O documento discute vários tipos de oxidações de compostos orgânicos utilizando agentes oxidantes como derivados de cromo, permanganato de potássio, dióxido de manganês e tetróxido de rútio. É apresentado o mecanismo e exemplos de oxidação de álcoois, alcenos e epóxidos.
2. Oxidação de Álcoois;
Oxidação de Alcenos;
Quebra da ligação C=C
Preparação de Epóxidos;
Abertura de Epóxidos;
Oxidação de Aldeídos e Cetonas.
Conteúdo:
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5. 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
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6.
7. 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
8. 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.
9. 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)
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10. 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
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11. Oxidação de Álcoois
MAIS LARGAMENTE UTILIZADOS SÃO METAIS DE TRANSIÇÃO
DERIVADOS DE Cr(VI). CrO3, ou o sal dicromato, Cr2O7
2−.
MECANISMO GERAL:
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13. 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
.
14. 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
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15. 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
19. 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
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20. 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
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MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 4OH- Er = 0,57V
MnO2- + 2e- Mn2+ + 2H2O Er = 1,28V
26. 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
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27. oxidação de Swern
Reação exotérmica – condições reacionais -78 oC
Formação de tioacetais
30. 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
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36. 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%
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37. 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%
39. 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.
40. 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.
42. 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.
43. 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
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45. Adição estereoespecífica sin – cicloadição [3+2];
OsO4 (tóxico, preço) – condições catalíticas
Exemplo: RuO4, em peroxomonosulfato de potássio
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47. Oxidação da ligação C=C com OsO4
Dihidroxilação enantiosseletiva - formação de 1,2-dióis
Face β
Face α
Adição enantiosseletiva sin
Auxiliares quirais
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52. 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
54. Transformações de epóxidos
Abertura do anel via nucleófilo
Abertura redutiva do anel
Rearranjo a grupos carbonila
Abertura do epóxido a álcool alílico
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55. Com t-butyl hydroperoxido ,ou peróxido de hidrgenio em
meio alcalino o Mecanismo é diferente, envolve adição
nucleofílica conjugada
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56. 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.
65. Reação de alceno com oxigênio
singleto
Oxigenio singleto segue 4+2 cicloaditção com dienos
66. 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
68. 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
69. Clivagem oxidativa da lig C=C
Oxidantes: Metais de Transição envolvem glicois como intermediários
Mecanismo Reacional
70. 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
76. 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
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77. Oxidação de cetonas e aldeídos por metais de transição
Formação de ácido carboxílicos
Formação de ácido carboxílicos
Mecanismo via radicais
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78. 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
80. 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
81. 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
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82. 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