Coiodination of alkenes with oxygenated nucleophiles: intramolecular reactions

Quimica nova

Jones Jr., Joel¹  Mattos, Marcio C. S. de¹  Silva, Flavia Martins da¹  Sanseverino, Antonio Manzolillo¹ 

[1] Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro

关键词: cohalogenation;    alkenes;    iodine;    electrophilic addition.  ;     ;    INTRODUÇÃO A halogenação eletrofílica de alquenos para formar dialo-alcanos vicinais é um processo bem conhecido na literatura1;    sendo geralmente observada alta estereosseletividade trans e orientação tipo Markovnikov2 ao se utilizar um substrato não simétrico. Quando a halogenação é feita em presença de um nucleófilo ou de um solvente nucleofílico (água;    álcoois;    nitrilas;    etc);    pode ocorrer a incorporação deste no substrato;    levando a produtos difuncionalizados como haloidrinas (b-halo-álcoois);    b-halo-éteres;    etc;    sendo esta reação conhecida como ";    coalogenação";    3. Como vários reagentes de halogenação eletrofílica de alquenos são conhecidos e disponíveis (halogênios;    pseudo-halogênios;    N-halo-amidas;    etc);    as reações de coalogenação vêm despertando o interesse de vários químicos orgânicos sintéticos devido à sua grande aplicabilidade3b. A versão intramolecular desta reação também é bastante utilizada em síntese;    possuindo importância através de halo-ciclizações4. No Esquema 1;    estão apresentadas algumas reações de adição eletrofílicas de halogênios a alquenos5.  ;    O mecanismo usualmente aceito para a coalogenação de alquenos envolve inicialmente a formação de um complexo p entre o alqueno e o halogênio;    seguida da sua decomposição para um íon halônio cíclico e abertura por um nucleófilo para originar um produto halo-funcionalizado vicinal2;    3b;    como mostrado no Esquema 2.  ;    Iodetos orgânicos são bastante úteis em síntese orgânica e em medicina. Em síntese orgânica;    sua utilidade está na fácil interconversão de grupos funcionais;    visto que diversas reações da ligação C-I são conhecidas;    em especial as substituições a partir de processos nucleofílicos ou radicalares6. Já em medicina;    compostos orgânicos contendo iodo radioativo são empregados como auxiliares em radiodiagnóstico7. A maneira mais direta de se introduzir átomos de iodo a partir de um alqueno talvez seja pela reação de iodação. Entretanto;    essa reação é reversível8;    embora seja possível deslocar o equilíbrio para a formação de produtos utilizando um excesso de substrato9. A adição de iodo a compostos insaturados é muito lenta;    quando comparada com as adições de Cl2;    Br2 ou halogênios mistos10. Além disso;    diiodo-compostos vicinais são instáveis em certas condições;    podendo ocorrer reações de substituição ou eliminação. Por exemplo;    à temperatura ambiente o 1;    2-diiodo-butano sofre eliminação acelerada por luz11;    enquanto que o 1;    2-diiodo-pentano é decomposto em presença de pequenas quantidades de iodo durante a destilação para sua purificação12. Em reações de iodação de alquenos;    o íon iodônio intermediário já foi isolado em certos casos e sua estrutura confirmada por raio X;    como por exemplo;    o formado na reação de iodo com adamantil-adamanteno em presença de AgOTf. Neste caso;    como foi utilizado um sal de prata com um contra-íon de pouca nucleofilicidade e um alqueno cuja estrutura dificulta o ataque do nucleófilo para a abertura do íon iodônio devido à repulsão estérica;    o íon iodônio é estável a ca. - 15 oC e pode ser estudado13. Como esperado;    este intermediário cíclico é simétrico;    sendo os comprimentos das ligações C-I praticamente iguais (~2;    3 Å);    o da ligação C-C um pouco menor (~1;    5 Å);    os ângulos C-I-C de 36o e os ângulos I-C-C de cerca de 71o (Figura 1). ;    Apesar dos problemas mencionados;    a iodo-funcionalização (ou coiodação) de alquenos com vários nucleófilos é obtida satisfatoriamente com o emprego de diversos agentes de iodação eletrofílica como I2 assistido por sais metálicos;    N-iodo-succinimida;    pseudo-halogênios;    etc;    sendo que as aplicações em síntese orgânica são numerosas3b. Assim;    o objetivo deste trabalho é mostrar a utilidade das reações de coiodação de alquenos com nucleófilos oxigenados. Serão apresentados diferentes reagentes de iodação eletrofílica e discutidas as reações intermoleculares com suas aplicações em síntese orgânica.  ;    COIODAÇÃO INTERMOLECULAR DE ALQUENOS COM NUCLEÓFILOS OXIGENADOS Coiodação de Alquenos Utilizando I2 Assistido por Sais Metálicos A velocidade de adição de iodo a compostos insaturados é bem mais lenta do que a adição de outros halogênios ou halogênios mistos10;    e uma das maneiras de acelerá-la é através da assistência de sais metálicos. Por exemplo;    com posterior decomposição pelo sal metálico ao íon iodônio;    sendo este último aberto nucleofilicamente para originar o produto difuncionalizado15;    como mostrado no Esquema 3.  ;    Está bem relatado na literatura que sais de Ag(I)16 são tradicionalmente empregados para assistir a coiodação de alquenos com solventes nucleofílicos oxigenados. Todavia;    outros sais mais baratos e disponíveis comercialmente também podem ser utilizados com excelentes resultados;    sendo verificado que o contra-íon e a natureza do sal metálico têm grande influência na formação de produtos nas reações de coiodação. Na Tabela 1 estão apresentados os resultados da coiodação do ciclo-hexeno com água em presença de alguns sais métalicos. Pode-se observar que a reação em presença de CuCl2 leva à formação do cloro-iodo-ciclo-hexano como produto principal. No entanto;    a substituição do contra-íon do sal metálico para um bem menos nucleofílico (sulfato) leva à formação exclusiva da iodoidrina;    não sendo observado o produto de incorporação do contra-íon do sal14. Um resultado análogo foi obtido com sais de Ce(IV);    onde pelo emprego de (NH4)2Ce(NO3) 6 forma-se o iodo-nitrato além da iodoidrina;    enquanto que com o emprego de Ce(SO4)2 só foi detectada a iodoidrina17. ;    Assim;    a coiodação de alquenos com diferentes nucleófilos em presença de um sal metálico com contra-íon de baixa nucleofilicidade permite a preparação de diversos compostos b-iodo-funcionalizados pela escolha adequada do nucleófilo (ou solvente) presente na reação. Com essa idéia;    Barluenga e colaboradores18 mostraram a eficácia de Cu(BF4)2 (facilmente preparado pela reação entre CuO e HBF4 aq.) em reações de coiodação de alquenos com vários nucleófilos e obtiveram bons rendimentos de produtos iodo-funcionalizados vicinais. Nesse contexto;    iodoidrinas14;    b-iodo-éteres19 e b-iodo-acetatos20 podem ser obtidos a partir da coiodação de vários alquenos com água;    álcoois e ácido acético;    respectivamente;    em presença de sais metálicos facilmente disponíveis (eq.2). Os melhores resultados foram observados com Cu(OAc)2·H2O e Fe2(SO4)3;    porém KIO321;    Pb(OAc)222 e outros sais menos comuns;    como Tl(OAc)323;    a estequiometria das reações de coalogenação de alquenos assistida por sais metálicos é tal que o substrato e o iodo são utilizados em quantidades equimolares. Uma exceção interessante é o caso do Cu(OAc)2· H2O onde;    após a geração do íon iodônio;    o CuI2 formado se desproporciona a Cu2I2 e I2 (Esquema 4)15a. Desta forma;    o iodo é regenerado e pode ser empregado em menos de 1 equiv. mol em relação ao alqueno;    o que é uma vantagem considerável do sal de Cu(II) em relação aos outros sais metálicos.  ;    Coiodação de Alquenos Utilizando Excesso de I2 A adição de 1 equiv. mol de I2 a um alqueno em presença de etanol é muito lenta e fornece o b-iodo-éter em baixo rendimento25. Já a coiodação de alquenos com dioxano aquoso ou álcoois (solventes da reação) em presença de 2 equiv. mol de iodo mostrou ser uma forma simples e eficiente de preparação de iodoidrinas e b-iodo-éteres;    respectivamente (eq.3)25. Todavia;    este resultado é surpreendente;    visto que vai contra a literatura15;    26;    pois em ausência do sal metálico deveria ocorrer um baixo rendimento do produto de coiodação;    além da formação do 1;    2-diiodo-alcano como produto lateral15a. No entanto;    o método provou ser genérico;    como nas reações assistidas;    possibilitando assim a decomposição do complexo p ao íon iodônio cíclico (Esquema 5)25. A cinética de reação de iodo com um alqueno não é um processo simples;    sendo que as ordens de reação variam drasticamente de acordo com a polaridade do solvente8. Por outro lado;    a não detecção de diiodo-alcanos poderia estar relacionada à baixa nucleofilicidade do íon iodeto através de sua solvatação pelo iodo formando o ânion triiodeto1 (o triiodeto é considerado um eletrófilo melhor que iodo27).  ;    No final da década de 70;    Rutledge e colaboradores28 relataram um método de síntese de iodoidrinas pela coiodação de alquenos com água em presença de 2;    comparando-se a metodologia de Rutledge com a que emprega 2 equiv. mol e I2 em dioxana aquosa ou álcoois25;    a primeira parece ser mais complexa (devido à possibilidade do sulfolano participar da reação oxidando o HI a iodo egerando sulfóxido) e ter tempos reacionais bem maiores (mais de 24 h);    além de um procedimento experimental mais trabalhoso (como o uso de solventes anidros;    para o caso dos b-iodo-éteres). Coiodação de Alquenos Utilizando N-Halo-Amidas Uma outra metodologia utilizada para a coiodação de alquenos é a sua reação com N-iodo-amidas;    reagentes de iodação eletrofílica empregados em meio neutro. Apesar de serem facilmente preparadas a partir da reação do seu sal de prata com I2;    as N-iodo-amidas descritas na literatura e empregadas como fonte de iodo eletrofílico em reações de coiodação não são muitas (Figura 2);    sendo que a NIS é comercial e a mais amplamente utilizada. ;    Assim;    diversas reações de coiodação de alquenos com nucleófilos oxigenados em presença de N-iodo-amidas estão descritas na literatura. A NIS foi empregada para preparação de iodoidrinas29;    b-iodo-éteres30 e b-iodo-carboxilatos31. Já a NISac;    foi utilizada para a obtenção de iodoidrinas e b-iodo-éteres32;    Diner e Lown35 prepararam o nitrato de bis(piridina)-iodônio(I) [I(py)2NO3] e estudaram sua reação com alquenos. Embora fosse uma doador eficiente de iodônio;    a utilização daquele reagente apresentou limitações severas em termos sintéticos;    devido à presença do ânion nitrato;    que pode atuar como nucleófilo. Já Barluenga e colaboradores5i prepararam o tetrafluoroborato de bis(piridina)iodônio(I) [I(py)2BF4)];    pela reação de iodo / piridina com Hg(BF4)2 suportado em sílica e demonstraram a sua eficácia para a coiodação de alquenos com vários nucleófilos (Esquema 6). Diferentemente do reagente anterior;    o I(py)2BF4 tem a vantagem de possuir um contra-íon muito pouco nucleofílico;    não sendo assim observadas reações paralelas.  ;    que leva à formação de ácido hipoiodoso in situ. Segundo os autores;    para o caso do 1-octeno foi obtido regioespecificamente o isômero com orientação Markovnikov38 (eq.7);    que também gera o ácido hipoiodoso in situ;    o método é superior ao da utilização de NIS / AcOH (Esquema 7)40.  ;    Comparação entre as Metodologias de Coiodação de Alquenos A Tabela 2 mostra uma comparação entre as diversas metodologias empregadas para a coiodação do ciclo-hexeno com água. A preparação do trans-2-iodo-ciclo-hexanol foi escolhida como referência;    embora muitos dos métodos apresentados sejam também utilizados com outros alquenos e diferentes nucleófilos oxigenados. ;    Analisando-se essa tabela;    observa-se que o rendimento para a obtenção do trans-2-iodo-ciclo-hexanol varia de 74 a 99 %;    dependendo da metodologia de coiodação empregada. De todas elas;    a coiodação assistida pelo acetato cúprico parece ser a mais simples;    pois emprega reagentes facilmente disponíveis. Embora o NIS forneça o produto num rendimento maior;    este reagente é sensível ao ambiente;    relativamente caro e precisa ser importado;    o mesmo ocorrendo com o sulfato de cério(IV). A metodologia que emprega 2 equiv. mol de iodo também parece promissora;    porém;    em termos de custo;    é consideravelmente mais elevada;    visto que o segundo equiv. mol não é incorporado na reação (a metodologia mais barata seria o emprego de acetato cúprico que emprega apenas 0;    75 equiv. mol de iodo).  ;    APLICAÇÕES DE REAÇÕES DE COIODAÇÃO EM SÍNTESE ORGÂNICA Iodoidrinas Epóxidos são intermediários importantes e versáteis em química orgânica sintética41 e podem ser facilmente preparados pela ciclização de haloidrinas com bases42. Assim;    a conversão de alquenos em epóxidos via haloidrinas é sinteticamente interessante;    pois esta pode ser uma rota alternativa aos perácidos e análogos (que são potencialmente explosivos). Além disso;    essa rota também permite a obtenção do epóxido com a estereoquímica oposta à obtida com perácidos3b (Esquema 8).  ;    Cloro- e bromoidrinas são facilmente preparadas pela halogenação de alquenos em meio aquoso. No entanto;    a síntese de iodoidrinas por este método é mais difícil43 devido à reversibilidade da adição de iodo à ligação dupla. Por este motivo;    as iodoidrinas são tradicionalmente preparadas a partir de a-iodo-cetonas44;    epóxidos45;    outras haloidrinas46 ou pela iodação de alquenos em presença de agentes oxidantes43. Assim;    a coiodação de alquenos com água assistida por sais metálicos parece ser uma rota simples para a obtenção de iodoidrinas a partir de alquenos47. Em certos casos;    ocorre também a possibilidade de estereo-48 e quimiosseletividade48a;    como relatado em alguns trabalhos que usaram Ag2O para assistir a coiodação de alquenos e ocorreu a formação do epóxido in situ a partir da iodoidrina (Esquema 9).;   

DOI  :  10.1590/S0100-40422001000500011

学科分类：化学（综合）

来源: Sociedade Brasileira de Quimica

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