6.6 Amidas e Nitrilas

Resposta Estamos começando com um éster e estamos submetendo-o

a condições aquosas ácidas. Isto converterá o éster em um ácido

carboxílico e um álcool (o inverso de uma esterificação de Fischer).

Esperamos os produtos vistos a seguir:

 

PROBLEMAS Preveja os produtos de cada uma das reações vistas a seguir:

 

6.6 AMIDAS E NITRILAS

 

Dissemos anteriormente que um derivado de ácido carboxílico pode ser preparado a partir de qualquer derivado de ácido carboxílico que seja mais reativo. Vamos voltar ao nosso mapa de reatividade para ver o que isto significa em termos práticos:

 

Como as amidas são as menos reativas dos derivados de ácidos carboxílicos (mostrado no mapa anterior), podemos, portanto, produzir amidas a partir de quaisquer derivados de ácidos carboxílicos que estejam mais altos no mapa. Em outras palavras, podemos produzir amidas a partir de haletos de ácido, a partir de anidridos ou a partir de ésteres.

Anteriormente neste capítulo, vimos como produzir amidas a partir de

haletos de ácido ou de anidridos de ácido:

Porém, agora a questão é: como produzimos amidas a partir de ésteres? Os ésteres são menos reativos do que os haletos de ácido ou os anidridos de ácido. Assim, temos que usar algum tipo de artifício para levar a reação adiante. Não podemos utilizar ácido ou base (um ácido simplesmente protonaria a amina responsável pelo ataque, tornando-a inútil, e uma base causaria outras reações secundárias que aprenderemos no próximo capítulo). Em vez disso, usamos força bruta e paciência. Apenas aquecemos a reação por um longo tempo, e é observada uma reação, que pode ocorrer a partir do mecanismo visto a seguir:

 

Observe que o RO– é expulso formando novamente o grupo carbonila. Isso pode parecer estranho, porque há um grupo de saída muito melhor disponível para ser retirado:

 

Porém, isto nos traz de volta a algo que dissemos muitas vezes antes. É claro que é possível que a amina saia. De fato, isso ocorre o tempo todo. A amina ataca e, então, é expulsa. Ela ataca e, então, é expulsa novamente. Toda vez que isto acontece, não há nenhuma mudança a ser observada. Porém, vez por outra, alguma coisa a mais pode acontecer. O RO– pode ser expulso e, então, é imediatamente protonado, conforme mostra o mecanismo anterior. Podemos expulsar o RO– quando reformamos um grupo carbonila, pois o intermediário tetraédrico tem uma energia muito elevada (carga negativa em um átomo de oxigênio).

O equilíbrio deste processo favorece os produtos (amida + álcool) em

detrimento dos reagentes (éster + amina):

 

Então, este é outro método para produzir amidas (e quando utilizamos este método, é formado um álcool como um subproduto).

Até este ponto, nesta seção, vimos que podemos produzir amidas a

partir de haletos de ácido, a partir de anidridos de ácido ou a partir de ésteres. Agora que sabemos como produzir amida, exploremos algumas reações importantes das amidas. Especificamente, vamos explorar a hidrólise de amidas (em condições ácidas ou básicas). Vale a pena mencionar que muito da bioquímica é dependente de como, quando e por que as amidas sofrem hidrólise. Então, se você planeja aprender bioquímica, deverá certamente se familiarizar com a hidrólise de amidas, que pode ocorrer em condições básicas ou ácidas:

Vamos começar com as condições de catálise ácida. Esta reação realmente não é diferente das outras reações catalisadas por ácido que já vimos. Examine com atenção o mecanismo visto a seguir:

 

Observe que ele segue exatamente o mesmo padrão que vimos tantas vezes:

 

Este padrão é comum entre as reações catalisadas por ácido que vimos até este ponto deste capítulo.

Agora vamos explorar condições catalisadas por base para a hidrólise de

uma amida:

Esta transformação pode ocorrer por meio do mecanismo visto a seguir:

 

Em condições básicas, o produto é um íon carboxilato (em destaque na figura anterior), e é a razão pela qual um ácido está listado como reagente (em etapa separada):

 

Na presença de prótons ácidos, o íon carboxilato é protonado gerando o ácido carboxílico:

 

Antes de resolvermos alguns problemas, vamos examinar um último derivado de ácido carboxílico que ainda não vimos. Os compostos que contêm um grupo ciano são chamados de nitrilas:

Você pode estar imaginando por que as nitrilas são consideradas derivados de ácidos carboxílicos. Afinal de contas, uma nitrila é muito diferente dos outros derivados de ácidos carboxílicos. Para isto fazer sentido, precisamos considerar estados de oxidação. Cada um dos derivados de ácidos carboxílicos tem três ligações a átomos eletronegativos:

 

O átomo de carbono do grupo carbonila tem duas ligações com o oxigênio e também tem mais uma ligação com algum heteroátomo, Z (O, N, Cl etc.). Isto perfaz um total de três ligações aos heteroátomos. O átomo de carbono de um grupo ciano também tem três ligações a um heteroátomo. Então, as nitrilas estão no mesmo nível de oxidação dos outros derivados de ácidos carboxílicos.

As nitrilas podem ser preparadas utilizando cianeto como nucleófilo

para atacar um haleto de alquila:

 

Trata-se de um processo SN2, então, você só pode usar este método com haletos de alquila primários ou secundários (os haletos primários são muito melhores). Não utilize este método com haletos de alquila terciários. Há outras maneiras de produzir nitrilas. Alguns livros-texto tratam de outros métodos para preparar nitrilas. Você deverá pesquisar seu livro-texto (e suas anotações de aula) para ver se você precisa saber algumas outras maneiras de produzir nitrilas.

Você pode ver facilmente que as nitrilas de fato estão no mesmo nível

de oxidação que os outros derivados de ácidos carboxílicos, porque a hidratação (que não é uma reação de oxidação-redução) produz uma amida:

A hidratação pode ocorrer em condições ácidas ou em condições básicas.

 

Seja uma hidratação catalisada por ácido ou uma hidratação catalisada

por base, as etapas fundamentais são ligeiramente diferentes das etapas fundamentais dos mecanismos que vimos neste capítulo. Até aqui, os mecanismos de todas as reações tinham pelo menos duas etapas fundamentais (ataque da carbonila e, então, expulsão de um grupo de saída para formar novamente a carbonila), com todas as outras etapas sendo transferências de próton. Porém, agora, veremos um mecanismo que tem apenas uma etapa fundamental (ataque da carbonila). Quando tratamos de hidratação de nitrilas, não é necessário expulsar um grupo de saída. Podemos formar mais uma vez o grupo carbonila simplesmente com transferências de próton

 

Este é o mecanismo da hidratação de uma nitrila em condições ácidas. Observe que a segunda etapa do mecanismo mostra um nucleófilo (H 2O) atacando um grupo ciano protonado (muito semelhante à maneira pela qual um grupo carbonila protonado pode ser facilmente atacado). Todas as outras etapas do mecanismo são apenas transferências de próton. Quando você pensa desta maneira, simplifica muito o mecanismo. As muitas transferências de próton são necessárias para evitar a formação de intermediários com cargas negativas. Observe que, em condições ácidas, todos os intermediários são ou positivamente carregados ou neutros.

Agora vamos considerar a hidratação de nitrilas em condições básicas.

O mecanismo na realidade é MUITO semelhante ao mecanismo anterior. Há apenas uma etapa fundamental (ataque do grupo ciano) e todas as outras etapas são apenas transferências de próton. Porém, é aí onde temos nossa diferença entre condições ácidas e condições básicas. Por exemplo, em condições básicas, o grupo ciano não é protonado primeiro. Em lugar disso, ele é primeiramente atacado pelo hidróxido:

 

O restante do mecanismo é somente de etapas de transferências de próton. Para representar as transferências de próton adequadamente, você precisa ter o seguinte fato em mente: mantenha-se consistente com as condições. Em condições ácidas, todos os intermediários deverão ser ou positivamente carregados ou neutros. Em condições básicas, todos os intermediários deverão ser ou negativamente carregados ou neutros.

Com isto em mente, complete o exercício visto a seguir (problema 6.37)

para ver se pode representar um mecanismo plausível para a hidratação de uma nitrila em condições básicas.

 

PROBLEMA 6.37 Com base em tudo que acabamos de ver, proponha um mecanismo para a hidratação de uma nitrila em condições básicas:

Lembre-se, só existe uma etapa fundamental (ataque do grupo ciano com o hidróxido). Depois, todas as outras etapas são apenas transferências de próton. Utilize o espaço a seguir para escrever sua resposta. Quando você tiver terminado, pode olhar na parte posterior do livro (ou no seu livro-texto) para ver se respondeu corretamente.

 

 

EXERCÍCIO 6.38 Represente um mecanismo plausível para a

transformação vista a seguir:

 

Resposta Nesta reação, um éster está sendo tratado com uma amina

em condições de aquecimento. Vimos estas condições anteriormente.

Uma fonte de prótons (um ácido) não foi indicada entre os reagentes,

então, o grupo carbonila não está protonado. A primeira etapa do

mecanismo envolverá a amina atacando diretamente o grupo carbonila do

éster:

Em seguida, o grupo carbonila é formado novamente via expulsão de um

íon alcóxido (RO–) como grupo de saída:

 

Então, uma transferência de próton forma o produto:

 

PROBLEMAS Proponha um mecanismo plausível para cada uma das transformações vistas a seguir:

E agora, vamos trabalhar mais um mecanismo desafiador. Eu digo “desafiador” não porque seja difícil, mas porque você não viu este mecanismo anteriormente. Em vez disso, você deverá poder encontrar o caminho para esse mecanismo utilizando todos os conhecimentos que desenvolvemos neste capítulo.

 

PROBLEMA 6.42 Proponha um mecanismo para a reação vista a seguir:

 

EXERCÍCIO 6.43 Preveja os produtos da reação vista a seguir:

 

Resposta Não fornecemos nenhum reagente aqui (apenas condições

de aquecimento), então, vamos examinar cuidadosamente o material de

partida para ver se podemos ter uma reação intermediária. Observamos

que há dois grupos funcionais no nosso composto de partida (um éster e

uma amina). E vimos que um éster pode reagir com uma amina em