Índice de Figuras
1.2 Compostos de Iodo Hipervalente: Classificação e Considerações Gerais
A designação N-X-L é uma maneira conveniente para a classificação sistemática de compostos hipervalentes. Essa notação representa um átomo central (X) contendo (N) elétrons na camada de valência e que se encontra ligado a (L) ligantes.8
Xe F F F F 12-Xe-4 10-F-2 F I F Ph 10-I-3 F P F F F F 10-P-5 Br O O 10-Br-3 Cl S O Ph CF3 F3C F3C CF3 10-S-4 1 2 3 4 5 6 F F F
Figura 3: Alguns compostos hipervalentes e as respectivas designações N-X-L.
O trifluoreto (1) é um íon no qual o átomo central contém 10 elétrons de valência e está ligado a dois ligantes, sendo designado como 10-F-2, enquanto que, no (difluoroiodo)benzeno (2) o
8 Perkins, C. W.; Martin, J. C.; Arduengo, A. J.; Lau, W.; Alegria, A.; Kochi, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7753- 7759.
iodo se liga a três substituintes e possui 10 elétrons de valência. O composto de bromo hipervalente 3 tem estrutura semelhante àquela verificada em 2; ambas são classificadas como 10-X-3. O clorosulfurano 4, o qual apresenta atividade óptica, é classificado como 10-S-4 em virtude de o enxofre estar ligado a quatro substituintes e ter 10 elétrons de valência. O tetrafluoreto de xenônio (5) é um composto do tipo 12-Xe-4 e o pentafluoreto de fósforo (6) é classificado como 10-P-5 (figura 3).9
O elemento iodo forma facilmente compostos hipervalentes e as razões para essa característica residem no tamanho grande desse átomo e no potencial de ionização baixo. De acordo com a designação N-X-L, os compostos de iodo hipervalente podem ser divididos em seis classes mais comuns. As duas primeiras classes, 8-I-2 (7) e 10-I-3 (8), são derivadas de iodo trivalente e chamadas de iodanos, enquanto que, as duas próximas, 10-I-4 (9) e 12-I-5 (10), são denominadas periodanos e derivadas de iodo pentavalente. As classes 14-I-6 (11) e 14-I-7 (12) são as que contêm iodo heptavalente, sendo que somente compostos inorgânicos como o heptafluoreto de iodo, o oxifluoreto de iodo e derivados do ácido periódico são conhecidos como membros dessas classes (figura 4).10 As classes 7-10 são de especial importância, uma vez que compostos pertencentes a essas classes são capazes de promover inúmeras reações de grande utilidade em sínteses orgânicas.
I L L L L L 12-I-5 L I L L 10-I-3 8 10 I L L 8-I-2 7 L I L L 10-I-4 9 L I L L L L L 14-I-6 11 O 14-I-7 12 I L L L L L L L
Figura 4: Classificação dos compostos de iodo hipervalente.
A estrutura eletrônica dos iodanos 8, espécies 10-I-3, é análoga àquela discutida anteriormente para a molécula de PF5 (figura 2). Por exemplo, no (dicloroiodo)benzeno, o
substituinte fenila ocupa uma das posições equatoriais de uma bipirâmide trigonal e está ligado ao átomo de iodo através de uma ligação covalente formada por orbitais híbridos sp2 do iodo e do
carbono. Os dois pares de elétrons não compartilhados do iodo ocupam as outras posições
9 Akiba, K.-Y. Em Chemistry of Hypervalent Compounds; Akiba, K.-Y., Ed.; Wiley-VCH: New York, 1999; cap. 2, pp. 9-47.
10 Zhdankin, V. V.; Stang, P. J. Em Chemistry of Hypervalent Compounds; Akiba, K.-Y., Ed.; Wiley-VCH: New York, 1999; cap. 11, pp. 327-358.
equatoriais. Os átomos de cloro ocupam as posições axiais, ligando-se ao iodo através de uma ligação 3c-4e formada entre um orbital 5p do átomo de iodo e um orbital 3p de cada átomo de cloro. Assim, as moléculas de iodanos como o (dicloroiodo)benzeno têm formato de um T.10, 11
Os sais de iodônio 7, representados por 8-I-2, podem ser imaginados como derivados dos iodanos 8, nos quais um ligante é significantemente muito mais eletronegativo que os outros, fazendo com que esses compostos tornem-se iônicos. Nos sais de diaril-iodônios, o ângulo C-I-C é de cerca de 92° e as ligações iodo-carbono são equivalentes, possuindo caráter muito mais covalente que hipervalente. Na verdade, em sais iônicos como o tetrafluoroborato de difenil-iodônio não existe ligação hipervalente, entretanto, muitos membros dessa série, especialmente aqueles com ânions haletos, não são iônicos, conforme indicam os dados de comprimentos das ligações obtidos por cristalografia de raios-X.10
Nos periodanos 10, classificados como 12-I-5, duas ligações hipervalentes (3c-4e) estão presentes em um arranjo octaédrico. A ligação entre o iodo e o ligante localizado na posição oposta ao par de elétrons, normalmente um átomo de carbono, é uma ligação covalente normal. As duas ligações 3c-4e são ortogonais e acomodam os outros quatro ligantes mais eletronegativos. A geometria resultante para a molécula é uma pirâmide de base quadrada.11
O primeiro composto orgânico de iodo hipervalente preparado foi o (dicloroiodo)benzeno, sintetizado em 1886 por Willgerodt.12 Entretanto, muitas décadas se passaram até que as primeiras reações por ele promovidas fossem descobertas. Da mesma forma, a primeira preparação do ácido o-iodilbenzóico data de 1893,13 porém, as propriedades oxidantes extraordinárias desse composto só foram divulgadas cerca de cem anos depois.
Desde o início dos anos 80, um crescimento espantoso vem ocorrendo na área relacionada aos compostos de iodo hipervalente. Vários fatores podem ser listados para explicar esse interesse:
i) o desenvolvimento da teoria da ligação hipervalente, que possibilitou o entendimento da estrutura e reatividade dos compostos hipervalentes;
ii) o reconhecimento da similaridade entre compostos hipervalentes dos elementos fundamentais, como as espécies orgânicas de iodo, e compostos dos metais de transição com respeito à reatividade (troca de ligantes, eliminação redutiva);
11 a) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 1, pp. 1-7. b) Koser, G. F. Em The Chemistry of Halides, Pseudo-Halides and Azides, Suppl. D2; Patai, S.; Rappoport, Z., Eds.; Wiley-Interscience: Chichester, 1995; cap. 21, pp. 1173-1274. c) Koser, G. F. Em The Chemistry of Halides, Pseudo- Halides and Azides, Suppl. D; Patai, S.; Rappoport, Z., Eds.; John Wiley: Chichester, 1983; cap. 18, pp. 721-811.
12 Willgerodt, C. J. Prakt. Chem. 1886, 33, 154-160.
iii) a percepção de que as reatividades das espécies de iodo(III) são similares àquelas dos compostos de Hg(II), Tl(III), Mn(III) e Pb(IV), sem os problemas ambientais e de toxicidade dos compostos de metais pesados;
iv) a disponibilidade comercial de diversos compostos de iodo hipervalente, como o diacetato de iodobenzeno, o qual pode ser utilizado como precursor de outros compostos de iodo(III) hipervalente, além da aplicação como reagente em oxidações diversas;
v) o descobrimento de novos reagentes e de diversas reações promovidas por compostos de iodo hipervalente, as quais se tornaram confiáveis a ponto de serem aplicadas na síntese orgânica de moléculas de alta complexidade.
O caráter eletrofílico pronunciado e a habilidade de bom grupo abandonador do feniliodônio determinam o padrão de reatividade dos compostos de iodo hipervalente. O átomo de iodo, como centro eletrofílico, pode ser atacado por um nucleófilo com posterior eliminação de um dos ligantes (troca de ligantes) originando uma nova espécie de iodo hipervalente. As ligações hipervalentes fracas dessa nova espécie podem ser quebradas facilmente, dependendo das condições de reação, levando à formação de iodobenzeno e dos produtos finais de reação (eliminação redutiva).
Vários compostos de iodo hipervalente tornaram-se reagentes muito importantes e são freqüentemente empregados em diversas reações orgânicas. Apesar de muito desses reagentes serem disponíveis comercialmente, a preparação da maioria deles é feita sem maiores dificuldades.14 O composto polimérico iodosilbenzeno (IOB, 13, figura 5),15 também chamado de iodosobenzeno, é formalmente o anidrido do diidróxi-iodobenzeno, o qual é instável e não pode ser isolado. Esse reagente é utilizado para executar diversos tipos de transformações, incluindo epoxidações de alquenos e oxidações de álcoois a compostos carbonílicos com concomitantes rearranjos.16
Haletos de difenil-iodônio (14)17 são reagentes muito úteis para promover arilações em
diversas classes de compostos orgânicos, como alquenos e silil-enol-éteres, os quais são convertidos
14 Para preparações de diversos compostos de iodo hipervalente ver: a) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic
Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 2, pp. 9-18. b) Vogel, A. I.; Furniss, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. G.; Tatchell, A. R. Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry; 5a. ed.; Longman Scientific & Technical: Harlow, 1989; pp. 868-872.
15 Para preparação de 13 ver também: a) Saltzman, H.; Sharefkin, J. G. Em Organic Syntheses; Baumgarten, H. E., Ed.; John Wiley: New York, 1973; Coll. Vol. 5, pp. 658-659. b) Lucas, H. J.; Kennedy, E. R.; Formo, M. W. Em Organic Syntheses; Horning, E. C., Ed.; John Wiley: New York, 1955; Coll. Vol. 3, pp. 483-485.
16 Para revisão ver: Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 5, pp. 79-98.
17 Para preparação do iodeto de difenil-iodônio ver também: Lucas, H. J.; Kennedy, E. R. Em Organic Syntheses; Horning, E. C., Ed.; John Wiley: New York, 1955; Coll. Vol. 3, pp. 355-356.
respectivamente a derivados de estirenos e a α-fenilcetonas.18 Outro sal de iodônio muito útil é o
triflato de fenil-[2-(trimetilsilil)-fenil]-iodônio (15), que mediante a ação de íons fluoreto é convertido brandamente ao intermediário benzino e utilizado na obtenção de cicloadutos diversos.19
I OAc OAc I O O CF3 CF3 O O I OAc AcO OAc O O 17 19 23 16 I O O CF3 CF3 O O 20 F F F F F I OTs OH 18 13 21 (C6H5IO)n (C6H5IO2)n O I O HO O 22 Reagentes de I(III) Reagentes de I(V) I Cl Cl I X I SiMe3 15 14 (X = F, Cl, Br, I) TfO
Figura 5: Alguns reagentes de iodo hipervalente empregados em sínteses orgânicas.
O (dicloroiodo)benzeno (16, figura 5)20 pode ser utilizado não apenas em reações de
cloração, mas também em oxidações. Alguns exemplos são as clorações de hidrocarbonetos
18 Para revisões ver: a) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 8, pp. 133-153. b) Merritt, E. A.; Olofsson, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9052-9070. c) Grushin, V. V. Chem. Soc. Rev. 2000, 29, 315-324. d) Koser, G. F. Em The Chemistry of Halides, Pseudo-Halides and Azides, Suppl. D; Patai, S.; Rappoport, Z., Eds.; John Wiley: Chichester, 1983; cap. 25, pp. 1265-1351.
19 Para preparação e utilização de 15 na obtenção de cicloadutos ver: a) Kitamura, T.; Todaka, M.; Fujiwara, Y. Em
Organic Syntheses; Roush, W. R., Ed.; John Wiley: New York, 2002; Vol. 78, pp. 104-112. b) Kitamura, T.; Yamane, M.; Inoue, K.; Todaka, M.; Fukatsu, N.; Meng, Z.; Fujiwara, Y. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11674-11679. c) Iiba, E.; Hirai, K.; Tomioka, H.; Yoshioka, Y. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14308-14309. d) Xue, J.; Yang, Y.; Huang, X. Synlett 2007, 1533-1536. e) Kitamura, T.; Meng, Z.; Fujiwara, Y. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 6611-6614.
20 Para preparação de 16 ver também: Lucas, H. J.; Kennedy, E. R. Em Organic Syntheses; Horning, E. C., Ed.; John Wiley: New York, 1955; Coll. Vol. 3, pp. 482-483.
saturados e insaturados e de compostos aromáticos e heterocíclicos e as oxidações de sulfetos a sulfóxidos ou a α-cloro-sulfóxidos.21
O diacetato de iodobenzeno (IBDA, 17)22 é um dos mais versáteis reagentes de iodo(III)
hipervalente e também um material de partida importante para a preparação de muitos outros reagentes de iodo. Dentre os inúmeros tipos de reações de grande valor para a síntese orgânica promovidas por esse reagente, pode-se citar: a acetoxilação de silil-enol-éteres para fornecer os respectivos 2-acetóxi-derivados, a transformação de cetonas enolizáveis nos respectivos α-hidróxi- dimetilcetais na presença de hidróxido de potássio em metanol, a conversão fotoquímica de álcoois alílicos aos respectivos α-iodo-epóxidos na presença de iodo, além da síntese de diversos sistemas heterociclos.23 As oxidações de fenóis e éteres fenílicos mediadas por IBDA, que também são reações de grande importância na síntese orgânica, estão discutidas separadamente na seção 1.3.
Também conhecido como reagente de Koser, o (hidróxi-tosilóxi-iodo)benzeno (HTIB, 18) é outro notável reagente de iodo(III), capaz de, dentre muitas outras reações, promover a conversão estereosseletiva de alquenos aos respectivos 1,2-ditosilatos de glicóis mediante adição-sin e de converter álcoois propargílicos a iodo-enonas na presença de iodo ou N-iodosuccinimida.24
O [bis(trifluoroacetóxi)iodo]benzeno (BTIB, 19)25 e seu análogo perfluorado [bis(trifluoroacetóxi)iodo]pentafluorobenzeno (20)26 são poderosos agentes oxidantes. Muitas reações promovidas por esses compostos, incluindo oxidações fenólicas, também podem ser realizadas com IBDA, entretanto, certas reações são melhores ou exclusivamente desempenhadas por eles. BTIB oxida alquinos terminais a α-hidróxi-metilcetonas em solventes aquosos e promove eficazmente a degradação tipo Hoffmann de amidas para produzir aminas, enquanto que 20, por ser um oxidante ainda mais forte que 19, oxida brandamente acetofenonas a ácidos benzóicos.27
21 Para revisão ver: Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 6, pp. 99-113.
22 Para preparação de 17 ver também: Sharefkin, J. G.; Saltzman, H. Em Organic Syntheses; Baumgarten, H. E., Ed.; John Wiley: New York, 1973; Coll. Vol. 5, pp. 660-663.
23 Para revisões ver: a) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 3, pp. 19-50. b) Prakash, O.; Singh, S. P. Aldrichimica Acta 1994, 27, 15-23. c) Prakash, O.; Saini, N.; Sharma, P. K. Synlett 1994, 221-227.
24 Para revisões ver: a) Koser, G. F. Aldrichimica Acta 2001, 34, 89-102. b) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in
Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 7, pp. 115-131.
25 Para preparação de 19 ver também: Almond, M. R.; Stimmel, J. B.; Thompson, E. A.; Loudon, G. M. Em Organic
Syntheses; Freeman, J. P., Ed.; John Wiley: New York, 1993; Coll. Vol. 8, pp. 132-136.
26 Para preparação de 20 ver: a) Schmeisser, M.; Dahmen, K.; Sartori, P. Chem. Ber. 1970, 103, 307-311. Para preparações aprimoradas de 19 e 20 ver: b) Page, T. K.; Wirth, T. Synthesis 2006, 3153-3155. Para a síntese de outro reagente de iodo hipervalente polifluorinado ver: c) Schäfer, S.; Wirth, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2786-2789. 27 Para revisão ver: a) Varvoglis, A. Hypervalent Iodine in Organic Synthesis; Academic Press: San Diego, 1997; cap. 4, pp. 51-78. Para alguns exemplos de aplicações sintéticas de BTIB ver: b) Han, X.-Y. Synlett 2006, 2851-2852.
Além dos reagentes de iodo(III), vários reagentes de iodo(V) também são muito úteis em sínteses orgânicas.28 O iodilbenzeno (21, figura 5),29 também conhecido como iodóxi-benzeno, é um composto polimérico, assim como 13, e por ser pouco solúvel em solventes orgânicos foi pouco explorado como agente oxidante. Apesar disso, quando na presença de quantidades catalíticas de outros reagentes, 21 é capaz de executar várias transformações de interesse sintético, como a conversão direta e eficiente de alquenos a enonas na presença de disseleneto de 2,2’-dipiridila. O ácido orto-iodilbenzóico ou o-iodóxi-benzóico (IBX, 22),30 primeiramente preparado em 1893,13 é o precursor do periodinano de Dess-Martin (23),31 o qual foi sintetizado pela primeira vez em 1983; ambos oxidantes estão entre os melhores reagentes capazes de oxidar álcoois a aldeídos ou cetonas à temperatura ambiente sem a formação de produtos de sobre-oxidações.32 No final da década de 1990, aplicações sintéticas notáveis para 22 e 23 foram descobertas e aperfeiçoadas, permitindo a simplificação da síntese de diversos compostos heterocíclicos de interesse farmacológico, bem como o rápido acesso a grupos funcionais de grande utilidade no âmbito geral da síntese orgânica. Essas aplicações encontram-se concisamente descritas na seção 1.5.