Química universitária — 2.º ano · Bachelor Year 2

26Carbonilas conjugadas: Michael e Robinson

Os quatro anéis de um hormônio esteroide foram montados de início um anel de cada vez, e uma sequência de reações tornou-se a maneira padrão de acrescentar um anel: ela constrói um anel inteiro de seis membros, cetona incluída, a partir de uma cetona e de uma pequena cetona insaturada. Ela funciona porque um grupo carbonila conjugado com uma ligação dupla $\ce{C=C}$ transmite seu caráter eletrofílico à extremidade distante dessa ligação dupla. Este capítulo trata dessa extremidade distante: que nucleófilos a atacam, por quê, e o que se pode construir com ela.

O que você já sabe

Capítulo 25: enolatos, a condensação aldólica. Capítulo 17: controle de carga e controle orbital, reagentes duros e moles. Capítulo 16: orbitais de Hückel e cargas $\pi$ . O volume do 1.º ano: reagentes de Grignard e hidretos, controle cinético e termodinâmico, sistemas conjugados.

26.1 Dois sítios eletrofílicos

Definição 26.1 (Compostos carbonílicos $\alpha,\beta$ -insaturados)

Um composto carbonílico $\alpha,\beta$ -insaturado tem uma ligação dupla $\ce{C=C}$ entre os carbonos $\alpha$ e $\beta$ de um composto carbonílico, conjugada com a $\ce{C=O}$ : uma enona (cetona), um enal (aldeído), um éster ou uma nitrila insaturados. Os mais simples são o propenal $\ce{CH2=CHCHO}$ e a but-3-en-2-ona $\ce{CH2=CHCOCH3}$ (metilvinilcetona).

O propenal. Em cima: suas três estruturas de ressonância; as duas últimas põem uma carga positiva no carbono carbonílico e no carbono . Embaixo: o modelo de Hückel do (_ O = +, _ CO =; um modelo). A maior carga positiva está no carbono carbonílico (+0.33, contra +0.23 no carbono ); o maior coeficiente da LUMO está no carbono (0.66, contra -0.58). — O propenal. Em cima: suas três estruturas de ressonância; as duas últimas põem uma carga positiva no carbono carbonílico e no carbono $\beta$ . Embaixo: o modelo de Hückel do Capítulo 17 ( $\alpha_{\ce{O}} = \alpha + \beta$ , $\beta_{\ce{CO}} = \beta$ ; um modelo). A maior carga positiva está no carbono carbonílico (+0.33, contra +0.23 no carbono $\beta$ ); o maior coeficiente da LUMO está no carbono $\beta$ (0.66, contra $-0.58$ ).

Proposição 26.2 (Dois sítios)

Em um composto carbonílico $\alpha,\beta$ -insaturado, tanto o carbono carbonílico quanto o carbono $\beta$ são eletrofílicos. O carbono carbonílico leva a maior carga positiva; o carbono $\beta$ leva o maior coeficiente na LUMO.

Raciocínio. As estruturas de ressonância colocam uma carga positiva no carbono carbonílico e, através da $\ce{C=C}$ , no carbono $\beta$ ; o carbono $\alpha$ nunca é positivo. O modelo de Hückel do propenal torna isso quantitativo: somando $2c^2$ sobre os dois orbitais $\pi$ ocupados obtêm-se as cargas $\pi$ (Definição 16.6) $+0.33$ no carbono carbonílico, $+0.23$ no carbono $\beta$ , $-0.03$ no carbono $\alpha$ e $-0.53$ no oxigênio. A LUMO, o orbital que recebe os elétrons de um nucleófilo, é máxima no carbono $\beta$ . Os dois sítios respondem portanto aos dois tipos de controle da Definição 17.5. ∎

26.2 Adição 1,2 ou adição conjugada

Definição 26.3 (Modos de adição)

Um nucleófilo que se adiciona ao carbono carbonílico de um composto carbonílico $\alpha,\beta$ -insaturado dá uma adição 1,2 (contando a partir do oxigênio): um alcóxido alílico, depois um álcool. Um nucleófilo que se adiciona ao carbono $\beta$ dá uma adição conjugada (ou adição 1,4): um enolato, que é protonado no carbono, dando um composto carbonílico saturado substituído no carbono $\beta$ .

A ciclo-hex-2-en-1-ona com dois nucleófilos metila. O metil-lítio, um nucleófilo duro, se adiciona ao carbono carbonílico: 1-metilciclo-hex-2-en-1-ol (adição 1,2). O dimetilcuprato de lítio, um nucleófilo mole, se adiciona ao carbono : 3-metilciclo-hexanona (adição conjugada). — A ciclo-hex-2-en-1-ona com dois nucleófilos metila. O metil-lítio, um nucleófilo duro, se adiciona ao carbono carbonílico: 1-metilciclo-hex-2-en-1-ol (adição 1,2). O dimetilcuprato de lítio, um nucleófilo mole, se adiciona ao carbono $\beta$ : 3-metilciclo-hexanona (adição conjugada).

Proposição 26.4 (Que sítio)

Os nucleófilos duros (organolítios, a maioria dos reagentes de Grignard, $\ce{LiAlH4}$ ) se adicionam sobretudo em 1,2, sob controle de carga, em geral de modo irreversível. Os nucleófilos moles (organocupratos, enolatos estabilizados, tiolatos, aminas) se adicionam sobretudo em 1,4, sob controle orbital; o aduto conjugado, que conserva a ligação $\ce{C=O}$ , é também o produto mais estável.

Raciocínio. Um nucleófilo duro, pequeno e carregado, interage sobretudo por meio das cargas: ele vai ao centro mais positivo, o carbono carbonílico (Proposição 26.2); sua adição é rápida e não se reverte, de modo que o produto 1,2, formado mais depressa, permanece (controle cinético). Um nucleófilo mole, grande e polarizável, com uma HOMO alta, interage sobretudo por meio dos orbitais de fronteira: ele vai aonde a LUMO é máxima, o carbono $\beta$ . O produto 1,4 conserva uma ligação $\pi$ $\ce{C=O}$ , mais forte que a ligação $\pi$ $\ce{C=C}$ conservada pelo produto 1,2; quando as adições são reversíveis (cianeto, aminas, enolatos estabilizados, alcóxidos), o equilíbrio deriva portanto para o aduto conjugado, mesmo quando o aduto 1,2 se formou primeiro (controle termodinâmico). ∎

Método 26.5 (Prever o modo de adição)

Classifique o nucleófilo: duro ( $\ce{RLi}$ , $\ce{RMgX}$ , $\ce{LiAlH4}$ , $\ce{NaBH4}$ com um aldeído) ou mole ( $\ce{R2CuLi}$ , um enolato 1,3-dicarbonílico, $\ce{RS-}$ , $\ce{R2NH}$ , cianeto no equilíbrio).
Verifique a reversibilidade: uma adição dura irreversível dá o produto 1,2; uma reversível dá, com o tempo, o produto 1,4.
Verifique o impedimento: um carbono $\beta$ substituído retarda a adição 1,4; um aldeído, menos impedido e mais reativo em sua carbonila que uma cetona, favorece 1,2.
Escreva o enolato formado pela adição 1,4: ele pode ser protonado, ou capturado por um eletrófilo.

26.3 As adições de Michael

Definição 26.6 (Adição de Michael)

Uma adição de Michael é a adição conjugada de um carbânion estabilizado, em geral um enolato, a um composto carbonílico $\alpha,\beta$ -insaturado ou a um alceno pobre em elétrons semelhante. O nucleófilo é o doador de Michael (um composto 1,3-dicarbonílico, um nitroalcano, um cianoéster); o composto insaturado é o aceptor de Michael (uma enona, um enal, um éster, uma nitrila ou um composto nitro insaturados).

A adição de Michael do propanodioato de dietila à but-3-en-2-ona. O etóxido forma o enolato estabilizado; este se adiciona ao carbono ; o enolato formado toma um próton do etanol, o que regenera o etóxido. O produto, o (3-oxobutil)propanodioato de dietila, é um composto 1,5-dicarbonílico. — A adição de Michael do propanodioato de dietila à but-3-en-2-ona. O etóxido forma o enolato estabilizado; este se adiciona ao carbono $\beta$ ; o enolato formado toma um próton do etanol, o que regenera o etóxido. O produto, o (3-oxobutil)propanodioato de dietila, é um composto 1,5-dicarbonílico.

Proposição 26.7 (Mecanismo de Michael)

Uma adição de Michael ocorre em três etapas (desprotonação do doador, adição conjugada, protonação do novo enolato), e a base é regenerada na última etapa: uma quantidade catalítica basta.

Raciocínio. O hidrogênio $\alpha$ do doador, entre duas carbonilas, é ácido: $\mathrm pK_a$ cerca de 13 para o propanodioato de dietila, 10.7 para o 3-oxobutanoato de etila. O etóxido (etanol, 15.9) o retira em grande parte, o que é mais que suficiente. O enolato estabilizado, mole, se adiciona em 1,4 (Proposição 26.4). O enolato formado é uma base mais forte que o enolato do doador (ele é estabilizado por uma carbonila, não duas), de modo que toma um próton do solvente, devolvendo um etóxido para o que foi consumido. A reação global forma uma ligação $\sigma$ $\ce{C-C}$ a partir de uma ligação $\pi$ $\ce{C=C}$ : ela é favorável, e com um doador estabilizado o aduto não se reverte. ∎

Um aduto de Michael com uma cetona do lado do doador e outra do lado do aceptor é um composto 1,5-dicarbonílico: as duas carbonilas estão a cinco carbonos uma da outra, contando os dois carbonos carbonílicos. Esse padrão é a assinatura de uma adição de Michael, como a carbonila $\beta$ -hidroxilada era a da aldólica (Método 25.13).

26.4 Os organocupratos

Definição 26.8 (Organocupratos)

Um organocuprato $\ce{R2CuLi}$ é um composto de cobre(I) que leva dois grupos orgânicos, preparado a partir de dois equivalentes de um organolítio e um de um haleto de cobre(I):

\ce{2 CH3Li + CuI -> (CH3)2CuLi + LiI}.

Os organocupratos (também chamados reagentes de Gilman) são preparados e usados em éter a baixa temperatura sob gás inerte, como seus parentes organolítios. O cobre é menos eletropositivo que o lítio ou o magnésio, de modo que a ligação $\ce{Cu-C}$ é mais covalente e o carbono menos carregado: o grupo metila de um cuprato é um nucleófilo mole. Daí três usos.

Adição conjugada de um grupo alquila ou arila a uma enona, o que os reagentes de Grignard e os organolítios não fazem de modo limpo; só um dos dois grupos $\ce{R}$ é transferido.
Captura: o enolato formado pela adição conjugada pode ser alquilado em seu carbono $\alpha$ , de modo que duas novas ligações $\ce{C-C}$ são criadas em uma só operação.
Substituição de haletos: $\mathrm{R_2CuLi + R'Br \to R{-}R' + RCu + LiBr}$ , um acoplamento que um organolítio estragaria por eliminação ou troca.

26.5 A anelação de Robinson

Definição 26.9 (Anelação)

Uma anelação constrói um novo anel sobre uma molécula existente. A anelação de Robinson constrói uma ciclo-hex-2-en-1-ona: uma adição de Michael do enolato de uma cetona a uma cetona $\alpha,\beta$ -insaturada (tipicamente a but-3-en-2-ona), seguida de uma condensação aldólica intramolecular da 1,5-dicetona formada.

A anelação de Robinson que fornece a cetona de Wieland–Miescher. O enolato da 2-metilciclo-hexano-1,3-diona se adiciona à but-3-en-2-ona (Michael): uma tricetona. O enolato da metilcetona da cadeia lateral ataca uma carbonila do anel (aldólica intramolecular), fechando um anel de seis membros; a desidratação dá a enona conjugada. O grupo metila angular fica no carbono comum aos dois anéis, o único estereocentro.

Proposição 26.10 (Anelação de Robinson)

Uma cetona com um hidrogênio $\alpha$ e a but-3-en-2-ona, em meio básico, dão uma ciclo-hex-2-en-1-ona em três etapas: adição de Michael, adição aldólica intramolecular formando um anel de seis membros, e desidratação. O novo anel contém o antigo carbono $\alpha$ da cetona e seu carbono carbonílico, e os quatro carbonos da but-3-en-2-ona.

Demonstração. Siga os átomos na figura. O carbono do enolato da cetona (chamemo-lo C $_a$ ) se liga ao carbono $\beta$ da but-3-en-2-ona: a cadeia C $_a$ – $\ce{CH2}$ – $\ce{CH2}$ – $\ce{C(=O)}$ – $\ce{CH3}$ fica pendurada em C $_a$ , e C $_a$ continua ligado ao carbono carbonílico C $_k$ da cetona. Em meio básico, a metilcetona da cadeia forma seu enolato no $\ce{CH3}$ terminal, que ataca C $_k$ . O anel fechado conta C $_k$ , C $_a$ , os dois $\ce{CH2}$ , o carbono carbonílico da cadeia lateral e o antigo carbono metílico: seis átomos, o tamanho de anel sem tensão, e é por isso que esse enolato, entre os possíveis, leva a um produto estável (um ataque pelo enolato do $\ce{CH2}$ interno da cadeia fecharia um anel de quatro membros). O aldol tem seu $\ce{OH}$ em C $_k$ , em $\beta$ da carbonila da cadeia; a desidratação coloca a $\ce{C=C}$ entre C $_k$ e o antigo carbono metílico, conjugada com a carbonila: uma ciclo-hex-2-en-1-ona. ∎

Método 26.11 (Desconectar uma ciclo-hexenona)

Encontre uma ciclo-hex-2-en-1-ona no alvo; numere seu carbono carbonílico C1, a ligação dupla C2=C3, e o anel até C6.
Desfaça a desidratação: um $\ce{OH}$ em C3, uma $\ce{C-H}$ em C2.
Desfaça a aldólica: corte C2–C3. C3 torna-se uma carbonila de cetona, C2 o grupo metila de uma metilcetona: uma 1,5-dicetona.
Desfaça a adição de Michael: corte a ligação entre C4 (o carbono $\alpha$ da cetona em C3) e C5. O doador é essa cetona; o aceptor é a enona C5=C6–C1(=O)–C2, que é a but-3-en-2-ona quando C5, C6 e C2 só levam hidrogênios.

História — A anelação, 1935

Robert Robinson e William Rapson publicaram a sequência de formação de anel em 1935, em trabalhos voltados para a síntese dos esteroides. As principais realizações de Robinson foram as estruturas e sínteses de alcaloides, pelas quais ele recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1947. Em 1950, Peter Wieland e Karl Miescher prepararam a dicetona bicíclica do problema deste capítulo, que se tornou um ponto de partida comum para sínteses de esteroides e terpenos. (Retrato: autor desconhecido, domínio público; Wikimedia Commons.)

Segurança

A but-3-en-2-ona é inflamável, muito tóxica, corrosiva e perigosa para o meio aquático, além de ser um lacrimogêneo poderoso; ela só é manuseada na capela. A ciclo-hex-2-en-1-ona é inflamável e tóxica. Os organolítios, os reagentes de Grignard e os cupratos reagem violentamente com a água e são manuseados sob gás inerte.

26.6 Exercícios

Exercício 26.1 ★

Preveja adição 1,2 ou 1,4 à ciclo-hex-2-en-1-ona para: $\ce{CH3MgBr}$ ; $\ce{(CH3)2CuLi}$ ; $\ce{C6H5SH}$ com um pouco de base; $\ce{LiAlH4}$ .

Solução

Solução de Exercício 26.1.

$\ce{CH3MgBr}$ : sobretudo 1,2 (duro, irreversível), 1-metilciclo-hex-2-en-1-ol.
$\ce{(CH3)2CuLi}$ : 1,4, 3-metilciclo-hexanona.
Tiofenol com base: 1,4 (o tiolato é mole), 3-(fenilsulfanil)ciclo-hexanona.
$\ce{LiAlH4}$ : 1,2, ciclo-hex-2-en-1-ol.

Exercício 26.2 ★

Classifique como doador ou aceptor de Michael: pentano-2,4-diona, propenonitrila $\ce{CH2=CHCN}$ , nitrometano, propenoato de metila, propanodioato de dietila, but-3-en-2-ona.

Solução

Solução de Exercício 26.2.

Doadores: pentano-2,4-diona, nitrometano, propanodioato de dietila ( $\ce{C-H}$ ácida). Aceptores: propenonitrila, propenoato de metila, but-3-en-2-ona ( $\ce{C=C}$ conjugada com um grupo aceptor).

Exercício 26.3 ★

Escreva a preparação do dibutilcuprato de lítio a partir do 1-bromobutano, do lítio e do iodeto de cobre(I).

Solução

Solução de Exercício 26.3.

$\ce{C4H9Br + 2Li -> C4H9Li + LiBr}$ , depois $\ce{2C4H9Li + CuI -> (C4H9)2CuLi + LiI}$ , em éter a baixa temperatura sob gás inerte.

Exercício 26.4 ★

Dê o produto do propanodioato de dietila com a but-3-en-2-ona e uma quantidade catalítica de etóxido de sódio, e depois o produto após hidrólise e aquecimento.

Solução

Solução de Exercício 26.4.

(3-oxobutil)propanodioato de dietila, $\ce{(EtOOC)2CHCH2CH2COCH3}$ . A hidrólise dá o ácido propanodioico substituído, que perde $\ce{CO2}$ sob aquecimento (Proposição 25.8): ácido 5-oxo-hexanoico, $\ce{HOOCCH2CH2CH2COCH3}$ .

Exercício 26.5 ★★

Proponha uma preparação da 3-metilciclo-hexanona a partir da ciclo-hex-2-en-1-ona, e explique por que o brometo de metilmagnésio seria uma má escolha.

Solução

Solução de Exercício 26.5.

Dimetilcuprato de lítio em éter a baixa temperatura, depois tratamento aquoso: adição conjugada. O brometo de metilmagnésio, mais duro, se adiciona sobretudo em 1,2 e dá o 1-metilciclo-hex-2-en-1-ol como produto principal.

Exercício 26.6 ★★

O etanotiol se adiciona à but-3-en-2-ona com um traço de trietilamina. Escreva o mecanismo e diga por que o tiolato se adiciona em 1,4.

Solução

Solução de Exercício 26.6.

A $\ce{Et3N}$ retira um pouco de $\ce{EtSH}$ , dando $\ce{EtS-}$ ; o tiolato se adiciona ao carbono $\beta$ , o enolato formado toma o próton de outro $\ce{EtSH}$ , o que regenera $\ce{EtS-}$ . Produto: 4-(etilsulfanil)butan-2-ona. O enxofre é grande e polarizável, seu par não ligante alto em energia: um nucleófilo mole, sob controle orbital, que portanto ataca onde a LUMO é máxima; e a adição é reversível, o que também favorece o aduto 1,4, mais estável.

Exercício 26.7 ★★

O cianeto com a ciclo-hex-2-en-1-ona dá, a baixa temperatura e em tempos curtos, a cianoidrina; a temperatura mais alta e em tempos mais longos, a 3-oxociclo-hexano-1-carbonitrila. Explique pelo controle cinético e termodinâmico.

Solução

Solução de Exercício 26.7.

O cianeto ataca mais depressa o carbono carbonílico, mais positivo: a cianoidrina é o produto cinético. Sua formação é reversível; a temperatura mais alta, com tempo, o cianeto é liberado e se adiciona de novo no carbono $\beta$ , dando o aduto que conserva a ligação $\pi$ $\ce{C=O}$ , mais forte: o produto termodinâmico.

Exercício 26.8 ★★

Dê o produto da anelação de Robinson da 2-metilciclo-hexano-1,3-diona com a but-3-en-2-ona, depois o da ciclo-hexanona com a but-3-en-2-ona.

Solução

Solução de Exercício 26.8.

Com a 2-metilciclo-hexano-1,3-diona: a cetona de Wieland–Miescher (figura da anelação de Robinson). Com a ciclo-hexanona: 4,4a,5,6,7,8-hexa-hidronaftalen-2(3H)-ona, uma enona bicíclica cuja $\ce{C=C}$ termina em um carbono de fusão, sem grupo metila angular.

Exercício 26.9 ★★

Desconecte a heptano-2,6-diona em um doador e um aceptor de Michael, e proponha condições.

Solução

Solução de Exercício 26.9.

$\ce{CH3COCH2CH2CH2COCH3}$ : C2 e C6 são as carbonilas, cinco carbonos de C2 a C6 contados inclusive, uma 1,5-dicetona. Corte C3–C4: doador, o enolato da propanona em C3 (melhor, o 3-oxobutanoato de etila, cujo éster é removido depois por hidrólise e descarboxilação); aceptor, a but-3-en-2-ona. Condições: 3-oxobutanoato de etila, but-3-en-2-ona, etóxido de sódio catalítico em etanol; depois ácido aquoso e aquecimento.

Exercício 26.10 ★★★

Uma adição aldólica simples se reverte facilmente em meio básico; o aduto de Michael do propanodioato de dietila e da but-3-en-2-ona, não. Explique pelas ligações formadas e rompidas e pela acidez do produto.

Solução

Solução de Exercício 26.10.

A aldólica cria uma ligação $\ce{C-C}$ mas transforma uma ligação $\pi$ $\ce{C=O}$ em uma ligação $\sigma$ $\ce{C-O}$ ; o saldo é pequeno e duas moléculas tornam-se uma, de modo que $K$ é modesta e a retroaldólica é fácil. A adição de Michael cria uma ligação $\ce{C-C}$ à custa de uma ligação $\pi$ $\ce{C=C}$ , mais fraca, e conserva as duas $\ce{C=O}$ : ela é claramente favorável. A reação inversa exigiria que o enolato da cetona expulsasse o ânion propanodioato estabilizado; o equilíbrio fica tão do lado do aduto que, com base catalítica, o aduto persiste.

Exercício 26.11 ★★★

O propanodioato de dietila com dois equivalentes de propenoato de metila e uma base catalítica dá um produto sem nenhuma $\ce{C-H}$ restante entre seus dois grupos éster. Desenhe-o e explique.

Solução

Solução de Exercício 26.11.

$\ce{C(COOEt)2(CH2CH2COOCH3)2}$ . Após a primeira adição de Michael, o carbono central ainda tem um hidrogênio entre dois ésteres, tão ácido quanto antes: a base o retira e segue-se uma segunda adição.

Exercício 26.12 ★★★

A 2-metilciclo-hexanona e a but-3-en-2-ona, em uma anelação de Robinson, podem reagir por qualquer um dos dois enolatos. Desenhe os dois produtos e diga que condições favorecem aquele que tem o grupo metila no carbono de fusão dos anéis.

Solução

Solução de Exercício 26.12.

Pelo enolato mais substituído (do lado do carbono que leva a metila): a octalona com o grupo metila no carbono de fusão, 4a-metil-4,4a,5,6,7,8-hexa-hidronaftalen-2(3H)-ona. Pelo enolato menos substituído (do lado $\ce{CH2}$ ): o grupo metila termina em um carbono do anel vizinho da fusão. O primeiro é favorecido em condições de equilíbrio (um alcóxido em seu álcool, ou a via da enamina com uma amina secundária e um ácido), que dão o enolato termodinâmico, mais substituído (Proposição 25.6).

26.7 Problema: A cetona de Wieland–Miescher

Problema 26.1

Problema de fim de semana — o doador ácido, o aduto de Michael, a aldólica intramolecular e sua desidratação, o estereocentro e o balanço de massa de uma preparação

Preparação (dados do exercício): $10.0\,\mathrm{g}$ de 2-metilciclo-hexano-1,3-diona reagem com um leve excesso de but-3-en-2-ona e uma base catalítica (adição de Michael); a tricetona é depois ciclizada com uma amina secundária e um ácido (aldólica, desidratação). Rendimento global: 70 %. A ciclo-hexano-1,3-diona de referência tem $\mathrm pK_a = 5.3$ em água. Massas molares ( $\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ): C 12.011, H 1.008, O 15.999.

Parte I — O doador.

Desenhe a 2-metilciclo-hexano-1,3-diona e marque seu hidrogênio mais ácido.
Por que esse hidrogênio é tão mais ácido que os hidrogênios $\alpha$ da ciclo-hexanona?
Desenhe as três estruturas de ressonância de seu enolato.
O hidróxido ou o etóxido são fortes o bastante para formar completamente esse enolato? Use o $\mathrm pK_a$ .
Escreva o enol da diona que envolve C2, e diga por que o grupo metila em C2 não o impede.
Esse enolato é duro ou mole? Que sítio da but-3-en-2-ona ele vai atacar?

Parte II — O aduto de Michael.

Escreva a adição de Michael e dê o nome da tricetona formada.
Por que basta uma quantidade catalítica de base?
Por que a nova ligação se forma em C2 da diona e não em seu oxigênio?
Quantos carbonos quaternários a tricetona tem?
Identifique a relação 1,5-dicarbonílica na tricetona.
Por que se usa um leve excesso de but-3-en-2-ona, e por que apenas leve?

Parte III — O fechamento do anel.

Liste os carbonos da tricetona que levam hidrogênios $\alpha$ .
Que enolato, atacando que carbonila, fecha um anel de seis membros?
Que outros fechamentos de anel poderiam ser tentados, e por que eles não dão o produto?
Escreva o aldol formado e a desidratação que se segue.
Por que a desidratação é fácil?
Dê os grupos funcionais da cetona de Wieland–Miescher.

Parte IV — Estereoquímica e balanço de massa.

Que carbono do produto é um estereocentro?
O produto desta preparação é opticamente ativo? Explique.
Calcule as massas molares da diona, da but-3-en-2-ona e do produto $\ce{C11H14O2}$ .
Escreva a equação global e verifique-a com as fórmulas.
Calcule a quantidade de diona usada.
Dê a massa de cetona de Wieland–Miescher obtida com 70 % de rendimento global.

Solução

Solução de Problema 26.1.

1. Um anel de ciclo-hexano com $\ce{C=O}$ em C1 e C3 e um grupo metila em C2; o hidrogênio em C2 é o mais ácido. 2. Sua remoção dá um ânion cuja carga é deslocalizada sobre C2 e os dois oxigênios; na ciclo-hexanona, um só oxigênio a compartilha, e a acidez é fraca demais para ser medida em água. 3. Carga em C2; $\ce{C1=C2}$ com $\ce{O^-}$ em C1; $\ce{C2=C3}$ com $\ce{O^-}$ em C3. 4. Sim: com o hidróxido, $K = 10^{14.0 - 5.3} = 10^{8.7}$ (a água como ácido conjugado, a partir de $K_e$ ); com o etóxido, $10^{15.9-5.3} = 10^{10.6}$ . Ambos são completos.

5. $\ce{C1(OH)=C2(CH3)}$ : C2 ainda leva um hidrogênio, que é tudo de que um enol precisa; o grupo metila apenas substitui o segundo. 6. Mole: a carga está espalhada sobre três átomos e o ânion é estabilizado. Ele ataca o carbono $\beta$ (Proposição 26.4). 7. O C2 do enolato se liga à extremidade $\ce{CH2}$ da but-3-en-2-ona; o enolato formado toma um próton: 2-metil-2-(3-oxobutil)ciclo-hexano-1,3-diona. 8. Cada novo enolato toma um próton de uma molécula de diona (ou do solvente) e assim regenera o enolato doador: a base não é consumida. 9. O enolato é ambidentado; com um eletrófilo carbonado mole, sob controle orbital, ele reage pelo carbono, e o aduto $\ce{C-C}$ conserva duas ligações $\ce{C=O}$ , a combinação mais forte; um aduto em $\ce{O}$ , se formado, se reverteria. 10. Um: C2, ligado a C1, C3, à metila e à cadeia. 11. O carbono carbonílico da cadeia e a carbonila do anel C1 (ou C3): $\ce{C(=O)}$ – $\ce{CH2}$ – $\ce{CH2}$ –C2–C1, cinco carbonos contados inclusive. 12. Para consumir toda a diona, o reagente mais valioso; apenas leve, porque a but-3-en-2-ona é muito tóxica e polimeriza. 13. C4 e C6 do anel (vizinhos de C3 e C1), o $\ce{CH2}$ da cadeia vizinho de sua carbonila, e o $\ce{CH3}$ terminal da cadeia. C2 não tem nenhum. 14. O enolato do $\ce{CH3}$ terminal ataca uma carbonila do anel: o anel fechado conta esse carbono, o carbono carbonílico da cadeia, dois $\ce{CH2}$ , C2 e o carbono carbonílico atacado: seis átomos. 15. O enolato do $\ce{CH2}$ interno da cadeia fecharia um anel de quatro membros, tensionado. Um enolato do anel (C4 ou C6) atacando a carbonila da cadeia também fecha um anel de seis membros, mas em ponte: esse aldol não pode desidratar (a ligação dupla ficaria em uma cabeça de ponte de um pequeno sistema bicíclico) e se reverte, enquanto o aldol fundido é drenado pela desidratação. 16. O aldol leva $\ce{OH}$ no antigo carbono carbonílico do anel, agora na fusão dos anéis; a perda de água com um hidrogênio do antigo carbono $\ce{CH3}$ (agora em $\alpha$ da cetona da cadeia) dá a $\ce{C=C}$ conjugada com essa cetona. 17. A nova ligação dupla é conjugada com a carbonila: uma eliminação E1cB passando pelo enolato, favorecida pelo aquecimento (Proposição 25.11). 18. Uma cetona saturada e uma cetona $\alpha,\beta$ -insaturada (uma ciclo-hexenona). 19. O carbono de fusão que leva o grupo metila: quatro substituintes diferentes. 20. Não: a diona é aquiral, e suas duas carbonilas são atacadas igualmente (são imagens especulares uma da outra em relação à cadeia); com reagentes aquirais o produto é racêmico. Catalisadores aminados quirais favorecem uma carbonila e dão um enantiômero em excesso (volume do 3.º ano). 21. Diona $\ce{C7H10O2}$ : $126.155\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $\ce{C4H6O}$ : $70.091\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $\ce{C11H14O2}$ : $178.231\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ . 22. $\ce{C7H10O2 + C4H6O -> C11H14O2 + H2O}$ : C 11, H 16, O 3 de cada lado. 23. $10.0/126.155 = 0.079\,27\,\mathrm{mol} = 79.3\,\mathrm{mmol}$ . 24. $0.07927 \times 178.231 \times 0.70 = \boldsymbol{\approx 9.89\,\mathrm{g}}$ de cetona de Wieland–Miescher.

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