1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO
Departamento de Engenharia e Ciências Exatas
GABARITO DA LISTA DE EXERCÍCIOS
Química Orgânica I – Engenharia Química – Professor Sandro Greco
Substituição nucleofílica em carbono saturado.
1ª Questão: A química mostrada aqui é a primeira etapa na preparação do fármaco doxazosina
(cardura) da Pfizer’s, uma droga usada no tratamento da hipertensão. Escreva um mecanismo para a
reação envolvida.
Solução – O carbonato é uma base forte o suficiente para remover o próton do fenol (pKa
aproximadamente 10) porém não de álcoois. Um oxiânion deverá ser formado, e ao mesmo tempo, irá
deslocar um íon brometo, numa reação SN2. Os dois deslocamentos deverão ocorrer por um
mecanismo S 2, visto que um carbono é primário e o outro secundário, porém com uma carbonila
N
adjacente que desestabiliza o carbocátion que se formaria numa reação SN1.
2ª Questão: Providencie uma explicação para a ordem de reatividade quando cada um dos compostos
mostrados a seguir reage com o iodometano para formar o iodeto de metilpiridínio como produto.
Solução – A reação ocorre por um mecanismo SN2 e, portanto é importante a força do nucleófilo que
no exemplo acima é a piridina, mais precisamente o par de elétrons não-ligante do nitrogênio que está
ortogonal aos elétrons π do anel piridínico. Dois fatores influenciam na eficiência do nucleófilo em
questão, o primeiro é fator eletrônico, no qual o grupo metil com um efeito indutivo doador de elétrons
tende a beneficiar o ataque nucleofílico; o outro fator, em oposição ao primeiro, é o impedimento
estérico exercido pelo grupo metil do nucleófilo dificultando o ataque nucleofílico. Sendo assim, O
primeiro composto é o mais reativo, pois o grupo metil favorece o ataque nucleofílico pelo efeito
eletrônico e não exerce nenhum efeito estérico. Os demais são menos reativos do que a piridina pelo
aumento gradativo do impedimento estérico.
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3ª Questão: A solvólise do 1-bromo-1-feniletano com metanol (metanólise) ocorre com 27% de
inversão de configuração, enquanto que uma solvólise similar com água (hidrólise) resulta em somente
17% de inversão. Explique o efeito do solvente na estereoquímica da reação.
Solução – O mecanismo da reação de solvólise é a substituição nucleofílica de primeira ordem, onde o
estado de transição da etapa lenta é altamente polarizado, pois formará o intermediário carbocátion.
Dessa forma, um solvente mais polar irá estabilizar melhor o estado de transição e consequentemente
o intermediário (postulado de Hammond) permitindo um percentual maior do ataque nucleofílico ao
carbocátion livre e diminuindo o percentual de ataque ao par iônico (carbocátion / grupo de saída).
4ª Questão: Quando o 3-bromo-2-butanol com a estrutura estereoquímica A é tratado com HBr
concentrado, ele produz o meso-2,3-dibromobutano; uma reação similar do 3-bromo-2-butanol B
produz o (±)-2,3-dibromobutano. Proponha mecanismos que justifiquem a estereoquímica dessas
reações.
Solução:
5ª Questão: Os dois brometos de alquila 1 e 2, quando submetidos a uma reação SN1 de solvólise, são
transformados no mesmo álcool secundário 3, em vez de formar uma mistura usual de produtos de
solvólise 3 e 4. Cabe ressaltar também que o álcool 1 é 1.000.000 de vezes mais reativos do que o 2
nessa transformação. Explique por que 1 é muito mais reativo do que 2 e também por que 1 forma
somente 3 e não uma mistura de 3 e 4. Utilize ilustrações claras para explicar as suas respostas.
Solução – Em ambos os casos o mecanismo de reação é uma SN1. Na molécula 1 a ligação π pode
assistir a saída do bromo (grupo de saída) por doação dos elétrons π para o orbital σ* C-Br. Isso
explica a maior reatividade. A regioquímica observada é o resultado do intermediário comum
mostrado a seguir. Devido a interação mostrada no intermediário, o nucleófilo aproxima-se pelo lado
oposto da ligação π.
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6ª Questão: Sugira um mecanismo para a substituição nucleofílica mostrada a seguir. Considerando o
material de partida com uma configuração absoluta S, qual deverá ser a configuração do estereocentro
no produto?
Solução – A reação mostrada anteriormente tem a participação do par de elétrons não ligante do
átomo de nitrogênio numa reação intramolecular, caracterizando uma participação do grupo vizinho.
Em seguida o hidróxido irá atacar o carbono menos impedido estericamente para formar o produto.
7ª Questão: Para as reações mostradas a seguir, decida se o mecanismo é uma substituição
nucleofílica de primeira ordem (SN1) ou se é de segunda ordem (SN2), explicando a sua resposta.
Solução – O exercício a oferece uma escolha entre uma reação SN2 em um átomo de carbono terciário
alfa à carbonila ou um mecanismo SN1 próximo à carbonila. Esse é um dos poucos exemplos de reação
SN2 em carbono terciário, devido ao aumento da reatividade proporcionado pela carbonila como
mostra o esquema a seguir. A azida é também um excelente nucleófilo, pois é pouco volumoso e
aniônico.
N
O N O
N
Br
N N N O O
Os exercícios b e c tratam da adição do mesmo nucleófilo (PrO) ao mesmo substrato (epóxido) em
condições reacionais diferentes. No exercício b o nucleófilo é adicionado ao carbono terciário do
epóxido, ou seja, com maior caráter de carbocátion, o que sugere um processo SN1. Além disso, o
meio ácido proporciona a formação de um grupo de saída melhor. Na letra c a regioseletividade
invertida sugere um mecanismo SN2. Outro indício é o nucleófilo aniônico proveniente da catálise
básica. Note que a inversão de configuração ocorre nas duas reações. Isso é esperado para a reação
SN2 e pode ocorrer para a reação SN1, pois o lado oposto do cátion não é bloqueado pelo grupo OH .
Se você explicar a inversão de configuração em b como sendo proveniente de um estado de transição
catiônico com maior liberdade, também estará correto.
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b) O
OH n-PrOH
O H -H
OH OH
(+)
OH PrOH
(+)
Alternativa (+) OH
b) OH
O
O
OPr
8ª Questão: Considerando o equilíbrio conformacional da cetona cíclica mostrada a seguir, explique
por que o confôrmero A predomina em DMSO (100% A), enquanto que B é o maior confôrmero em
iso-octano (22% A: 78% B).
Solução – O confôrmero A predomina em DMSO, pois é a conformação mais estável visto que os
substituintes estão em posições equatoriais minimizando as interações 1,3-diaxiais. Cabe ressaltar que
em DMSO a ligação de hidrogênio predominante é a intermolecular entre a hidroxila do confôrmero e
a carbonila do solvente. Já em iso-octano, solvente apolar, a predominância é da ligação de hidrogênio
intramolecular entre a hidroxila e a carbonila do próprio confôrmero, o que permite um maior
percentual do confôrmero B, mesmo com os substituintes em posição axial. Pode-se destacar o efeito
da ligação de hidrogênio intramolecular diminuindo a liberdade conformacional do anel de seis
membros, mantendo os substituintes em posições desfavoráveis. A energia liberada pela interação
intramolecular compensa a perda de estabilidade dos grupamentos em posições axiais.
9ª Questão: Compostos contendo a estrutura morfolina trans-2,5-dissubstituída podem apresentar
diversas atividades farmacológicas, tais como antiinflamatória, antitumoral e atividade antagonista dos
receptores GABAB, como mostradas a seguir. A síntese descrita abaixo foi usada na preparação do
derivado da morfolina. Escreva a estrutura dos compostos A, B e C descrevendo a estereoquímica
correta dessas substâncias.
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Solução –
10ª Questão: Reações de benzoatos de cumila substituído em 50:50 trifluoroetanol-água como
solvente, não mostra efeito da concentração de [NaN3] na velocidade de reação, quando o nucleófilo
está numa concentração entre 0 e 0,5 M. A razão do produto, entretanto, é altamente dependente do
substituinte no radical cumila. Os substituintes doadores de elétrons favorecem a formação da azida,
enquanto que, os substituintes atratores de elétrons resultam na captura de solventes. Racionalize esses
dados experimentais.
Solução – A reação pode ocorrer em duas etapas distintas da formação do carbocátion (mecanismo
SN1). A primeira delas é no carbocátion intimamente associado ao grupo de saída e a segunda é no
carbocátion separado do par iônico, como mostra o esquema a seguir. Quando o substituinte X são
grupos doadores de elétrons, estes aumentam a estabilidade do carbocátion formado por
deslocalização de elétrons e consequentemente o seu tempo de meia-vida o que permite a reação com
o nucleófilo aniônico em menor concentração, porém mais forte, no estágio do carbocátion separado
do par iônico. Quando o substituinte X são grupos atratores de elétrons o carbocátion formado é
menos estável, com tempo de meia-vida menor e a reação ocorre no estágio de par iônico intimamente
associado preferencialmente com o solvente que está em concentração maior.
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