8. R. Oxidação - Prof Sidney - UFPI

Ministrante: Prof. Dr. Sidney Lima.

 Oxidação de Álcoois;
 Oxidação de Alcenos;
 Quebra da ligação C=C
 Preparação de Epóxidos;
 Abertura de Epóxidos;
 Oxidação de Aldeídos e Cetonas.
Conteúdo:
Prof. Dr. Sidney Lima - 2021

Agentes Oxidantes!
Reagentes oxidantes cada vez mais seletivos, versáteis e
brandos têm sido objeto de pesquisa, para a produção de um
grande número de novas substâncias ou intermediários de
síntese de moléculas alvo com potencial atividade
farmacológica. Os derivados de Cromo são os mais comuns!
 CrO3 / Py (Reagente de Collins)
 Na2Cr2O7; PCC; PDC
 KMnO4 (forte)
 Iodo hipervalente(V) (Dess-Martin)
 MnO2 e RuO4
 Oxidação de Swern e suas variações

Oxidação de álcoois via metais de transição
Oxidantes aquosos Oxidantes anidros
Clorocromato de piridínio (PCC)
Dicromato de piridínio (PDC)
Ácido crômico (H2CrO4)
Cromato (CrO4
2-)
Dicromato (Cr2O7
2-)
Permanganato (MnO4
-)
Cr
HO OH
O
O
Cr
O Cl
O
O
_
N
+
H
Cr
O
O
O
_
O Cr
O
O
O
_
N
+
H
N
+
H
Cr
O
O
O
_
O Cr
O
O
O
_
Cr
O
O
O
_
O
_
Mn
O
O
O
_
O

 O termo ácido crômico é
geralmente usado para uma
mistura feita pela adição de ácido
sulfúrico concentrado a um
dicromato, que pode conter uma
variedade de compostos, incluindo
trióxido de cromo sólido.

 O ácido crômico também pode
se referir às espécies
moleculares, H2CrO4, das quais
o trióxido é o anidrido.
 O ácido crômico apresenta
cromo no estado de oxidação
de +6 (ou VI). É um agente
oxidante forte e corrosivo.

 Reagente de Jones: ácido crômico em H2SO4 aquoso e acetona, que oxidará os
álcoois primário e secundário em ácidos carboxílicos e cetonas,
respectivamente, enquanto raramente afeta as ligações não saturadas.
Reagentes de Crômio:
 Cloreto de cromila, CrO2Cl2 é um composto molecular bem
definido que é gerado a partir do ácido crômico.
 O reagente Collins é um aduto de trióxido de cromo e
piridina usado para diversas oxidações.
 O PCC é gerado a partir de trióxido de cromo e cloreto de
piridínio. Este reagente converte álcoois primários nos
aldeídos correspondentes (R – CHO)

Exemplos!
Reagente de Jones para álcool secundário: meio ácido e acetona
Reagente de Collins: CrO3-piridina
Piridina clorocromato- PCC: CrO3 dissolve em HCl e adiciona piridina
Piridina com CrO3 em pequena quantidade de H2O- PDC piridina dicromato

Oxidação de Álcoois
MAIS LARGAMENTE UTILIZADOS SÃO METAIS DE TRANSIÇÃO
DERIVADOS DE Cr(VI). CrO3, ou o sal dicromato, Cr2O7
2−.
MECANISMO GERAL:

ESTEQUIOMETRIA

Oxidação de álcoois via derivados de Cr(VI)
Radicais livres como intermediários de reações de oxidação por Cr(VI)
Formação de radicais estáveis
Wiberg, K. B., Mukherjee, S. K. J. Am. Chem. Soc. 1973, 96, 1884-1888
Wiberg, K. B., Szeimies, G. J. Am. Chem. Soc. 1973, 96, 1889-1892
Doyle, M., Swedo, R J., Rocek, J. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 8352-8357
.

Oxidação de álcoois via derivados de Cr(VI)
Rearranjo oxidativo de álcool terciário alílico por Cr(VI)
álcool terciário alílico
Dauben, W. G., Michno, D. M. J. J. Org. Chem. 1977, 42, 682-685
 Adição de oxigênio à C=C mediada por Cr(VI)
aldeído α,β-insaturado

Majetich, G.; Condon, S.; Hull, K.; Ahmad, S. Tetrahedron Lett., 1989, 30, 1033-1036.
Exemplos de Reações com Rearranjo oxidativo de álcool terciário
alílico por Cr(VI)
enonas
 Alta regioespecificidade
Cr
O
O
O
_
O Cr
O
O
O
_
N
+
H
N
+
H
PDC

Scheme 12.1. Oxidation with Chromium(VI) Reagents

Exemplos de Oxidação de álcoois via PDC
Cr
O
O
O
_
O Cr
O
O
O
_
N
+
H
N
+
H
PDC
Seletividade
 Uso de solvente não prótico
 Condições reacionais brandas
Corey, E. J., Schmidt, G. Tetrahedron Lett., 1979, 20, 399-402.
OH
PDC
DMF 25 oC
OH
O
OH
PDC
CH2Cl2 25 oC
O
O
R H
O
R OH
OH
R H
PDC PDC
CH2Cl2 DMF
aldeído ácido carboxílico

KMnO4 também é um poderoso oxidante, mas não é utilizado para
produzir aldeídos ou cetonas, por outro lado MnO2 é muito usado.
RuO4 também é um poderoso oxidante. Oxida também álcool primário
para ác carboxílico, metil éteres para metil ésteres e benzil éteres p
benzil ésteres
MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 4OH- Er = 0,57V
MnO2- + 2e- Mn2+ + 2H2O Er = 1,28V

Outros Exemplos: MnO2 e RuO4
MnO2
RuO4
OH
HO
O
HO
MnO2
álcool aldeído
 RuO4 - agente oxidante forte
 álcool ativado

Exemplos de oxidação com MnO2

MECANISMO
RuO4 - agente oxidante forte

Scheme 12.2. Oxidation of Alcohols with Manganese
Dioxide

12.1.2. OUTROS OXIDANTES
DMSO e um eletrófilo como DCCI,
diciclohexilcarbodiimida
DMSO e cloreto de oxalila como eletrófilo, chama-se oxidação de Swern
C
N N

oxidação de Swern
 Reação exotérmica – condições reacionais -78 oC
 Formação de tioacetais

Scheme 12.3. Oxidation of Alcohols Using Dimethyl
Sulfoxide: Swern!

O
OCH(CH3)2
(CH3)2HC
Al
O
H
O
Al
(CH3)2HC OCH(CH3)2
O
H
OCH(CH3)2
(CH3)2HC
Al
OCH(CH3)2
(CH3)2HC
Al
O
H
O
H
Al
OCH(CH3)2
(CH3)2HCO OCH(CH3)2
H
 A oxidação de Oppenauer, nomeada após Rupert Viktor Oppenauer, é um
método suave para oxidar seletivamente álcoois secundários em cetonas.
 A reação é o oposto da redução de Meerwein – Ponndorf – Verley. O
álcool é oxidado com isopropóxido de alumínio em excesso de acetona.
Isso muda o equilíbrio para o lado do produto.

Oxidação de Oppenauer
HO
O
H
H
H
Al(OiPr)3
2º
acetona
O
O
H
H
H
pregnenolona progesterona
Síntese de esteroides
Gleason, C. H., Holden, G. W. J. Am. Chem. Soc. 1950, 72, 1751-1752
 Oxidação de álcool na presença de aceptor de hidreto
 acetona, ciclohexanona, benzofenona, benzoquinona

Oxidação de Oppenauer: Mecanismo

12.1.2.2. Oxidação de Dess-Martin
 Agente oxidante com Iodo pentavalente (hipervalente!)
 Solventes não próticos: CHCl3, CH3CN
 Condições reacionais brandas ou neutras. Reatividade: álcool 1o >> 2o

Iodo Hipervalente
Não obedece a regra octeto, tem mais de 8 elétrons em sua camada de valência

Diaryl-λ3-iodanes (ArIL2)
vs.
diaryliodonium salts (Ar2IL)
L–I–L (Zhdankin, Chem. Rev. 2008, 5299.)
Aryl-λ3-iodanes
Aryl-λ5-iodanes (ArIL4)
Nomenclatura de Martin–Arduengo

Preparação do Periodinano de Dess-Martin
O
O
O
O
O
O
I
O
O
CH3
CH3
H3C
Periodinano Dess-Martin
ácido 2-iodobenzoico ácido 2-iodoxibenzoico
(IBX)
Periodinano de Dess-Martin
DMP
depois 23 oC, 24 h
74%

Outros Exemplos de Oxidação Dess-Martin
 Reatividade: álcool primários >> álcool secundário
Myers, A. G. et al. Tetrahedron Lett., 2000, 41, 1359-1362.
piridina
Seletividade
OH
N
O
O DMP
99% ee
O
N
O
O
H
99% ee
CH2Cl2
>95%

Scheme 12.4. Oxidation by the Dess-Martin
Reagent

2.1.2.3. Oxidação Usando Ions Oxoamonium
 Ganen, B., J. Org. Chem. 1975, 40, 1998-2000
 Semmelhack, M. F., Schmid, C. R., Cortés, D. A.
Tetrahedron Lett., 1986, 27, 1119-1122
 Bobbitt, J. M., Ma, Z. J. Org. Chem. 1991, 56, 6110-6114
 Um derivado do estável nitroxido de tetrametillpiperidieto (TEMPO), como agente ativo;
 Pode oxidar seletivamente álcool primário na presença de um secundário.

Exemplos de oxidação via íons oxoamônio
tolueno
Boc =
Leanna et al. Tetrahedron Lett., 1992, 33, 5029-5032.
70 oC
55 oC
Oxidação seletiva de álcoois alílicos na presença de S e Se
De Mico et al. J. Org. Chem., 1997, 62, 6974-6977.

Scheme 12.5. Oxidations Using TEMPO

12.12. Adição de oxigênio a ligações duplas C-C:
 Dihidroxilação de alcenos: KMnO4 e OsO4 oxida alcenos para 1,2-dióis
(glicóis). OsO4 produz melhores rendimentos, altamente tóxico e muito caro.
 KMnO4 é um agente oxidante forte e causa oxidação do glicol. A reação
deve ser feita em solução de permanganato de potássio diluída, fria e
básica.

 A oxidação de Lemieux-Johnson (o reagente de Lemieux-Johnson é NaIO4 +
OsO4) dos alcenos fornece aldeído ou cetonas;
 Se condições oxidantes fortes como o KMnO4 no lugar do OsO4 forem usadas,
o permanganato causa a hidro-hidroxilação com facilidade e, ainda na última
etapa, oxida qualquer aldeído formado em ácidos carboxílicos

Mecanismo Reacional: MnO4 e OsO4

 Adição estereoespecífica sin – cicloadição [3+2];
 OsO4 (tóxico, preço) – condições catalíticas
Exemplo: RuO4, em peroxomonosulfato de potássio

DOI: 10.1039/C4OB01491J (Review Article) Org. Biomol. Chem., 2014, 12, 9492-9504
Mecanismo Reacional:

Oxidação da ligação C=C com OsO4
Dihidroxilação enantiosseletiva - formação de 1,2-dióis
Face β
Face α
 Adição enantiosseletiva sin
 Auxiliares quirais

Complexo com manganês de
diminas quirais
Mecanismo radicalar

Scheme 12.6. Examples of syn Dihydroxylation of Alkenes:
KMnO4 ou OsO4

Scheme 12.7. Enantioselective Osmium-Catalyzed Dihydroxylation of
Alkenes

Scheme 12.8. Enantioselective Hydroxylation Using Chiral Diamines

Epoxidação de Alcenos: Exemplos.
Mecanismo Raacional
 Epoxidação via ácido peroxicarboxílicos – mecanismo concertado;
 Adição Sin
 Maior velocidade em alcenos substituído por grupos alquilas e doadores de elétrons

Formação de epóxidos
Epoxidação via H2O2 ativado
Exemplo cloroformato de etila
ácido O-etil-peroxicarbônico

Transformações de epóxidos
Abertura do anel via nucleófilo
Abertura redutiva do anel
Rearranjo a grupos carbonila
Abertura do epóxido a álcool alílico

Com t-butyl hydroperoxido ,ou peróxido de hidrgenio em
meio alcalino o Mecanismo é diferente, envolve adição
nucleofílica conjugada

Fig. 1 Typical reaction scheme for the epoxidation of limonene with hydrogen
peroxide (H2O2) as oxidant. Limonene 1, limonene-8,9-epoxide 2, limonene-1,2-
epoxide 3, limonene-bis-epoxide 4, limonene-1,2-diol 5, carveol 6 and carvone 7
Mohamad Faiz Mukhtar Gunam et al., 2018. Reaction Chemistry & Engeneering., 2018, 3, 747.

Me estabiliza pouco o carbocátion
Ph estabiliza bem o carbocátion

Epóxido de alcool alílico exibe quelação e orienta a regiosseletividade
R estabiliza pouco o carbocátion
Ph estabiliza bem o carbocátion

Estereoquímica
Termalmente

Abertura de epóxido em meio
basico
Eliminação sin

Scheme 12.9. Enantioselective Epoxidation of Allylic Alcohols

Scheme 12.10. Enantioselective Epoxidation with Chiral Manganese
Catalystsa

Reação de alceno com oxigênio
singleto
Oxigenio singleto segue 4+2 cicloaditção com dienos

Outros oxidantes
Dióxido de selênio é um reagente usado na oxidação alílica de alcenos
Reações eno
eno
enófilo
dienófilo
dieno
Reações Diels-Alder Reações eno
enófilo
eno
HOMO
LUMO
HOMO
LUMO

Formação de aldeído ou álcool E-alílico

Tarefa! Ver referência!
Exemplo e mecanismo para oxidação de 4a por SeO2
Ramesh M. Patel, Vedavati G. Puranik and Narshinha P. Argade. Regio- and stereoselective selenium
dioxide allylic oxidation of (E)-dialkyl alkylidenesuccinates to (Z)-allylic alcohols: Synthesis of natural
and unnatural butenolides. Organic & Biomolecular Chemistry. Issue 18, 2011

Clivagem oxidativa da lig C=C
Oxidantes: Metais de Transição envolvem glicois como intermediários
Mecanismo Reacional

70
Ozonólise:
https://en.chem-station.com/reactions-2/2014/10/harries-ozonolysis.html
A reação é feita através da introdução de gás ozônio (gerado por descarga
silenciosa de gás oxigênio) na solução de substratos em solventes como
diclorometano e metanol. A reação tende a ser mais rápida em solventes
próticos. A reação funciona em condições quase neutras.
 Alta seletividade na clivagem da
ligação C=C
 Condições reacionais brandas
 (CH3)2S → aldeídos/cetonas
 NaOH ou NaOCH3 → éstere

Exemplos!
Interceptação do intermediário ozonídeo
H
HO
H
O3
CH2Cl2/(CH3)2S H
HO
H
O
H
O3
CH2Cl2/H2O2
H
HO
H
O
OH

Ozonólise: Mecanismo Reacional!

Alguns reagentes interceptam o intermediário

Scheme 12.19a. Ozonolysis Reactions

Scheme 12.19b. Ozonolysis Reactions

12.5.2. Oxidação de Cetonas e Aldeídos
Oxidantes: Metais de Transição
Cetonas são oxidativamente clivadas por Cr(VI) or Mn(VII), deve ocorrer via enol
enol

Oxidação de cetonas e aldeídos por metais de transição
Formação de ácido carboxílicos
Formação de ácido carboxílicos
 Mecanismo via radicais

 Efeitos estereoeletrônicos:
Ligação O-O antiperiplanar ao grupo que migra
Par de e- do O antiperiplanar ao grupo que migra
 Grupos eletroretirador sobre o grupo que migra
diminui a velocidade de migração
 Grupo que acomoda melhor a carga positiva
migra primeiro: 3o > 2o
Intermediário Criegee
Crudden, C. M. et al. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2000, 39, 2852-2855.
12.5.2.1. Oxidação de cetonas à ésteres ou lactonas: Baeyer-Villiger:
Agentes oxidantes
peroxiácidos ou peróxidos

https://www.masterorganicchemistry.com/2011/06/17/reagent-friday-m-cpba-meta-chloroperoxybenzoic-acid/

 O principal fator na determinação de qual grupo migra é a capacidade
de acomodar cargas positivas parciais. Nos grupos fenil para-
substituídos, os substituintes ERG favorecem migração:
tert-alkyl > sec-alkyl > benzyl, phenyl > pri-alkyl > cyclopropyl > methyl
 Do mesmo modo, os substituintes silil aumentam a aptidão migratória
dos grupos alquilo.
 Como geralmente ocorre na migração para um centro com deficiência
de elétrons, a configuração do grupo migrador é mantida nas
oxidações de Baeyer-Villiger.
Estruturas de ressonância do intermediário
de Criegee: Rm = grupo migrante

12.5.2.1. Oxidação de Baeyer-Villiger
Oxidação de cetonas à ésteres ou lactonas
Corey, E. J. et al. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 5675-5677.
 Influência de efeitos estereoeletrônicos
 Influência de fatores conformacionais
prostaglandinas

12.5.2.1. Oxidação de Baeyer-Villiger
Fatores estéricos e conformacionais também são importantes, especialmente em sistemas
cíclicos. Há preferência pela migração do grupo antiperiplanar em relação à ligação de
peróxido. Em sistemas relativamente rígidos, esse efeito pode superar a preferência normal
pela migração do grupo mais ramificado

Tarefa! Explicar as seguintes transformações:

Scheme 12.20. Baeyer-Villiger Oxidation

Oxidação de cetona com Pb(OAc)4
Formação de α-acetoxi-cetona
Descarboxilação oxidativa

Oxidação de cetonas e aldeídos com outros reagentes
eliminação hidrolítica de selenio

Aldeído deve ocorrer via hidrato
Descarboxilação Oxidativa

Oxidação de Carbono não funcionalizado
Ordem de reatividade C−H da ligação é 3 > 2 > 1.

Oxidação de trans-decalina leva a mistura de 1- e 2-
trans-decalona

Mecanismo: Clivagem com periodato!

Outros Exemplos de Clivagem
com Periodato

94
References
https://www.chemistrysteps.com/organic-chemistry-topic-index/
2009
2013

Ministrante: Prof. Sidney Lima.

8. R. Oxidação - Prof Sidney - UFPI

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