síntese orgânica - introdução
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SÍNTESE ORGÂNICA
Helmoz R. Appelt
Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
www.qmclink.com
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Unidade I
INTRODUÇÃO
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A Química (Industrial) está presente em nosso dia-a-dia. Seja quando ingerimos alimentos, nos vestimos, tomamos um medicamento, etc. Hoje, a grande maioria dos produtos industrializados em origem sintética, ou seja, são produzidos pelo Homem a partir de outros compostos químicos. Tanto em escala laboratorial, quanto industrial, são produzidos, todos os anos, milhares de novos compostos químicos.
A Síntese Orgânica pode ser definida como o processo de obtenção de compostos complexos a partir de precursores simples. Seja a partir de uma simples transformação química em uma única etapa, ou em um processo complexo, envolvendo várias reações químicas em sequência.
Aparentemente, nos parece muito simples, e desnecessária a criação de um campo de estudo (disciplina curricular), para prever, por exemplo, como se prepara um álcool, já que qualquer químico orgânico está apto a responder que ele pode ser obtido a partir de alcenos, aldeídos, cetonas, etc., dependendo do composto desejado.
Quando falamos em moléculas complexas, com dois ou mais grupos funcionais, essa análise de ser simples. Precisamos levar em conta formas de obtenção de cada grupo funcional, reatividade dos materiais de partida, necessidade ou não de utilização de grupos de proteção, se for o caso, estereoquímica desejada para o produto, entre outros.
Um projeto de síntese para o desenvolvimento de um novo composto, envolve conhecimentos a respeito de métodos sintéticos, mecanismos de reação, materiais de partida comerciais, métodos de análise (IV, RMN, etc.), entre outros.
O conceito de Síntese Orgânica, como o conhecemos hoje, a partir da Análise Retrosintética foi introduzido por E. J. Corey, em 1967[1]. O domínio da técnica da Retrossintese é um requisito indispensável, hoje, para qualquer pesquisador atuante na Área de Síntese.
[1] Corey, E. J. Pure & Appl. Chemistry 1967, 14, 19.
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Histórico:1828: Síntese da Uréia – Friedrich Wohler
Primeiro produto orgânico sintético.
Fim da Teoria do Vitalismo (Teoria da Força Vital).
Nascimento da Química Orgânica Sintética como ramo da Química Orgânica.
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Histórico:1856: síntese do corante mauveína– Willian H. Perkin
SO
O
O-
OH
NH
N+H2N
N
Tentativa frustrada de preparação da quinina a partir da anilina
Abriu caminho para o desenvolvimento da Química Medicinal
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Sínteses Clássicas que marcaram a evolução da Síntese Orgânica
Histórico:
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Palitoxina: sintetizada por Y. Kishi e col. Em 1982
Suh, E. M.; Kishi, Y.; J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11205.
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Processo de construção /modificação molecular, realizado em várias etapas, com a finalidade de preparação de uma substância orgânica, o objetivo sintético (alvo molecular), de forma pura e da maneira mais eficiente e conveniente possível, a partir de materiais disponíveis comercialmente ou facilmente acessíveis em laboratório.
Síntese Orgânica: Um conceito
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Porque sintetizar uma substância?
1) Comprovação Estrutural: Para comprovar a estrutura de um dado composto
2) Atividade Biológica: Pelo interesse na molécula em si própria (econômico, biológico, etc.)
3) Obtenção de análogos sintéticos de moléculas com atividade biológica.
4) Desenvolvimentos de novas reações e reagentes.
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Alguns Conceitos Fundamentais: Uma
breve revisão
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• Ligações Covalentes Polares– Ligações covalentes polares ocorrem quando uma ligação é
formada por dois átomos de diferentes eletronegatividades• O átomo mais eletronegativo concentra maior densidade
eletrônica em torno de si• O átomo mais eletronegativo adquire uma carga parcial
negativa (δ-) e o menos eletronegativo adquire carga parcial positiva (δ+)
• Uma ligação polarizada é um dipolo, e possui um momento de dipolo
• A direção do dipolo pode ser indicada por uma seta de dipolo.
– A ponta da seta é a extremidade negativa do dipolo, e a extremidade em cruz é o polo positivo
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– Exemplo: a molécula HCl• O cloro, mais eletronegativo, atrai os elétrons do hidrogênio
– O cloro adquire uma carga parcial negativa
– O momento de dipolo de uma molécula pode ser medido experimentalmente
• É o produto das magnitudes das cargas (em unidades eletrostáticas: esu) e a distância entre as cargas (em cm)
• A unidade de medida é um Debye (D) que é equivalente a 1x10-18 esu cm
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• Molecular Dipole• In diatomic molecules a dipole exists if the two atoms are
of different electronegativity• In more complicated molecules the molecular dipole is
the sum of the bond dipoles• Some molecules with very polar bonds will have no net
molecular dipole because the bond dipoles cancel out– The center of positive charge and negative charge
coincide in these molecules
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Molecular Dipole Moments
• Depend on bond polarity and bond angles. • Vector sum of the bond dipole moments.• Lone pairs of electrons contribute to the
dipole moment.
=>
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• Functional Groups• Functional group families are characterized by
the presence of a certain arrangement of atoms called a functional group
• A functional group is the site of most chemical reactivity of a molecule
– The functional group is responsible for many of the physical properties of a molecule
• Alkanes do not have a functional groups– Carbon-carbon single bonds and carbon-hydrogen
bonds are generally very unreactive
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– Alkyl Groups and the Symbol R• Alkyl groups are obtained by removing a hydrogen from an alkane• Often more than one alkyl group can be obtained from an alkane by
removal of different kinds of hydrogens
• R is the symbol to represent a generic alkyl groups– The general formula for an alkane can be abbreviated R-H
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• A benzene ring with a hydrogen removed is called a phenyl and can be represented in various ways
• Toluene (methylbenzene) with its methyl hydrogen removed is called a benzyl group
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– Alkyl Halides• In alkyl halides, halogen (F, Cl, Br, I) replaces the hydrogen of
an alkane• They are classified based on the carbon the halogen is
attached to– If the carbon is attached to one other carbon that carbon is
primary (1o) and the alkyl halide is also 1o
– If the carbon is attached to two other carbons, that carbon is secondary (2o) and the alkyl halide is 2o
– If the carbon is attached to three other carbons, the carbon is tertiary (3o) and the alkyl halide is 3o
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– Alcohols• In alcohols the hydrogen of the alkane is replaced by the
hydroxyl (-OH) group– An alcohol can be viewed as either a hydroxyl derivative of
an alkane or an alkyl derivative of water
• Alcohols are also classified according to the carbon the hydroxyl is directly attached to
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– Ethers• Ethers have the general formula R-O-R or R-O-R’ where R’ is
different from R– These can be considered organic derivatives of water in
which both hydrogens are replaced by organic groups – The bond angle at oxygen is close to the tetrahedral angle
– Amines• Amines are organic derivatives of ammonia
– They are classified according to how many alkyl groups replace the hydrogens of ammonia
– This is a different classification scheme than that used in alcohols
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– Aldehydes and Ketones• Both contain the carbonyl group
• Aldehydes have at least one carbon attached to the carbonyl group
• Ketones have two organic groups attached to the carbonyl group
• The carbonyl carbon is sp2 hybridized – It is trigonal planar and has bond angle about 120o
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– Carboxylic Acids, Esters and Amides• All these groups contain a carbonyl group bonded to an oxygen
or nitrogen• Carboxylic Acids
– Contain the carboxyl (carbonyl + hydroxyl) group
• Esters– A carbonyl group is bonded to an alkoxyl (OR’) group
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• Amide– A carbonyl group is bonded to a nitrogen derived from ammonia
or an amine
– Nitriles• An alkyl group is attached to a carbon triply bonded to a nitrogen
– This functional group is called a cyano group
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Summary of Important Families of Organic Compounds
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• Summary (cont.)
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Nucleophile: an electron-rich atom or molecule that shares electrons with electrophiles
Examples of Nucleophiles
A nucleophile
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Nucleophiles are attracted to electron-deficient atoms or molecules (electrophiles)
Examples of Electrophiles
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Electrophilic Addition of HBr to AlkeneIntrodução à Síntese Orgânica 20/08/2010
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Setas curvas para representar mecanismos de reação
Movimento de um par de elétrons
Movimento de um elétron
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Utilização de setas curvasIntrodução à Síntese Orgânica 20/08/2010
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Regras para o uso de setas curvasIntrodução à Síntese Orgânica 20/08/2010
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Um Diagrama de Coordenada de Reação
Os estados de transição tem ligações parcialmente formadas
Os intermediários tem ligações completamente formadas
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Para mais informações:
Correia, C. R. D.; Costa, P. R. R.; Ferreira, V. F. Quim. Nova, 2002, Vol. 25, Supl. 1, 82-89,.
Corey, E. J. Pure & Appl. Chemistry 1967, 14, 19.
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