Questão 1 ( 2,0 pontos).
Como você converteria o bromociclohexano em N,N-dimetilaminometilciclohexano? Apresente todas as condições reacionais e reagentes usados.
Como você converteria o bromociclohexano em N,N-dimetilaminometilciclohexano? Apresente todas as condições reacionais e reagentes usados.
Passo 1
O enunciado pede: converter bromociclohexano em N,N-dimetilaminometilciclohexano, indicando todos os reagentes e condições reacionais.
Informações dadas: partida com bromociclohexano; produto desejado é N,N-dimetilaminometilciclohexano (ou seja, um grupo –CH2–N(CH3)2 ligado à cadeia ciclohexílica). Não foram dadas outras restrições (solvente, rendimento, etc.).
Informações dadas: partida com bromociclohexano; produto desejado é N,N-dimetilaminometilciclohexano (ou seja, um grupo –CH2–N(CH3)2 ligado à cadeia ciclohexílica). Não foram dadas outras restrições (solvente, rendimento, etc.).
Passo 2
Primeira observação importante (sem resolver ainda): há ambiguidade razoável no enunciado. “Bromociclohexano” pode ser interpretado como (A) brometo ligado diretamente ao anel, isto é, cyclohexyl–Br (um bromociclohexano simples, haleto secundário), ou (B) pode ter sido a intenção de dizer “bromometilciclohexano” (isto é, cyclohexyl–CH2–Br, um brometo primário ligado por um grupo metileno). O produto pedido, N,N-dimetilaminometilciclohexano, tem um grupo –CH2–NMe2 ligado ao anel, portanto corresponde diretamente à substituição nucleofílica de um bromometil (–CH2–Br) por NMe2. Vou adotar a via mais simples e direta para a prova: assumir que temos ou conseguimos o bromometil (cyclohexyl–CH2–Br) e fazer uma substituição SN2 com dimetilamina. Em seguida eu dou uma rota alternativa — passo a passo — para o caso de você realmente ter apenas cyclohexyl–Br (o bromociclohexano secundário), mostrando como obter o bromometil e então o produto final. Assim você fica coberto para as duas interpretações.
Passo 3
Princípio reativo que usaremos (aula rápida): substituição nucleofílica do tipo SN2.
- O que é SN2 em palavras simples: um nucleófilo (espécie rica em elétrons, aqui a dimetilamina HNMe2) ataca o carbono ligado ao grupo de saída (aqui o carbono do –CH2–Br) “por trás” e expulsa o grupo de saída (Br−) em um único passo concertado.
- Quando SN2 é favorável: carbono primário (pouca impedância estérica), bom nucleófilo, bom grupo de saída (Br− é bom), solvente que não desativa demais o nucleófilo (polar aprótico aumenta taxa, mas nucleófilos amínicos muitas vezes são usados em protico também).
- Consequência prática: com um bromometil (primário) a reação com dimetilamina é direta e rápida; com um brometo secundário direto pode dar problemas (SN1/SN2 concorrentes, eliminação).
Passo 4
Rota direta (caso você tenha bromometilciclohexano, i.e., cyclohexyl–CH2–Br). Reação principal: substituição nucleofílica SN2 com dimetilamina. Reagentes e condições recomendadas (práticas de prova e de bancada):
- Reagentes: bromometilciclohexano (1,0 equiv) e dimetilamina (HNMe2, 2–5 equiv).
- Solvente: etanol ou metanol ou acetonitrila. Alternativa para acelerar SN2: DMF ou DMSO (polar aprótico) se disponível.
- Condições: aquecer a refluxo (80 °C em EtOH) por algumas horas (6–24 h) ou usar tubo selado se dimetilamina for gasosa; se usar DMF/DMSO pode-se trabalhar em temperatura moderada (50–80 °C).
- Mecanismo resumido: HNMe2 ataca o carbono do –CH2–Br → formação da ligação C–N e expulsão de Br− → forma-se o sal de amônio protonado (NMe2H+ attached) se HBr gerado protonar amina; por isso usamos excesso de amina (atua também como base) ou adicionamos uma base como K2CO3 para neutralizar HBr.
- Trabalho up: depois da reação, retirar solvente em vácuo, diluir em éter ou clorofórmio, lavar com solução aquosa de NaHCO3 ou NaOH para liberar a base livre se houver sal de amônio; secar (Na2SO4) e destilar/colar por cromatografia se necessário.
- Observações didáticas simples: bromometil é primário → SN2 favorecida; dimetilamina é nucleófilo razoável; brometo é bom grupo de saída.
Passo 5
Equação global da rota direta (escrita em palavras/química):
bromometilciclohexano + HNMe2 (excesso) —(EtOH, reflux)→ N,N-dimetilaminometilciclohexano + HBr (neutralizado pelo excesso de amina).
Na prova é suficiente escrever: R–CH2–Br + HNMe2 → R–CH2–NMe2 (condições: excesso de HNMe2, EtOH ou DMF, aquecimento, depois basificar e extrair).
bromometilciclohexano + HNMe2 (excesso) —(EtOH, reflux)→ N,N-dimetilaminometilciclohexano + HBr (neutralizado pelo excesso de amina).
Na prova é suficiente escrever: R–CH2–Br + HNMe2 → R–CH2–NMe2 (condições: excesso de HNMe2, EtOH ou DMF, aquecimento, depois basificar e extrair).
Passo 6
Controle de problemas e dicas de prova:
- Evitar super-eadição de haleto (i.e., usar muito haleto) para não gerar sal quaternário (R–N+(Me)3 Br−) por segunda alquilação: isso é pouco provável com substrato primário se se usa excesso de amina, pois o produto é terciário (NMe2 substituído no carbono) que ainda pode ser alquilado, mas em prática usando excesso de amina e limpeza rápida você minimiza a quaternização; se quiser evitar completamente, use uma base inorgânica leve (K2CO3) e a amina como nucleófilo em menor excesso controlado.
- Eliminação (E2) quase inexistente com primário.
- Se solvento for protico (EtOH) a taxa pode ser um pouco menor do que em DMF, mas reação é mais simples de trabalhar experimentalmente.
Passo 7
Rota alternativa (se você realmente tem só bromociclohexano, isto é, cyclohexyl–Br, um brometo secundário): transformar cyclohexyl–Br em bromometilciclohexano e então aplicar a rota SN2 acima. Um caminho em etapas:
- Preparar o reagente organometálico: cyclohexyl–Br + Mg (éter seco) → cyclohexyl–MgBr (Grignard). Condição: éter anidro, temperatura ambiente.
- Aula rápida: Grignards formam um nucleófilo orgânico (R−MgBr) que ataca carbonilas.
- Reagir cyclohexyl–MgBr com formaldeído (ou paraformaldeído em THF) → após hidrólise obtém-se cyclohexylmetanol (R–CH2–OH). Condição: adicionar formaldeído a 0 °C → depois hidrólise ácida.
- Resultado: formação de álcool primário R–CH2–OH (aqui R = ciclohexil).
- Converter álcool em brometo primário (bromometilciclohexano) usando PBr3 (ou Appel: PPh3/Br2, ou SOCl2 seguido de troca Cl→Br): R–CH2–OH + PBr3 → R–CH2–Br. Condição: 0 °C → RT, ambiente anidro.
- Aplicar a rota SN2: R–CH2–Br + HNMe2 (2–5 equiv), EtOH ou DMF, aquecimento → R–CH2–NMe2 (produto desejado). Trabalho up conforme Passo 4.
- Observação: essa rota é mais longa mas usa reações clássicas fáceis de justificar em prova e resolve a ambiguidade inicial.
Passo 8
Mecanismo detalhado do passo SN2 (para você desenhar mentalmente na prova):
- Etapa única, concertada: pares de setas: do par de elétrons do nitrogênio de HNMe2 → ao carbono ligado ao Br; ao mesmo tempo, a ligação C–Br rompe-se e os elétrons vão para o bromo, formando Br−. Não há intermediário carbocátion. Se o carbono for quiral, ocorre inversão de configuração (à maneira de uma “troca de marcha” do grupo que sai para o lado oposto).
- Por que usar excesso de amina: parte do HBr formado pode protonar a amina produzindo salamônio R–CH2–NHMe2+, e então o excesso de amina captura o HBr, evitando reversão e favorecendo formação do produto livre.
Passo 9
Resumo prático para a prova (o que escrever como resposta rápida e completa):
- Se começar com bromometilciclohexano: reagir com dimetilamina em excesso (solvente EtOH ou DMF, aquecer) → substituição SN2 → N,N-dimetilaminometilciclohexano; trabalhar com base/lavar para liberar amina livre.
- Se só tiver bromociclohexano (cyclohexyl–Br): a rota prática é transformar em bromometil via seqüência Grignard + formaldeído → álcool → conversão do álcool em brometo (PBr3) → SN2 com HNMe2 como acima.
Resposta
bromometilciclohexano + HNMe2 (excesso) —(EtOH ou DMF, aquecer, 6–24 h)→ N,N-dimetilaminometilciclohexano (trabalho up: basificar/lavar, extrair, secar, destilar).
Se partir de bromociclohexano: cyclohexyl–Br → (Mg, éter) → cyclohexyl–MgBr; cyclohexyl–MgBr + HCHO → (hidrólise) cyclohexyl–CH2–OH; cyclohexyl–CH2–OH + PBr3 → cyclohexyl–CH2–Br; depois cyclohexyl–CH2–Br + HNMe2 (excesso, EtOH/DMF, aquecer) → N,N-dimetilaminometilciclohexano.
Se partir de bromociclohexano: cyclohexyl–Br → (Mg, éter) → cyclohexyl–MgBr; cyclohexyl–MgBr + HCHO → (hidrólise) cyclohexyl–CH2–OH; cyclohexyl–CH2–OH + PBr3 → cyclohexyl–CH2–Br; depois cyclohexyl–CH2–Br + HNMe2 (excesso, EtOH/DMF, aquecer) → N,N-dimetilaminometilciclohexano.