oxidação Oppenauer

Reações de Oxidação.
Ministrante: Prof. Sidney Lima.
UFPI - Teresina PI
Sumário.
• Introdução;
• Oxidação de Álcoois;
• Adição de Oxigênio a C=C;
• Quebra de Ligação C=C;
• Preparação de Epóxidos;
• Transformação de Epóxidos;
• Oxidação de Aldeídos e Cetonas.
Objetivos.
•Conhecer os principais reagentes oxidantes e
suas reações com alcenos, aldeídos e cetonas;
•Conhecer os diferentes estado de oxidação de
oxidantes de metais de transição;
•Entender os principais mecanismos reacionais de
oxidação;
•Escolher agentes oxidantes com base na utilidade
em síntese orgânica.
Introdução
Reagentes oxidantes cada vez mais seletivos, versáteis e
brandos têm sido objeto de pesquisa em todo o mundo,
para a produção de um grande número de novas
substâncias ou intermediários de potencial atividade.
Reagentes oxidantes:
CrO3 / Py (Reagente de Collins);
Na2Cr2O7; PCC; PDC;
KMnO4 (forte);
Dess-Martin;
MnO2 e RuO4;
K2FeO4
HNO3
Oxidação de Swern e suas variantes;
DCC.
Agentes Oxidantes
Oxidants include CrO2, KMnO4 and HNO3.
HNO3 forte e mais barato
Agentes Oxidantes Derivados de Metais de Transição
Oxidante aquoso
Ácido
ácido crômico
Crômico
Oxidante anidro
Piridinium clorocromato
(PCC)
sal cromato
Piridinium dicromato
sal dicromato
Permanganato
(PDC)
Organic and Inorganic Esters from Alcohols
Organic esters are derivatives of carboxylic acids.
Inorganic esters are the analogous derivatives of inorganic acids.
Oxidação de Álcoois: Exemplos
OH
CH2OH
CrO3 / H3O+ / acetona
1-pentanol
O
ácido pentanóico
93%
O
OH
NaCr2O7 / HOAc / calor
4-tert-butilciclo-hexanona
(82%)
H
CH2OH
O
PCC / H2CCl2
citronelol (rosas)
citronelal (82%)
CrO3Cl-
N
H
- Não seletiva
- Dienos?
Outros Exemplos:
O
C H 2O H
H
M nO 2
R = 50 - 70%
HO
O
RuO4
O
O
O
O
Dess
-
I
M a rtin
+
+
OH
O
HO
O
á c id o io d o b e n zó ico
ex tr a íd o c o m b a se e re c icla d o
60 - 84%
NH2
CO2H
O
Sandmeyer
I
KBrO3
O
OH
I
O
CO2H
O
Ac
AcO2
Ac
Ac
I
O
O
Periodinano I (V)
Oxidação Dess-Martin
R
R
O
R
C
O
CCH3
Dess-Martin
CH3 OH
OH
OCOCH3
CH3OCO
OCOCH3
I
+
O
O
R
O
C
O
CH3 O
CCH3
R = 98%
O
I=O
+
OH
O
ácido iodosobenzóico
é extraído com base e reciclad
H
O
CH3OCO
OCOCH3
I
O
O
B: -
Oxidação de Álcoois
Oxidação de Swern
OH
O
Cl
+
Me2SO
Cl
O
O
+
Et3N
Me2S + CO 2 + CO + 2HCl
R = 78 %
Sulfitos podem ser
oxidados para sulfóxidos
e então para sulfonas
Oxidação com DMSO/DCC
H
CH2OH
O
DMSO
84%
diclohexilcarbodiimida
H+
N
C
NH C
N
N
O
O
CH3
S
-
H3C
CH3
S
H
CH2
R2CH2OH
NH C
H3C
S
O
R2C
N
O
CH2
-
H
H3C
S
O
CH2
CH2R2
H3C
S
O
H
CH2
CH2R2
Oxidação com ìon oxaamônio, derivado de nitróxido
de tetrametilpiperidina (TEMO):
Vantagens:
- oxida álcoois primários preferencialmente a álcoois
secundários;
- É regenerado usando íon hipoclorito
OH
OH
OH
OH
N O
+
R2CHOH
H
O
R
N O C
H
R
Reagentes de Crômio Versus Oppenauer:
Oxidação de Álcoois Esteroidais Alílicos
H
(CH3)2HCO
H
O
Al
O
OCH(CH3)2
OCH(CH3)2
(CH3)2HC
Al
OCH(CH3)2
H
O
O
(CH3)2HC
Al
O
O
Al
OCH(CH3)2
(CH3)2HC
H
OCH(CH3)2
Al
(CH3)2HC
H
OCH(CH3)2
Regioseletividade:
• Descreve uma reação que pode produzir 2
ou mais isômeros constitucionais, mas
produz um deles em maior quantidade do
que outro. Uma reação que é 100%
regioseletiva é denominada regioespecífica.
Por que fazer Síntese Orgânica?
1. Comprovação estrutural.
2. Atividade biológica.
3. Obtenção de análogos sintéticos.
4. Estudos fundamentais.
5. Criação e desenvolvimentos de novas
reações e reagentes.
Oxidação de alcenos (Dihidroxilação):
KMnO4 e OsO4 oxida alcenos para 1,2-dióis (glicóis).
OsO4 produz melhores rendimentos, altamente tóxico e muito
caro.
O
O
OsO4
O
Py
1,2-dimetilciclopenteno
Os
O
OH
NaHSO3 / H2O
intermediário
osmato cíclico
OH
cis-1,2-dimetil-1,2ciclopentanodiol
(R = 84%)
•KMnO4 é um agente oxidante forte e causa oxidação do
glicol. A reação deve ser feita em solução de permanganato
de potássio, diluída, fria e básica.
H2C
CH2 + KMnO4
Ethene
cold
OH− , Η 2O
H2C
CH2
OH OH
1,2-Ethanediol
Subprodutos da Oxidação com KMnO4: Cetóis
O
R CH O
R C
Mn
O
O
H
O
R CH O
R C
-
-e
O
R CH OH
Mn
R C
O
H
Oxidação de Acetileno a Dionas
KMnO4
C
C
+
R4N , H2CCl2
O
O
C
C
R = 81%
R
KMnO4
+
-
R N O ; t-BuOOH ou BaClO3
R
O
Oxidação de alcenos: Estereoseletiva.
O
HO
O
H
CH3
H
HO
C
H
C
H
H 3C
OH H3C
C
C
H
CH3
(R,R)-2,3-butanediol
O
HO
OsO4 / BaClO3
O
O
OH
OH
O
H
H
CH3
CH3
H
OH HO
C
C
H CH3
C
C
H 3C H
R = 84%
HO
trans-2-Butene
syn-hydroxylation
at either face of the alkene
C
H
HO
C
CH3
H
CH3
(S,S)-2,3-butanediol
Enantiosetiva?
Hidroxilação Enantioseletiva
Ligantes Quirais:
Reagente de Sharples (dihidroquinidina)
N
H
HO
OCH 3
HO
N
OsO4
OH
> 99% ee
Phthalazine (PHAL), Pyrimidine (PYR),
Pyradazine (PYDZ)
Hidroxilação Enantioseletiva: ligantes quirais
Ph
Ph
H
C C
H
E
ArCH2HN
CO2CH3
NHCH2Ar
CO2C2H5
CO2CH3
Ph
OsO4
O2CCH3
CH3CO2CH2
OH
Ph
OH
N
N
neohexil
neohexil
OsO4
85%,
92% ee
O2CCH3 OH
CH3CO2CH2
CO2C2H5
OH
97%,
90% ee
Versão Assimétrica de Dihidroxilação Assimétrica
Alcalóide quiral forma um complexo com o ósmio e o alceno,
dirigindo o ataque a enantiofase do alceno, fornecendo o diol
com 99% ee.
(1)
99% ee
Quebra Oxidativa de Ligações Duplas:
O reagente mais freqüentemente usado para quebra
oxidativa de glicóis e compostos dicetônicos, sob
condições brandas, é o íon IO4- ou em quantidades
catalíticas de MnO4-.
OH
R
R
OH
IO4-
H
H
R
ou RuO4
C
O
O
C
CH3
H
O
OH
C
O
+
O
IO4-
OH-
CH3
CH3
OH
C OIO4=
C
O
+ H2O + IO3-
C
I
HO OH
CH3
2R
R
C
-O
O
H2O
CH3
CH3
C
C
OH
O
IO4H2O
2 CH3CO2H + IO3- + H2O
Outros Exemplos:
CH3
OH
OH
O
CH3
O
HIO4
OH
I
H2O, THF
O
H
H
1,2-diol
CH3
O
O
O
H
R = 75%
periodato cíclico
intermediário
6-oxo-heptanal
RuO4 / NaIO4
O
O
CH2CH
CH2
ou OsO4 /IO4
CH2CO2H
R = 86%
Quebra de Ligação C=C: Ozonólise
1 - O3
6
1
2 - Zn / HAc
R"
C
R'
C
H
1. O3, CH2Cl2, −78 oC
2. Zn/HOAc
H
O
1-metilciclo-hexene
R
O
6-oxo-heptanal (86%
R
R"
C
R'
O3 = preparado por descarga elétrica de alta voltagem
O
+ O
C
H
Mecanismo da Ozonólise
C
−
C
O
O
C
O
O
O
O
−
−
C
O
C
O
Ozonide
ozonídeo
+ Zn
HOAc
C
C
+O
C
O
O
+O
fragmentos
do ozonídeo
inicial
The
initial ozonide
fragments.
O
Os fragmentos
formarthe
o ozoníceo
The
fragmentsrecombinam
recombinepara
to form
ozonide.
O
C
+
O
O
Initial ozonide
ozonídeo
inicial
Ozone
to theaoalkene
Ozônio adds
adiciona-se
alceno
to form an initial ozonide.
C
C
C
+
O
C
O
O O
Ozonide
ozonídeo
+ Zn(HOAc)2
aldeído e/ou
cetona
Aldehydes
and/or
ketones
C
Epoxidação de Alcenos
Ácidos Peroxicarboxílicos (RCO3H): Ácido Peroxiacético,
Peroxibenzóico, Peroxitrifluracético
H
O
HO
Cl
H
C
O
O
ácido MCPB
H2CCl2
H
O
O
C
H
HO
O
O
Cl
C
+
H
O
OCH3
87%
O
C
OCH3
meta-cloroperbenzóico
OH
O
OH
78%
OH
Mecanismo de Epoxidação
C
C
O
+
O
H
O
O
C
C
H2CCl2
alceno
+
O
C
C
epóxido
Cl
Cl
#
R
Não há formação de um intermediário
aniônico. Não é sensível a polaridade do
solvente. Processo concertado, syn.
O
CH3
CH3
C
O
H
O
C
OH
C
CH3
CH3
ácido
Velocidade de Epoxidação
Grupos Eletroretiradores Próximo a Ligação Dupla, tais como
carbonila, cianeto etc., diminui a velocidade da reação.
O
O
CF3CO3H
O
Estereoseletividade:
O
CH2
(CH3)3C
CH2
Não impedido
69%
(CH3)3C
CH2
ácido m-cloroperbenzóico
H2CCl2
O
(CH3)3C
31%
H
HO
H
O
H
HO
ácido MCPB
H2CCl2
O
impedido
H
O
87%
Velocidade de Epoxidação
OH
OH
O
ácido peroxibenzóico
H2CCl2
H
H
O
HO
ácido MCPB
H2CCl2
H
O
C
O
HO
OCH 3
H
O
O
87%
C
OCH 3
meta-cloroperbenzóico
OH
O
OH
78%
OH, amidas exercem um efeito dirigente Syn devido as interações
(ligações de hidrogênio) que estabiliza o estado de transição.
Favorece a aproximação da ligação dupla próximo da hidroxila:
Preparação de Epóxidos: De Haloidrinas
A formação de um epóxido pelo tratamento de uma
haloidrina com uma base é uma síntese de éteres de
Williamson intramolecular.
H
Cl2
O
H
OH
NaOH / H2O
H2O
Cl
O
H
H
Cl
1,2-epoxiciclo-hexan
trans-2-clorociclohexanol
73%
OH
C
Br
C
NaOH
H2O
O
C
Br
C
-
SN2
O
C
C
+
Br-
Abertura de Epóxidos Catalizada por Ácido
• Se carbono do epóxido é 1o ou 2o, o ataque Nu- ocorre no
carbono menos substituído.
O
CH3
C
C
H
HCl / éter etílico
H
H
1,2-epoxi-propano
OH
CH3CHCH2Cl
Cl
+
1-cloro-2-propanol
90%
CH3CHCH2OH
2-cloro-1-propanol
10%
• Se carbono do epóxido é 3o, o ataque nucleofílico ocorre
principalmente no carbono menos substituído (Regioseletiva).
preferida
O
CH3
Br
δ + CH3
CH3
HBr / éter etílico
H
1,2-epoxi-1-metilciclo-hexano
OH
H
carbocátion 3o
Br
OH
Η
2-bromo-2-metilciclo-hexano
Abertura de Epóxidos Catalizada por Ácido
O nucleófilo ataca o carbono mais substituído do epóxido
protonado. Há inversão de configuração no carbono que
está sendo atacado pelo nucleófilo.
H
H
O
HBr
H
Br
H
CH3
CH3
R
CH3
R
CH3OH
CH3O
H
H
OH
O
H2SO4
R
H
OH
H
S
CH3
inversão de configuração
60%
Abertura de Epóxidos Catalizada por Base:
Quando a reação é feita em meio básico, o ataque do
nucleófilo aniônico
(Nu-) será ao carbono menos
substituído.
CH3
OH
CH3
O
CH3OH / CH3O-
H
H
OCH3
83%
1,2-epoxi-1-metilciclo-hexano
CH3
O
OH
H
CH3
+ HN
CH3CH2
Bases: NaN3, -SH, RO-
(CH3)2CCH
N
CH2CH3
100%
Mecanismo: Catalizada por Ácido
H
O
H
H
H3O+
+
O
H
H
OH
H
H
H2O
O+
H
H
NuH
H
OH
H
H
+
O
H
OH
H
H2O
O
H
trans-1,2-ciclohexanodiol (86%)
Em Geral
Epóxidos com dois átomos de carbono
substituído diferentemente:
Nucleófilo ataca aqui
quando a reação é
catalisada por ácido
Nuc-H/H+
Nucleófilo aniônico
ataca aqui:
Nuc -
R
CH2
C
H
O
Que fator controla a regioseletividade?
Glicois (Review)
• Hidroxilação syn de alcenos
– OsO4, peróxido de hidrogênio
– KMnO4 frio, diluído, básico
• Hidroxilação Anti de alcenos
– peroxiácidos, hidrólises
Oxidação de Aldeídos e Cetonas:
• KMnO4 e HNO3 a quente, Ag2O e peroxiácidos
convertem aldeídos a ácidos carboxílicos, mas CrO3/H3O+ é
mais freqüentemente usado, embora com alguns
problemas.
CH3(CH2)4C
H
O
CrO3 / H3O+
o
CH3(CH2)4C
acetona / O
O
OH
85%
A reação passa por um intermediários 1,1-diol (hidrato)
O
C
OH
H2O
R
C
H
OH
O
CrO3 / H3O+
R
C
OH
Mecanismo de
Oxidação de Aldeídos
R
H
R
C
O
O
H H
O
R
C
H
H
O
H
O
H
O−
C
+
O
H
H
H
O
Cr OH
O
R
O
C
O
R
H
C
HCrO4− , H+
H O H
Aldehyde
hydrate
Hidrato aldeídico
+ HCrO3−
O H
Carboxylic
acid
Ácido
carboxílico
+ H3O+
Oxidação de Aldeídos e Cetonas:
Para evitar reações laterais pode-se optar pela reação de
Tollens. A reações ocorre com bons rendimentos, sem
danificar as ligações duplas C-C ou outros grupos
funcionais sensíveis a ácido:
O
H
O
Ag2O
NH4OH / H2O
EtOH
OH
+
Ag
As cetonas são inertes a maioria dos oxidantes:
O
1. KMnO4, H2O, NaOH
CO2H
2. H3O+
CO2H
hexanodióico (79%
Oxidação de Aldeídos e Cetonas
por Oxigênio e Compostos Peróxidos:
A oxidação dos aldeídos é tão fácil, que mesmo o
oxigênio do ar é capaz de oxidá-lo. Outros agentes
oxidantes de aldeídos são: Ag2O, H2O2, KmnO4, CrO3.
O
H2O2
O
O
CH3CO2OH / HCCl3
O
O
56%
O
Oxidação de Aldeídos e Cetonas
por Oxigênio e Compostos Peróxidos:
O
O
O
CF3CO3H
98%
O
O
CH3CCH2CH3
CF3CO3H / H2CCl2
CH3COCH2CH3
2-butanona
acetato de etila
72%
H
O
R"CR'
+
RCOOH
O
O
R"
C
R'
C
O
O
O
R
R"
C
HO
O
R'
Migração: 3o > ciclohexil > 2o > fenil > 1o > metil
C
+
O
R
Oxidation by Peroxycarboxylic Acids: The Baeyer-Villiger
Oxidation
The Baeyer-Villiger oxidation converts a carbonyl function to
an ester using a peroxycarboxylic acid.
The mechanism of this oxidation involves a cyclic transition state
in which an alkyl group shifts from the original carbonyl carbon to
oxygen to give an ester.
Cyclic ketones are converted into cyclic esters. Attack is at the
carbonyl rather than a carbon-carbon double bond, if present.
Unsymmetric ketones can, in principle, lead to two different
esters, but only one is observed:
Some substituents migrate more easily than others. The
migratory aptitude of various groups suggests that the migrating
carbon possesses carbocationic character in the transition state.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Carey, F. A. (2001). “Advanced Organic Chemistry.” 4o
edition. Klumer Academic / Plenum Publishers. New York,
USA.
McMurray, J. (2005). “Organic Chemistry.” 6
Brooks/Cole, USA.
o
edição.
Vollardt, K. P. C.; Schore, N. E. (1999). “Organic Chemistry.”
Structure and Function. Ed. Freeman and Company. USA.
Agentes Oxidantes
Piridinium clorocromato (PCC)
CrO3 + HCl +
N
+
N H CrO3Cl−
Piridinium dicromato (PDC)
H2Cr2O7 +
N
++
N H Cr2O72−−
2
H
H
H
O
O
H3C
C
H3C
+
H
O
H
Cr
O
O−
H
O
H
H3C
O
+
C
H
H3C
O+ H
O
O−
Cr
O
O
H
H
H
H
H
O
H3C
O
C
H
H3C
O+ H
O
O−
Cr
O
O+ H
H
H
H3C
O
C
Cr
O
+
O
H
H3C
H
Chromate ester
O
H
H
O
H3C
O
C
H3C
H
O
H
H
Cr
O
O
H3C
C
O
H
H3C
O
+
Cr
O
O
+ H
O+ H
H
H
H
H
H
O
O
H3C
C
H3C
+
H
O
Cr
H
O
O−
H
O
H
H3C
O
+
C
H
H3C
O+ H
O
Cr
O
O
H
H
O−
H
O+ H
H
H
The alcohol donates an electron pair to the
One oxygen loses a proton;
chromium atom, as an oxygen accepts a proton. another oxygen accepts a proton.
O
H3C
O
C
H
H3C
O
O−
Cr
O
O+ H
H
H
H3C
O
C
Cr
O
+
O
O
H
H
H3C
H
H
Chromate ester
A molecule of water departs as a leaving group
as a chromium-oxygen double bond forms.
O
H3C
O
C
H3C
H
O
H
H
Cr
O
O
H3C
C
O
H
H3C
O
+
Cr
O
O
+ H
O+ H
H
H
Oxidação de Álcoois
• Preparação de compostos carbonílicos.
• Os álcoois 3o são pouco reativos.
• Reagentes: NaCr2O3 / H+, PCC, Oxidação de Oppenauer
O
Cr
O
H
O
O
C
H
Base
-
O
H
O
O
O
Cr
H
O
C
intermediário
O
C
O
Cr
O
E2
O
C
H
Base
produto carbonílic