7.9 Descarboxilação

Observe uma vez mais que o produto é um β-cetoéster. Esta reação tem seu próprio nome (condensação de Dieckmann). Porém, na realidade, ela é apenas uma condensação de Claisen intramolecular. Portanto, as etapas deste mecanismo são idênticas às etapas de uma condensação de Claisen normal. Proponha um mecanismo para a condensação de Dieckmann. Tente fazê-lo sem consultar seu trabalho anterior. Você vai precisar de uma folha separada para escrever sua resposta.

 

7.9 DESCARBOXILAÇÃO

 

Na seção anterior aprendemos como utilizar uma condensação de Claisen para preparar um β-cetoéster:

 

Vejamos agora o que podemos fazer com os β-cetoésteres. Há algumas técnicas sintéticas muito úteis que começam com os β-cetoésteres. Para ver como elas funcionam, precisaremos nos lembrar de uma reação que vimos no capítulo anterior. Quando exploramos a química dos derivados de ácidos carboxílicos, vimos que os ésteres podem ser hidrolisados para dar ácidos carboxílicos. Podemos utilizar exatamente o mesmo processo para hidrolisar um β-cetoéster, como é visto a seguir:

E o produto é um β-cetoácido, que sofrerá uma reação singular quando aquecido. Especificamente, o grupo carboxílico é completamente expulso:

 

Chamamos este processo de descarboxilação. Esta reação é a base das técnicas sintéticas que aprenderemos nesta seção, então, vamos nos certificar que entendemos como ocorre uma descarboxilação. O processo começa com uma reação pericíclica que libera o CO2 na forma de gás:

 

Reações pericíclicas são caracterizadas por um anel de elétrons se movendo em torno de um círculo. Há muitos tipos de reações pericíclicas (a reação de Diels-Alder, que você provavelmente já investigou no volume 1 deste livro, é um tipo de reação pericíclica). As reações pericíclicas na verdade merecem seu próprio capítulo e, infelizmente, muitos livros-texto não dedicam um capítulo inteiro a elas (ficam espalhadas em vários capítulos). Talvez seu professor vá gastar algum tempo com reações pericíclicas. Não vamos cobri-las agora, pois temos que continuar com o tópico em questão.

Na reação anterior, é liberado CO gasoso (que é como o grupo 2

carboxílico é expulso), gerando um enol. E sabemos que os enóis tautomerizam rapidamente dando cetonas:

Assim, quando um β-cetoácido é aquecido, o grupo carboxílico é expulso e terminamos com uma cetona.

Agora considere o que acabamos de fazer. Usamos um β-cetoéster (o

produto de uma condensação de Claisen) e o hidrolisamos produzindo um β-cetoácido. Em seguida, aquecemos este composto e expulsamos o grupo carboxila:

 

Ao final, o produto é uma cetona. Para ver por que isto é tão útil, precisamos adicionar mais uma etapa ao início do processo global. Imagine que primeiramente alquilemos o β-cetoéster:

 

Já vimos este tipo de reação antes (Seção 7.5). Trata-se de uma alquilação. Precisamos de íon alcóxido para produzir um enolato duplamente estabilizado, que, então, ataca o haleto de alquila em uma reação S N2. Se, então, continuarmos com o restante da estratégia (hidrólise, seguida de descarboxilação), é obtido o produto visto a seguir:

 

Examine atentamente o produto. Este composto é um derivado substituído da acetona:

Isto oferece um método para produzir uma ampla variedade de derivados substituídos da acetona.

Isto é útil, porque encontraríamos um obstáculo se tentássemos alquilar

a acetona diretamente:

 

O produto desejado seria obtido juntamente com muitos outros produtos indesejados (a partir da polialquilação e a partir de reações de eliminação). Portanto, a estratégia que aprendemos fornece uma maneira limpa de produzir derivados substituídos da acetona. Porém, tenha cuidado — lembre-se de que a etapa de alquilação é um processo S N2, e, portanto, os haletos de alquila primários serão mais eficientes. Em outras palavras, você poderia utilizar esta estratégia para preparar o composto visto a seguir:

 

Porém, você não poderia utilizar esta estratégia sintética para produzir este composto:

porque ela teria exigido uma etapa de alquilação envolvendo um haleto de alquila terciário, que não pode funcionar como substrato em um processo SN2.

Para utilizar essa estratégia sintética, sempre teremos que começar com

o composto visto a seguir:

 

Este composto é chamado de acetoacetato de etila. Este composto pertence a uma classe de compostos chamada de ésteres acetoacéticos. Portanto, chamamos nossa estratégia de síntese de ésteres acetoacéticos.

Para resumir o que vimos, a síntese dos ésteres acetoacéticos tem três

etapas principais: alquilação, hidrólise e, a seguir, descarboxilação. Diga isto três vezes bem rápido.

Agora, vamos praticar um pouco o uso desta estratégia sintética.

 

EXERCÍCIO 7.65 Partindo do acetoacetato de etila, mostre como você

prepararia o composto visto a seguir:

 

Resposta Lembre-se de que a síntese do acetoacetato de etila tem as

etapas vistas a seguir: alquilação, hidrólise e, a seguir, descarboxilação.

Assim, para resolver este problema, temos que identificar o grupo alquila

que deverá ser inserido:

Logo, vamos precisar do haleto de alquila visto a seguir:

 

Agora que determinamos qual haleto de alquila utilizar, estamos prontos

para propor nossa síntese:

 

PROBLEMAS Mostre como você prepararia cada um dos compostos vistos a seguir a partir do acetoacetato de etila:

7.69 Explique por que o composto visto a seguir não pode ser produzido com uma síntese de éster acetoacético.

 

Em todos os problemas que fizemos até este ponto, nós nos concentramos na alquilação feita uma vez. Porém, é também possível alquilar duas vezes, o que daria um produto com dois grupos alquila:

 

Os grupos R nem sequer precisam ser os mesmos. Na sequência a seguir, você deve observar que são inseridos dois grupos alquila diferentes:

 

7.70 Mostre como você prepararia o composto visto a seguir a partir do acetoacetato de etila:

7.71 Mostre como você prepararia o composto visto a seguir a partir do acetoacetato de etila:

 

7.72 Proponha uma síntese para a transformação vista a seguir. (Sugestão: esta reação é semelhante à síntese dos ésteres acetoacéticos, mas estamos começando com um β-cetoéster diferente):

 

Existe outra estratégia sintética comum que utiliza os mesmos conceitos da síntese de ésteres acetoacéticos. Então, vamos nos concentrar nesta outra estratégia. Ela é chamada de síntese do éster malônico, porque o material de partida é um éster malônico (chamado de malonato de dietila):

 

Seguimos as mesmas três etapas da nossa estratégia anterior: alquilação, hidrólise e, a seguir, descarboxilação. A única diferença é que começamos com um material de partida ligeiramente diferente (o éster malônico ao invés do éster acetoacético), de modo que o nosso produto será ligeiramente diferente. Compare as estruturas do acetoacetato de etila e do malonato de dietila:

 

Observe que o malonato de dietila tem dois grupos carboxila (em oposição ao acetoacetato de etila, que tem um grupo carboxila e um grupo carbonila). Para ver como este grupo carboxila adicional afeta a estrutura dos produtos finais, vamos passar pelas três etapas: alquilação, hidrólise e, a seguir, descarboxilação.

Iniciamos com a alquilação:

 

Em seguida, hidrolisamos:

 

Observe que ambos os lados são hidrolisados.

Então, finalmente, descarboxilamos:

Apenas um dos lados sofre descarboxilação. Por quê? Lembre-se como funciona uma descarboxilação. Trata-se de uma reação pericíclica que pode ocorrer quando uma ligação C═O é α,β em relação à parte ácido carboxílico. Depois que o primeiro grupo carboxila é expulso, não há mais uma ligação C═O que seja β em relação ao grupo ácido carboxílico restante. Tente representar um mecanismo para o segundo grupo carboxílico de saída e você deverá verificar que não pode fazê-lo.

Observe que o produto agora é um ácido carboxílico substituído. Este é

o poder da síntese do éster malônico. Ela oferece um método para produzir uma ampla gama de ácidos carboxílicos substituídos:

 

Esta síntese também pode ser usada para inserir dois grupos alquila (tal como fizemos com a síntese dos ésteres acetoacéticos). Simplesmente alquilaríamos duas vezes no início do nosso procedimento:

 

Uma vez mais, o processo é mais eficiente para grupos R primários, pois a alquilação é um processo SN2.

Esta estratégia é muito útil, pois seria muito difícil alquilar diretamente

um ácido carboxílico. Se tentamos alquilar diretamente um ácido carboxílico, de imediato encontramos um obstáculo, pois não podemos formar um enolato de um ácido carboxílico:

 

Você não pode formar um enolato na presença de um próton ácido. Então, a síntese do éster malônico nos oferece um caminho que nos desvia deste obstáculo. Ele fornece um método para produzir ácidos carboxílicos substituídos. Vamos praticar um pouco:

 

EXERCÍCIO 7.73 Partindo do malonato de dietila, mostre como você

prepararia o composto visto a seguir:

 

Resposta Lembre-se de que a síntese do éster malônico tem as etapas

vistas a seguir: alquilação, hidrólise e, a seguir, descarboxilação. Dessa

forma, para resolver este problema, temos que identificar o grupo alquila

que deverá ser inserido.

 

Assim, vamos precisar do haleto de alquila visto a seguir: