24.53 Um dos problemas da reação de aminação redutiva como um método de preparação de aminas é a formação de subprodutos. Por exemplo, a aminação redutiva do benzaldeído com a metilamina leva à formação de uma mistura de N-metilbenzilamina e N-metildibenzilamina. Como você espera que a amina terciária, um subproduto, tenha sido formada? Proponha um mecanismo.

Passo 1

Vou deixar muito claro o que o enunciado pede e o que ele dá.
  • O enunciado diz que, na aminação redutiva do benzaldeído com metilamina, além de surgir a amina secundária \mathrm{PhCH_2NHMe} (N‑metilbenzilamina), aparece um subproduto amina terciária \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2} (N‑metildibenzilamina).
  • A pergunta: “Como você espera que a amina terciária, um subproduto, tenha sido formada? Proponha um mecanismo.”
Informações relevantes (que vamos usar):
  • Aldeído: \mathrm{PhCHO} (benzaldeído).
  • Amônia substituída inicial: \mathrm{MeNH_2} (metilamina).
  • Produto principal desejado (primeira redução): \mathrm{PhCH_2NHMe} (amina secundária).
  • Subproduto observado: \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2} (amina terciária com duas unidades benzil).
  • Condições típicas de aminação redutiva: meio levemente ácido e agente redutor seletivo (por ex. \mathrm{NaBH_3CN} ou hidrogenação catalítica). Vamos assumir um agente redutor que reduz preferencialmente iminas/imínios.

Passo 2

Conceitos básicos (mini‑aula necessária para entender o mecanismo):
  • O que é aminação redutiva em duas frases: primeiro o amina (ou amônio) condensa com o carbonila do aldeído para formar uma imina (ou um íon imínio protonado), depois essa imina/imínio é reduzida por um agente redutor para dar a amina correspondente.
  • Regras práticas de mecanismo:
    • Nitrogênio com par de elétrons ataca o carbono carbonílico eletrofílico do aldeído; isso gera um álcool aminado (carbinolamina).
    • Em meio ácido, o carbinolamina perde água (desidratação) e forma uma imina ( \mathrm{C=N}) ou a forma protonada (imínio, \mathrm{C=NH^+}), que é muito mais eletrofílica.
    • Um redutor de hidreto (ou hidrogênio em presença de catalisador) doa um hidreto ao carbono do imínio, convertendo \mathrm{C=N} em \mathrm{C–N} e gerando a amina.
  • Por que ocorre over‑alkylation (formação de amina terciária)? Porque a amina secundária formada ainda tem um par de elétrons no nitrogênio e pode reagir novamente com mais aldeído, formando uma imina/imínio secundário, que é então reduzida a amina terciária. É essencial entender que amina secundária também nucleófila: pode condensar com aldeído.

Passo 3

Mecanismo passo a passo com as espécies envolvidas — primeira sequência (formação da amina secundária):
  1. Condensação inicial (formação da imina entre \mathrm{PhCHO} e \mathrm{MeNH_2}):
\mathrm{PhCHO} + \mathrm{MeNH_2} \xrightarrow{\text{cat. H^+}} \mathrm{PhCH=NHMe} + \mathrm{H_2O}
Explicação detalhada do passo (seta‑curva em palavras): o par de elétrons do nitrogênio de \mathrm{MeNH_2} ataca o carbono carbonílico do aldeído ( \mathrm{PhCHO}), formando primeiro a carbinolamina (–C(OH)–NHMe). Em seguida, com protonação do grupo hidroxila e perda de água, ocorre desidratação e forma‑se a imina \mathrm{PhCH=NHMe}.
2) Redução da imina (hidreto adiciona ao carbono da imina):
\mathrm{PhCH=NHMe} + \text{[H]} \longrightarrow \mathrm{PhCH_2NHMe}
Explicação: o agente redutor fornece um hidreto (\mathrm{H^-}) que ataca o carbono eletrófilo da ligação \mathrm{C=N}, dando a amina secundária \mathrm{PhCH_2NHMe}. Este é o produto principal esperado da aminação redutiva.

Passo 4

Como surge a amina terciária ( \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2})? — segunda sequência (over‑alkylation):
  1. A amina secundária ainda é nucleófila: \mathrm{PhCH_2NHMe} pode atacar outro equivalente de benzaldeído.
    Primeiro há adição nucleofílica idêntica à anterior:
\mathrm{PhCH_2NHMe} + \mathrm{PhCHO} \xrightarrow{\text{cat. H^+}} \text{carbinolamina secundária} \xrightarrow{-\mathrm{H_2O}} \mathrm{R_2C=NH^+}á
Para escrever de modo compacto, formamos o imínio secundário (um imínio N‑substituído):
\mathrm{PhCH_2NHMe} + \mathrm{PhCHO} \rightleftharpoons \mathrm{[PhCH=N^+MeCH_2Ph]}\\ (\text{iminium})
Comentário sobre a espécie: o iminium aqui tem carga positiva no nitrogênio; é altamente eletrofílico no carbono ligado ao anel fenila e preparado para receber hidreto.
2) Redução do iminium secundário para dar a amina terciária:
\mathrm{[PhCH=N^+MeCH_2Ph]} + \text{[H]} \longrightarrow \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2}
Explicação: um hidreto reduz o carbono do imínio e forma a ligação C–H, produzindo a amina terciária onde o nitrogênio está ligado a duas unidades benzil ( \mathrm{CH_2Ph}) e a um grupo metil ( \mathrm{Me}) — ou seja, \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2}.

Passo 5

Desenho lógico do ciclo (sequência de transformações resumida):
  • Etapa A (condensação): \mathrm{PhCHO} + \mathrm{MeNH_2} \to \mathrm{PhCH=NHMe}.
  • Etapa B (redução): \mathrm{PhCH=NHMe} + [\mathrm{H}] \to \mathrm{PhCH_2NHMe}.
  • Etapa C (segunda condensação): \mathrm{PhCH_2NHMe} + \mathrm{PhCHO} \to \mathrm{iminium\\ secundário}á.
  • Etapa D (segunda redução): \mathrm{iminium\\ secundário} + [\mathrm{H}] \to \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2}á.
Observações fundamentais que justificam cada passo:
  • O nitrogênio da amina secundária tem um par de elétrons; portanto continua reagindo com aldeídos exatamente como a amina primária fazia.
  • O íon imínio é mais eletrofílico que o aldeído neutro; agentes redutores seletivos (como \mathrm{NaBH_3CN}) reduzem preferencialmente iminios/iminas, então uma vez que o imínio secundário exista, ele será convertido em amina terciária.
  • A taxa relativa de formação do subproduto depende de variáveis experimentais: excesso de aldeído, tempo de reação, acidez, rapidez do agente redutor em reduzir a primeira imina. Se a redução da primeira imina é lenta e há aldeído em excesso, há maior chance da amina secundária reagir de novo e gerar a terciária.

Passo 6

Explicação intuitiva e dicas práticas (motivação e prevenção):
  • Intuitivamente: a amina secundária é um reagente “com fome” por mais alkilação, porque seu nitrogênio continua nucleófilo; por isso, se houver aldeído disponível antes que a primeira imina seja totalmente reduzida ou se o redutor agir também sobre novas iminias formadas, obtém‑se a amina terciária.
  • Para evitar/ minimizar a formação da amina terciária na prática: usar controle estequiométrico (apenas 1 equiv de aldeído), usar excesso de amina (para consumir aldeído), usar redutor que reduza muito rapidamente a imina inicial, ou quimar o excesso de aldeído antes que a amina secundária tenha tempo de reagir de novo.

Resposta

A amina terciária \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2} é formada por reação sucessiva: primeiro \mathrm{PhCHO} condensa com \mathrm{MeNH_2} para dar a imina \mathrm{PhCH=NHMe}, esta é reduzida a \mathrm{PhCH_2NHMe} (amina secundária); em seguida a amina secundária reage com um segundo equivalente de \mathrm{PhCHO} formando um iminium secundário, que é reduzido para dar a amina terciária \mathrm{MeN(CH_2Ph)_2}.

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