Proponha sínteses razoáveis para cada uma das seguintes moléculas. Use um alquino em cada síntese pelo menos uma vez.
Passo 1
O enunciado pede que eu proponha uma síntese razoável para a molécula dada pelo SMILES
CCCCC(=O)CCC. Vou identificar claramente o que é isso e o que se pede.- Molecula alvo: cadeia linear de oito carbonos com uma cetona no carbono central. Em nome IUPAC isso é a octan-4-ona (a carbonila está no carbono 4 da cadeia de 8 carbonos).
- Informação importante: devo usar um alquino em pelo menos uma etapa da síntese.
- Objetivo concreto: apresentar uma sequência de reação prática e didática que leva a octan-4-ona, explicando os reagentes, condições e por que cada etapa funciona.
Passo 2
Estratégia geral (visão antes dos detalhes): é muito natural obter uma cetona a partir da hidratação de um alquino interno. Se eu preparar o alquino interno simétrico 4-octino (4-octyne, ligação tripla entre C4–C5), a hidratação ácida deste alquino dá diretamente a octan-4-ona por tautomerização do enol que se forma. Então vou: (a) preparar 4-octino a partir de um acetilênido + haleto alquila (uso de um alquino terminal como nucleófilo), (b) hidratar o alquino (Hg^2±catalisado) para obter a cetona. Essa rota usa explicitamente um alquino e é curta e prática.
Passo 3
Passo prático 1 — formação do acetilênido e alcino interno (síntese de 4-octino):
- Reagentes iniciais sugeridos: 1-butin- (1-butilino, ou seja, 1-butyne, CH≡C–CH2–CH3) e 1-bromobutano (n-BuBr, Br–CH2–CH2–CH2–CH3).
- Razão: a base forte desprotona o alquino terminal (1-butyne) para formar um acetilênido nucleofílico que faz uma substituição nucleofílica (SN2) em um haleto primário para formar o alquino interno desejado.
- Condições práticas: usar NaNH2 (em amônia líquida ou em THF com base forte análoga) para desprotonar o alquino terminal. A sequência típica:
- Tratar 1-butyne com 1, equiv. de NaNH2 (excesso leve, p.ex. 1,1–2 equiv.) em NH3(l) a 0 °C → gera o acetilênido
. - Adicionar 1-bromobutano (excesso ligeiro ou 1,1 equiv.) à mistura; o acetilênido faz uma reação SN2 com o brometo primário, formando o alquino interno
, que é o 4-octino.
- Tratar 1-butyne com 1, equiv. de NaNH2 (excesso leve, p.ex. 1,1–2 equiv.) em NH3(l) a 0 °C → gera o acetilênido
- Por que isso funciona: o hidrogênio do alquino terminal é relativamente ácido (pKa ≈ 25), NaNH2 é base suficientemente forte para gerar o acetilênido. O acetilênido é um nucleófilo sp que realiza SN2 eficientemente em um haleto primário (evitar haletos secundários/terciários para não ter eliminação).
Passo 4
Observações experimentais e dicas para o Passo 1:
- Use um haleto primário (como n-BuBr); haletos secund./terciários dão baixa substituição e mais eliminação.
- Se usar NaNH2 em amônia líquida, geralmente faz-se duas etapas: desprotonação (1 ou 2 equiv. NaNH2) e depois, sem aquecer, adição do haleto. Em laboratório alternativo usa-se NaNH2 em THF anidro ou BuLi como base forte análoga.
- Purificação simples (se necessária) por destilação ou cromatografia para isolar 4-octino.
Passo 5
Passo prático 2 — hidratação do alquino para obter a cetona (transformação do alq. → cetona):
- Reagentes/condições clássicos: hidratação ácida catalisada por mercúrio — reagir 4-octino com
e na presença de (cat.) ou usar mistura . - Mecanismo (resumido, explicativo): o
coordena ao triplo enlace e favorece a adição de água ao carbono triplo mais substituído (regra de Markovnikov para alquinos internos). Forma-se inicialmente um enol (alcoximetileno), que tautomeriza rapidamente para a cetona correspondente. No caso do 4-octino (alquino simétrico em torno da ligação tripla), a hidratação dá exclusivamente a octan-4-ona. - Alternativa sem mercúrio: para alquinos internos simétricos você também pode fazer hidratação via hidroboration-oxidação com uma borana apropriada (p.ex. disiamylborano seguido de
); isso também fornece a cetona após oxidação/tautomerização. No entanto, a hidratação Hg-catalisada é muito direta e comum para obter cetonas a partir de alquinos internos.
Passo 6
Explicação química didática da segunda etapa (por que dá cetona no local certo):
- Quando a água se adiciona ao triplo enlace de um alquino interno, o produto inicial é um enol (estrutura com =C–OH). Esses enóis não são estáveis e rapidamente tautomerizam (migração de um H e rearranjo de ligação dupla) para a forma ceto (cetona). A posição da cetona é determinada por onde a água se adicionou ao triplo enlace. Em um alquino simétrico (como 4-octino, onde os dois carbonos do triplo enlace têm o mesmo ambiente), a adição é simétrica e resulta na carbonila exatamente no centro — octan-4-ona.
- Em termos simples: 4-octino + hidratação (Hg^2+, H2O, H2SO4) → enol no centro → tautomeriza → octan-4-ona.
Passo 7
Resumo esquemático da sequência (reagentes/condições e produto em cada etapa):
- Etapa A (formar 4-octino):
-
(1-butyne) + (em NH3) → acetilênido. - adicionar
(1-bromobutano) → (4-octino).
-
- Etapa B (hidratação do alquino → cetona):
3)+ , , (catal.) → (octan-4-ona). - Observações: alternativa para a Etapa B: hidroboration-oxidação (
/ ) também pode ser usada para converter o alquino interno à cetona.
Passo 8
Cuidados práticos e motivos das escolhas (dicas de prova/recado amigo):
- Por que usei 1-butyne + n-BuBr? Porque é uma maneira simples e clássica de construir um alquino interno de 8 carbonos por alkilação de acetilênido; isso evita estratégias mais longas com montagem de cadeias.
- Por que NaNH2? Porque só bases muito fortes conseguem desprotonar efetivamente o hidrogênio terminal do alquino (pKa ~ 25). Bases fracas não funcionam.
- Por que hidratação com
? Porque é o método mais direto e confiável para transformar alquinos internos em cetonas (formação do enol seguida de tautomerização). Alternativas existem, mas essa é a mais ensinada e rápida em condições de prova. - Atenção ao controle de reagentes: em alkilação de acetilênidos, evitar haletos que favoreçam eliminação ou substituição concorrente; usar primários e condições anidras para melhores rendimentos.
Resposta
Octan-4-ona