13.13 Estratégias de Síntese

Esse processo envolve duas etapas. Na primeira etapa, a ubiquinona é

reduzida a uma hidroquinona. Na segunda etapa, a hidroquinona é oxidada

para regenerar a ubiquinona. Dessa forma, a ubiquinona não é consumida

no processo. Ela é um catalisador para a conversão de oxigênio molecular

em água, uma etapa crítica na quebra das moléculas de alimento para liberar

a energia armazenada em suas ligações químicas. O bioquímico britânico

Peter Mitchell foi agraciado com o Prêmio Nobel de 1978 em Química pela

descoberta do papel que desempenham as ubiquinonas na produção de

energia (síntese de ATP).

 

13.13 Estratégias de Síntese

 

Lembre-se do Capítulo 12, com duas questões a considerar ao propor uma

síntese:

1. Uma mudança na cadeia carbônica

2. Uma alteração no grupo funcional Neste capítulo, aprendemos diversas ferramentas valiosas para lidar com

essas duas questões. Vamos nos concentrar em uma de cada vez.

 

Interconversão de Grupos Funcionais

No Capítulo 12, vimos como interconverter ligações triplas, ligações duplas

e ligações simples (Figura 13.9).

 

FIGURA 13.9

Um mapa mostrando as reações que permitem a interconversão entre os alcanos, alquenos e alquinos.

 

Neste capítulo, aprendemos a interconverter entre cetonas e álcoois

secundários. Este nível de controle será muito importante mais tarde,

quando veremos muitas reações envolvendo substâncias contendo grupos

carbonílicos.

 

Os álcoois primários e os aldeídos podem também ser interconvertidos.

O PCC é usado no lugar do ácido crômico para converter um álcool em um

aldeído.

Vamos agora combinar algumas reações importantes que temos visto nos

capítulos anteriores em um mapa que vai nos ajudar a organizar grupos de

reações que interconvertem grupos funcionais. Vamos nos concentrar em

seis grupos funcionais destacados na Figura 13.10. Esses seis grupos

funcionais foram separados em classes, com base no estado de oxidação. A

conversão de um grupo funcional a partir de uma classe para outra é uma

redução ou uma oxidação. Por exemplo, a conversão de um alcano em um

haleto de alquila é uma reação de oxidação. Em contraste, a interconversão

de grupos funcionais dentro de uma classe não é nem uma oxidação nem

uma redução. Por exemplo, a conversão de um álcool em uma haleto de

alquila não envolve uma mudança no estado de oxidação.

FIGURA 13.10

Um diagrama mostrando seis diferentes grupos funcionais e seus estados de oxidação relativos. A interconversão entre alquenos, álcoois e haletos de alquila não constitui oxidação ou redução.

 

Temos visto muitos reagentes que permitem interconverter grupos

funcionais, tanto dentro de uma classe quanto em classes diferentes

(oxidação/redução). Esses reagentes são mostrados na Figura 13.11. Vale a

pena gastar o seu tempo para estudar a Figura 13.11 com cuidado, pois ela

resume muitas das reações importantes que temos visto até agora. Observe

que cada um dos grupos funcionais pode ser convertido em quaisquer dos

outros grupos funcionais. Algumas conversões podem ser feitas em uma

etapa, tal como a conversão de um álcool em uma cetona. Outras

conversões requerem etapas múltiplas, tais como a conversão de um alcano

em uma cetona. Ter uma imagem mental clara desta figura será

extremamente útil na resolução de problemas de síntese. Vamos ver um

exemplo.

 

FIGURA 13.11

Um mapa de reações para a interconversão entre alcanos, alquenos, alquinos, haletos de alquila, álcoois, aldeídos e cetonas.

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

13.8 CONVERSÃO DE GRUPOS FUNCIONAIS

APRENDIZAGEM

Proponha uma síntese plausível para a transformação vista a seguir.

 

SOLUÇÃO

 

Neste exemplo, o reagente e o produto têm a mesma cadeia carbônica e diferem apenas na

identidade do grupo funcional. O reagente tem uma ligação dupla carbono-carbono, enquanto o

produto tem uma ligação dupla carbono-oxigênio (um grupo carbonila). É sempre preferível

realizar uma transformação com o menor número de etapas possível, de modo que primeiro nós

consideramos se há uma única etapa que vai realizar essa transformação. Como vimos na Figura

13.11, ainda não discutimos um método de uma etapa para atingir a desejada transformação.

Portanto, temos de considerar se o reagente pode ser convertido no produto utilizando uma

síntese de duas etapas. A Figura 13.11 mostra duas rotas possíveis.

A primeira rota passa através do álcool, e a segunda rota passa através de um alquino. Portanto,

existem (pelo menos) duas respostas perfeitamente aceitáveis para esse problema.

 

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

13.24 Proponha uma síntese e ciente para cada uma das transformações vistas a seguir.

 

APLICANDO

o que você aprendeu

 

13.25 Mostre através de pelo menos dois métodos diferentes a preparação de 1-metilciclo-

hexeno a partir de 1-metilciclo-hexanol.

 

13.26 Usando os reagentes de sua escolha, mostre como você iria converter álcool terc-butílico

em 2-metil-1-propanol.

é necessário PRATICAR MAIS? Tente Resolver os Problemas 13.35,13.39, 13.48,13.51

 

Formação de Ligação C—C

Neste capítulo, aprendemos uma nova maneira para formar ligações C—C,

utilizando a reação entre um reagente de Grignard e de uma cetona ou

aldeído.

 

Vimos também que um reagente de Grignard irá atacar um éster duas vezes

para formar um álcool. Nesta reação, duas novas ligações C —C foram

formadas.

 

Uma reação de Grignard realiza mais do que apenas a formação de uma

ligação C—C, mas ela também reduz o grupo carbonila a um álcool no

processo. Agora, considere as seguintes duas etapas: suponha uma reação

de Grignard com um aldeído e, em seguida, a oxidação de volta a uma

cetona.

O resultado líquido destas duas etapas é a conversão de um aldeído em uma

cetona. Isto é muito útil, porque nós ainda não vimos uma maneira de

converter aldeídos em cetonas.

 

VERIFICAÇÃO CONCEITUAL

 

13.27 Identi que os reagentes que você precisa para realizar cada uma das transformações

vistas a seguir.

 

Transformações de Grupos Funcionais e Formação de

Ligação C—C

Nesta seção final do capítulo, vamos combinar o que aprendemos nas duas

seções anteriores e trabalhar em problemas de síntese que envolvem a

interconversão de grupos funcionais e a formação da ligação C —C.

Lembre do Capítulo 12 que é muito útil para abordar um problema de

síntese e trabalhar de forma direta bem como trabalhar para trás (análise

retrossintética). Nós vamos usar todas essas ferramentas no exemplo visto a

seguir.

 

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

PROPOSTA DE UMA SÍNTESE

13.9APRENDIZAGEM

Proponha uma síntese e ciente para a transformação vista a seguir.

 

SOLUÇÃO

 

Sempre abordamos um problema de síntese, inicialmente fazendo duas perguntas.

 

1. Há uma alteração na cadeia carbônica? Sim, a cadeia carbônica aumentou de tamanho de

um átomo de carbono.

 

2. Existe uma variação nos grupos funcionais? Sim, o material de partida tem uma ligação

tripla, e o produto tem um grupo carbonila.

 

Para introduzir um átomo de carbono, precisamos usar uma reação que forma uma ligação C

—C. Até agora, aprendemos a formar uma ligação C—C por alquilação de um alquino

(Seção 10.10), e pelo uso de um reagente de Grignard para o ataque a um grupo carbonila.

Desde que a nossa matéria-prima é um alquino terminal, vamos primeiro tentar a alquilação do

alquino e ver onde isso nos leva.

Nossa primeira estratégia proposta é alquilar o alquino e então hidratar a ligação tripla.

 

É sempre crítico analisar qualquer estratégia proposta e certi car-se de que a regioquímica e a

estereoquímica de cada etapa estão corretas. Esta estratégia particular não tem nenhum

problema de estereoquímica (não existem centros de quiralidade ou alquenos

estereoisoméricos). No entanto, a regioquímica é problemática. Há uma falha séria com a

segunda etapa (a hidratação do alquino para dar uma cetona). Especi camente, não é possível

controlar o resultado regioquímico dessa reação. Essa etapa provavelmente irá produzir uma

mistura de duas possíveis cetonas (2-pentanona e 3-pentanona). Isso representa uma falha

crítica. Não podemos propor uma síntese em que não temos nenhum controle sobre a

regioquímica de uma das etapas. Todas nossas etapas devem conduzir ao produto desejado

como produto principal.

Na estratégia que falhou anteriormente, procurou-se formar a ligação C—C por meio da

alquilação de um alquino. Assim, vamos agora nos concentrar no nosso segundo método de

formação de uma ligação C—C, utilizando um reagente de Grignard para o ataque a um grupo

carbonila. Em outras palavras, as duas últimas etapas da nossa síntese poderiam ser conforme é

visto a seguir:

 

Agora estamos usando uma abordagem retrossintética para este problema, após a

abordagem direta ter provado ser infrutífera. Especi camente, reconhecemos que o produto

nal pode ser obtido a partir de um aldeído por meio de um processo de duas etapas. Agora só

precisamos fazer a ponte entre o material de partida e o aldeído, o que pode ser realizado

através da hidroboração-oxidação.

Essa estratégia proposta apresenta a regioquímica correta para cada etapa. Nossa resposta é:

 

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

13.28 Proponha uma síntese e ciente para cada uma das transformações vistas a seguir.