Perfil de reação aldol nitroso (MORFOLINA)

5.2.1.1 Perfil de reação de adição n-/o-nitroso de todas confomações (MORFOLINA)

De acordo com o perfil de reação mostrado na Figura 20, a reação possui três etapas, sendo assim será feito uma análise relativo aos perfis de reação.

Figura 20 - Perfil das conformações da reação de adição n-/o-nitrosobenzeno e 1-

morfolinaciclohexeno.

Fonte: autor.

Analisando o perfil de reação de todas conformações, nota-se que o TS1_O_ENDO_B/S(M) e o TS1_O_EXO_B/S(M) são os estados de transições mais estáveis de todas as conformações, visto que há apenas uma pequena diferença de energia entre eles, sendo ∆G = +23,4 kcal mol-1 _{e ∆G = +21,94 kcal mol}-1_,

respectivamente (QUADRO 1). Os estados de trasições TS1_BENZ_EXO_B/H(M) e

∆G (kcal mol-1₎ TS1 INT TS1 TS2 TS1 P (N-Nitroso) R COORDENADA DE REAÇÃO P (O-Nitroso)

TS1_BENZ_ENDO_B/H(M), possuem energias semelhantes, apesar de apresentarem estruturas conformacionais diferentes. O TS1_O_ENDO_B/H(M), TS1_O_EXO_B/H(M), TS1_BENZ_ENDO_B/S(M) e TS1_BENZ_EXO_B/S(M), difere entre si na geometria, contudo os valores de suas energias são vicinais, conforme mostrado nos Quadro 1 e Quadro 2.

Quadro 1 - Energia livre de gibbs (∆g – kcal mol-1) das etapas da reação de adição

n-nitroso (morfolina).

Fonte: autor.

Quadro 2 - Energia livre de gibbs (∆g – kcal mol-1) das etapas da reação de adição

o-nitroso (morfolina).

Fonte: autor.

Na segunda etapa, aparece os intermediários zwitteriônicos, dos quais dois obtiveram por adotar uma conformação (vide Figura 16) de um anel de quatro membros, são eles: INT_O_ENDO_B/H(M) e o INT_ BENZ_EXO_B/S(M), onde as cargas opostas desses intermediários possuem uma interação muito forte, sendo assim, tornando-os altamente estáveis, comparado às outras conformações em questão. No Quadro 1 e Quadro 2, tem-se os respectivos valores da variação da energia livre de Gibbs (∆G). O INT_ O_ENDO_B/H(M) é a conformação que apresenta a maior estabilidade, sendo ∆G = +0,14 kcal mol-1_{, já o INT_ BENZ_EXO_B/S(M) ∆G}

= +2,1 kcal mol-1_. O_ENDO _B/H(M) O_EXO _B/H(M) O_ENDO _B/S(M) O_EXO _B/S(M) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 29,91 29,88 23,4 21,94 Intermediário 0,14 29,56 17,57 20,31 TS2 24,41 24,41 18,51 18,51 Produtos -9,92 -9,92 -9,92 -9,92 BENZ_EXO _B/H(M) BENZ_ENDO _B/H(M) BENZ_ENDO _B/S(M) BENZ_EXO _B/S(M) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 34,34 33,67 28,70 29,51 Intermediário 32,31 31,14 21,59 2,10 TS2 31,34 31,34 30,79 30,79 Produtos -358 -3,58 -3,58 -3,58

Na terceira etapa (TS2), é importante ressaltar que as conformações denominadas exo, elas se rearranjam para as conformações endo. Isso acontece por que neste momento do mecanismo ocorre o fenômeno de rearranjo intramolecular, ou seja, o prototropismo. As conformações endo está numa posição mais favorável à captura do próton devido à sua proximidade do mesmo. Assim, ficando apenas com quatro conformações a serem analisada: TS2_O_ENDO_B/H(M), TS2_O_ENDO_B/S(M), TS2_BENZ_ENDO_B/H(M) e TS2_BENZ_ENDO_B/S(M). Os TS2’s apresentados possuem uma conformação do tipo cadeira (Figura 21).

As duas primeiras conformações estão em destaque visto que elas apresentam os confômeros menos instáveis, sendo TS2_O_ENDO_B/S(M) a mais estável de todas. Isso pode ser atribuído à possibilidade de interação do benzeno com o substrato. Assim, com o estudo dessas conformações pode-se traçar uma idéia de como se dá as etapas da reação.

5.2.1.2 Perfil de reação de adição n-/o-nitroso com conformações endo (MORFOLINA)

Conforme apresentado no item anterior, as conformações endo possuem uma posição favorável à captura do próton. Sendo assim, analisou-se de forma separada os perfis de reação destas conformações (Figura 21).

Figura 21- Perfil das conformações endo da reação de adição n-/o-nitrosobenzeno e

1-morfolinaciclohexeno.

Fonte: autor.

Fazendo uma comparação entre a conformação O_ENDO_B/H(M) e O_ENDO_B/S(M) aldol N-nitroso, observa-se que o TS1_O_ENDO_B/S(M) é mais estável e atribui-se a essa estabilidade a interação entre o substrato e o benzeno. A morfolina tem em sua estrutura um átomo de oxigênio, o qual acomoda melhor a densidade de elétrons. Sendo assim, há uma diferença de ∆G =+6,51 kcal mol-1

(Quadro 3). ∆G (kcal mol-1₎ TS1 INT TS1 TS2 TS1 P (N-Nitroso) R COORDENADA DE REAÇÃO P (O-Nitroso)

Quadro 3 - Energia livre de gibbs (∆g – kcal mol-1) das etapas endo da reação de

adição n-/o-nitroso (morfolina).

Fonte: autor.

Um ponto importante a se observar é que no intermediário INT_O_ENDO_B/H(M) tem uma alta estabilidade em virtude da interação das cargas opostas do intermediário zwitteriônico. Esta forte interação faz com que se forme um anel de quatro membros. Já o INT_O_ENDO_B/S(M) é bem mais energético em relação àquele, porém formam-se intermediários zwitteriônicos de seis membros com conformação cadeira (vide Figura 16). Apesar de ser um intermediario menos estavel, a sua conformação para um rearranjo intramolecular é mais favoravel, sendo, portanto a possibilidade de confôrmero mais provavel para este perfil de reação.

Relacionando os resultados obtidos do perfil da reação aldol O-nitroso, o TS1_

BENZ_ENDO_B/S(M) representa o confôrmero mais estável. Nota-se que quando o

benzeno do nitrosobenzeno encontra-se sobre o substrato, nesse caso a morfolina, há uma estabilidade melhor àquela conformação em que o benzeno não se encontra sobre o substrato. Isso é atribuído à acomodação de densidade eletrônica, visto que a posição do benzeno é próxima ao oxigênio (átomo mais eletronegativo) da morfoflina (QUADRO 3).

É interessante ressaltar que tanto o TS2_ BENZ_ENDO_B/S(M) quanto TS2_ BENZ_ENDO_B/H(M) possuem conformações completamente distintas, mas possuem o ∆G muito proximos, sendo uma diferença energetica de ∆G = 0,55 kcal mol-1_{. Um outro ponto é que a conformação INT_ BENZ_ENDO_B/S(M) forma um}

intermediário com um anel de quatro membro, sendo a forte interação entre as cargas oposta do intermediario zwirtteriônico.

Em suma, o caminho de reação O_ENDO_B/S(M) é o mais suscetível a representar o perfil da reação aldol N-/O-nitroso, visto que as etapas são favoráveis

O_ENDO _B/H(M) O_ENDO _B/S(M) BENZ_ENDO _B/H(M) BENZ_ENDO _B/S(M) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 29,91 23,40 33,67 28,70 Intermediário 0,14 17,57 31,14 21,59 TS2 24,41 18,51 31,34 30,79 Produtos -9,92 -9,92 -3,58 -3,58

cineticamente. Em contrapartida o caminho O_ENDO_B/H(M) é favorável termodinamicamente.

Lewis (1972) realizou experimentalmente a reação em questão estudada, mostrando que o produto majoritário é o da adição N-nitroso. Alem disso os perfis de reação (Figura 22) faz-se inferir que o caminho de reação mais provável, ou seja, mais favorável energeticamente é o O_ENDO_B/S(M). Muito embora o INT_ O_ENDO_B/S(M) não seja o mais estável, contudo os estados de transições são os mais estáveis e menos energético dos perfis encontrados. Isso corrobora com Lewis (1972) em que o produto α-hidroxiamino é o obtido em maior porcentagem, quase que exclusivamente. Sendo assim, a metodologia computacional adotada para o entendimento das etapas da adição N-/O-nitroso obteve sucesso. (Lewis, 1972)