1. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
SÍNTESE ORGÂNICA
Helmoz R. Appelt
www.qmclink.com 1

2. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Unidade I
INTRODUÇÃO
www.qmclink.com 2

3. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
A Química (Industrial) está presente em nosso dia-a-dia. Seja quando ingerimos alimentos,
nos vestimos, tomamos um medicamento, etc. Hoje, a grande maioria dos produtos industrializados em
origem sintética, ou seja, são produzidos pelo Homem a partir de outros compostos químicos. Tanto em
escala laboratorial, quanto industrial, são produzidos, todos os anos, milhares de novos compostos
químicos.
A Síntese Orgânica pode ser definida como o processo de obtenção de compostos
complexos a partir de precursores simples. Seja a partir de uma simples transformação química em uma
única etapa, ou em um processo complexo, envolvendo várias reações químicas em sequência.
Aparentemente, nos parece muito simples, e desnecessária a criação de um campo de estudo
(disciplina curricular), para prever, por exemplo, como se prepara um álcool, já que qualquer químico
orgânico está apto a responder que ele pode ser obtido a partir de alcenos, aldeídos, cetonas, etc.,
dependendo do composto desejado.
Quando falamos em moléculas complexas, com dois ou mais grupos funcionais, essa análise
de ser simples. Precisamos levar em conta formas de obtenção de cada grupo funcional, reatividade dos
materiais de partida, necessidade ou não de utilização de grupos de proteção, se for o caso,
estereoquímica desejada para o produto, entre outros.
Um projeto de síntese para o desenvolvimento de um novo composto, envolve
conhecimentos a respeito de métodos sintéticos, mecanismos de reação, materiais de partida comerciais,
métodos de análise (IV, RMN, etc.), entre outros.
O conceito de Síntese Orgânica, como o conhecemos hoje, a partir da Análise
Retrosintética foi introduzido por E. J. Corey, em 1967[1]. O domínio da técnica da Retrossintese é um
requisito indispensável, hoje, para qualquer pesquisador atuante na Área de Síntese.
[1] Corey, E. J. Pure & Appl. Chemistry 1967, 14, 19.
www.qmclink.com 3

4. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Histórico:
1828: Síntese da Uréia – Friedrich Wohler
Primeiro produto orgânico sintético.
Fim da Teoria do Vitalismo (Teoria da Força Vital).
Nascimento da Química Orgânica Sintética como ramo da Química
Orgânica.
www.qmclink.com 4

5. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Histórico:
1856: síntese do corante mauveína– Willian H. Perkin
N
H2N N+ N
H
O
O S O-
OH
Tentativa frustrada de preparação da quinina a partir da anilina
Abriu caminho para o desenvolvimento da Química Medicinal
www.qmclink.com 5

6. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Histórico:
Sínteses Clássicas que marcaram a evolução da Síntese Orgânica
www.qmclink.com 6

7. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Palitoxina: sintetizada por Y. Kishi e col. Em 1982
Suh, E. M.; Kishi, Y.; J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11205.
www.qmclink.com 7

8. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Síntese Orgânica: Um conceito
Processo de construção
/modificação molecular,
realizado em várias etapas,
com a finalidade de
preparação de uma substância
orgânica, o objetivo sintético
(alvo molecular), de forma
pura e da maneira mais
eficiente e conveniente
possível, a partir de materiais
disponíveis comercialmente
ou facilmente acessíveis em
laboratório.
www.qmclink.com 8

9. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Porque sintetizar uma substância?
1) Comprovação Estrutural: Para comprovar a
estrutura de um dado composto
2) Atividade Biológica: Pelo interesse na
molécula em si própria (econômico, biológico,
etc.)
3) Obtenção de análogos sintéticos de moléculas
com atividade biológica.
4) Desenvolvimentos de novas reações e
reagentes.
www.qmclink.com 9

10. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Alguns Conceitos
Fundamentais: Uma
breve revisão
www.qmclink.com 10

11. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• Ligações Covalentes Polares
– Ligações covalentes polares ocorrem quando uma ligação é
formada por dois átomos de diferentes eletronegatividades
• O átomo mais eletronegativo concentra maior densidade
eletrônica em torno de si
• O átomo mais eletronegativo adquire uma carga parcial
negativa (δ-) e o menos eletronegativo adquire carga
parcial positiva (δ+)
• Uma ligação polarizada é um dipolo, e possui um
momento de dipolo
• A direção do dipolo pode ser indicada por uma seta de
dipolo.
– A ponta da seta é a extremidade negativa do dipolo,
e a extremidade em cruz é o polo positivo
www.qmclink.com 11

12. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Exemplo: a molécula HCl
• O cloro, mais eletronegativo, atrai os elétrons do hidrogênio
– O cloro adquire uma carga parcial negativa
– O momento de dipolo de uma molécula pode ser medido
experimentalmente
• É o produto das magnitudes das cargas (em unidades
eletrostáticas: esu) e a distância entre as cargas (em cm)
• A unidade de medida é um Debye (D) que é equivalente a
1x10-18 esu cm
www.qmclink.com 12

13. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• Molecular Dipole
• In diatomic molecules a dipole exists if the two atoms are
of different electronegativity
• In more complicated molecules the molecular dipole is
the sum of the bond dipoles
• Some molecules with very polar bonds will have no net
molecular dipole because the bond dipoles cancel out
– The center of positive charge and negative charge
coincide in these molecules
www.qmclink.com 13

14. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Molecular Dipole
Moments
• Depend on bond polarity and bond angles.
• Vector sum of the bond dipole moments.
• Lone pairs of electrons contribute to the
dipole moment.
=>
www.qmclink.com 14

15. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• Functional Groups
• Functional group families are characterized by
the presence of a certain arrangement of atoms
called a functional group
• A functional group is the site of most chemical
reactivity of a molecule
– The functional group is responsible for many of the
physical properties of a molecule
• Alkanes do not have a functional groups
– Carbon-carbon single bonds and carbon-hydrogen
bonds are generally very unreactive
www.qmclink.com 15

16. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Alkyl Groups and the Symbol R
• Alkyl groups are obtained by removing a hydrogen from an alkane
• Often more than one alkyl group can be obtained from an alkane by
removal of different kinds of hydrogens
• R is the symbol to represent a generic alkyl groups
– The general formula for an alkane can be abbreviated R-H
www.qmclink.com 16

17. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• A benzene ring with a hydrogen removed is called a
phenyl and can be represented in various ways
• Toluene (methylbenzene) with its methyl hydrogen
removed is called a benzyl group
www.qmclink.com 17

18. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Alkyl Halides
• In alkyl halides, halogen (F, Cl, Br, I) replaces the hydrogen of
an alkane
• They are classified based on the carbon the halogen is
attached to
– If the carbon is attached to one other carbon that carbon is
primary (1o) and the alkyl halide is also 1o
– If the carbon is attached to two other carbons, that carbon
is secondary (2o) and the alkyl halide is 2o
– If the carbon is attached to three other carbons, the carbon
is tertiary (3o) and the alkyl halide is 3o
www.qmclink.com 18

19. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Alcohols
• In alcohols the hydrogen of the alkane is replaced by the
hydroxyl (-OH) group
– An alcohol can be viewed as either a hydroxyl derivative of
an alkane or an alkyl derivative of water
• Alcohols are also classified according to the carbon the
hydroxyl is directly attached to
www.qmclink.com 19

20. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Ethers
• Ethers have the general formula R-O-R or R-O-R’ where R’ is
different from R
– These can be considered organic derivatives of water in
which both hydrogens are replaced by organic groups
– The bond angle at oxygen is close to the tetrahedral angle
– Amines
• Amines are organic derivatives of ammonia
– They are classified according to how many alkyl groups
replace the hydrogens of ammonia
– This is a different classification scheme than that used in
alcohols
www.qmclink.com 20

21. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Aldehydes and Ketones
• Both contain the carbonyl group
• Aldehydes have at least one carbon attached to the carbonyl
group
• Ketones have two organic groups attached to the carbonyl
group
• The carbonyl carbon is sp2 hybridized
– It is trigonal planar and has bond angle about 120o
www.qmclink.com 21

22. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
– Carboxylic Acids, Esters and Amides
• All these groups contain a carbonyl group bonded to an oxygen
or nitrogen
• Carboxylic Acids
– Contain the carboxyl (carbonyl + hydroxyl) group
• Esters
– A carbonyl group is bonded to an alkoxyl (OR’) group
www.qmclink.com 22

23. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• Amide
– A carbonyl group is bonded to a nitrogen derived from ammonia
or an amine
– Nitriles
• An alkyl group is attached to a carbon triply bonded to a nitrogen
– This functional group is called a cyano group
www.qmclink.com 23

24. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Summary of Important Families of
Organic Compounds
www.qmclink.com 24

25. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
• Summary (cont.)
www.qmclink.com 25

26. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
A nucleophile
Nucleophile: an electron-rich atom or molecule
that shares electrons with electrophiles
Examples of Nucleophiles
www.qmclink.com 26

27. Nucleophiles are attracted to electron-deficient
Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
atoms or molecules (electrophiles)
Examples of Electrophiles
www.qmclink.com 27

28. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Electrophilic Addition of HBr to Alkene
www.qmclink.com 28

29. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Setas curvas para representar mecanismos de reação
Movimento de um par de elétrons
Movimento de um elétron
www.qmclink.com 29

30. Utilização de setas curvas
Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
www.qmclink.com 30

31. Regras para o uso de setas curvas
Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
www.qmclink.com 31

32. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
www.qmclink.com 32

33. Um Diagrama de Coordenada de Reação
Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Os estados de transição tem ligações parcialmente formadas
Os intermediários tem ligações completamente formadas
www.qmclink.com 33

34. Introdução à Síntese Orgânica 20/08/2010
Para mais informações:
Correia, C. R. D.; Costa, P. R. R.; Ferreira, V. F. Quim. Nova, 2002, Vol. 25, Supl. 1,
82-89,.
Corey, E. J. Pure & Appl. Chemistry 1967, 14, 19.
www.qmclink.com 34