO

OEtO2C

Me

H

H

OEtO2C OEt

Me

97%ee

2 mol% cat. quiral

2 mol% cat. quiral

+

+

Evans, Johnson, Olhava J. Am. Chem. Soc.2000, 122, 1635.

97%ee

O

O

O

O

O

O

+

+


60/63


61/63


62/63


63/63

TOM-3 Duros Moles

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