Perfil de reação aldol nitroso (PIRROLIDINA)

5.2.2.1 Perfil de reação de adição n-/o-nitroso de todas confomações (PIRROLIDINA)

Investigando os perfis de reação aldol N-/O-nitroso de todas as conformações, na primeira etapa (TS1) os TS1_O_ENDO_B/H(P), TS1_O_EXO_B/H(P), TS1_O_EXO_B/S(P), TS1_BENZ_ENDO_B/S(P) e TS1_BENZ_EXO_B/S(P) possuem conformações distintas, contudo as energias semelhantes, conforme mostrado na Figura 22 e Quadro 4. O TS1_O_ENDO_B/S(P) é o estado de transição mais estável entre todas as conformações. Semelhante à reação aldol N-nitroso com a 1-clicohexeno-1-morfolina, a posição do benzeno do nitrosobenzeno sobre o substrato levou a obter o TS1 mais estável. Sendo a conformação mais provável na adição aldol N-nitroso.

Figura 22 - Perfil das conformações da reação de adição n-/o-nitrosobenzeno e 1-

pirrolidinaciclohexeno.

Os intermediários mais estáveis energeticamente são INT_O_ENDO_B/H(P) e

INT_O_EXO_B/H(P). Para ambos, há a formação de um anel de quatro membros, o que mostra a forte interação entre as cargas opostas. Isto ocorre, também, para a adição aldol O-nitroso com as conformações INT_BENZ_ENDO_B/H(P) e INT_BENZ_EXO_B/S(P).

Já para o INT_O_ENDO_B/S(P) é formado por um anel de seis membros com conformação do tipo cadeira. Possui uma energia próxima aos intermediários

INT_BENZ_ENDO_B/S(P) e INT_BENZ_EXO_B/H(P), contudo sua geometria é

distinta. Apesar de INT_O_ENDO_B/S(P) não ser o intermediário mais estável, entretanto sua conformação é aquela que possui a melhor posição para que o prototropismo ocorra, conforme na Figura 22 e Quadro 4 e 5.

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

Quadro 4 - Energia livre de gibbs (∆g – kcal mol-1 ) das etapas da reação de adição

n-nitroso (pirrolidina).

Fonte: autor.

Quadro 5 - Energia livre de gibbs (∆g – kcal mol-1 ) das etapas da reação de adição

o-nitroso (pirrolidina).

Fonte: autor.

Na terceira etapa (TS2), obtiveram-se apenas duas conformações, uma para a adição N-nitroso e a outra para a adição O-nitroso. Ambos confórmeros possuem um estado de transição, do qual formam um anel de seis membros, levando ao ficar átomo (nitrogênio ou oxigênio do nitrosobenzeno) em uma posição favorável ao prototropismo. Além disso, observa-se que as estruturas TS2’s tem o benzeno do nitrosobenzeno posicionado sobre o substrato (pirrolidina), conforme mostrado na Figura 19.

O TS2_O_ENDO_B/S(P) é que representa o estado de transição da reação de

adição N-nitroso, sendo este mais estável que a adição O-nitroso. Já o TS2_BENZ_EXO_B/S(P) representa o estado de transição da reação de adição O- nitroso. Nota-se que o perfil de reação O_ENDO_B/S(P) é o caminho de reação mais possível, visto que nele os estados de transições (TS1 e TS2) são os mais estáveis energeticamente (vide Quadro 4 e 5). Apesar do intermediário não ser o mais estável,

O_ENDO _B/H(P) O_EXO _B/H(P) O_ENDO _B/S(P) O_EXO _B/S(P) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 26,57 25,35 20,29 25,65 Intermediário -1,66 -4,17 16,12 24,72 TS2 15,31 15,31 15,31 15,31 Produtos -8,74 -8,74 -8,74 -8,74 BENZ_EXO _B/H(P) BENZ_ENDO _B/H(P) BENZ_ENDO _B/S(P) BENZ_EXO _B/S(P) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 30,89 30,68 24,97 24,96 Intermediário 17,26 0,59 17,26 0,59 TS2 25,98 25,98 25,98 25,98 Produtos -4,00 -4,00 -4,00 -4,00

contudo é único que forma um anel de seis membros, onde posiciona de forma mais suscetível à captura do próton. Ademais, o produto de adição N-nitroso é o mais estável, com ∆G = -8,34 kcal mol-1_{, em comparação ao produto de adição O-nitroso,}

com ∆G = -4,00 kcal mol-1_.

5.2.2.2 Perfil de reação de adição n-/o-nitroso com conformações endo (PIRROLIDINA)

Estudando o perfil das conformações endo de uma forma mais detalhada, comparando os perfis entre adição N-nitroso e O-nitroso a fim de entender melhor o comportamento dos confórmeros envolvido nas reações (Figura 23).

Figura 23 - Perfil das conformações endo da reação de adição n-/o-nitrosobenzeno e

1-pirrolidinaciclohexeno.

Fonte: Autor

Realizando um comparativo entre as reações de adição N-nitroso, percebe-se que o mecanismo de reação O_ENDO_B/S(P) é cineticamente favorável, passando por um intermediário menos estável em relação ao mecanismo O_ENDO_B/H(P).

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

Além disso, a conformação do INT_ O_ENDO_B/S(P) possui a posição mais favorável à captura do próton quando chegar à última etapa, que é o TS2_ O_ENDO_B/S(P).

Por outro lado, comparando a reação de adição O-nitroso, nota-se que o caminho de reação BENZ_EXO_B/S(P) é o mais suscetível à ocorrência devido ao

TS1_ BENZ_EXO_B/S(P) ser o cineticamente mais favorável, sendo assim, formado

primeiro, contudo o intermediário é mais estável energeticamente, por fim, ambos se rearranjam para formar o mesmo TS2.

Os produtos de adição N-nitroso e O-nitroso são bastante estáveis. O P (N- nitroso), segundo os cálculos, aponta como o produto majoritário formado, visto que seu ∆G = -8,38 kcal mol-1_{. Por outro lado, o P (O-nitroso) é um pouco menos estável,}

sendo seu ∆G = -4,00 kcal mol-1_.

Em 2004 Momiyama propôs um estudo realizado um com base na pesquisa de Lewis (1972). Os autores investigaram a reação de adição N-/O-nitroso aldol com o intuito em analisar a seletividade mudando o reagente de 1-morfolinaclihexeno para 1-pirrolidinaciclohexeno, ou seja, se tem apenas uma pequena mudança estrutural que é de um oxigênio (contém na morfilina). Surpreendentemente, a reação foi seletiva para adição O-nitroso.

De acordo com os resultados obtidos com os cálculos computacionais, representado pelos perfis de reação (Figura 23), não corrobora com o estudado experimentalmente por Momiyama (2004), visto que os caminhos de reação do produto de adição O-nitroso não condiz com os resultados experimentais.

5.2.2.2 Perfil de reação de adição n-/o-nitroso com conformações endo (PIRROLIDINA)

Na tentativa de obter resultados mais acurados, calculou-se o single point dos pontos estacionários otimizados. Esta metodologia é uma forma de diminuir a demanda computacional e usar funções de base mais robustas bem como o funcional utilizado: 6-311+G(2d,p) e B2PLYP-D3. Ao perceber que as conformações das quais o benzeno do nitrosobenzeno se posicionava sobre o substrato as energias de transição, dos intermediários se demonstraram as mais estáveis energeticamente, sendo assim, escolheu-se esse funcional que em seus cálculos incluem os efeitos de dispersão.

Figura 24 - Perfil das conformações da reação de adição n-/o-nitrosobenzeno e 1-

pirrolidinaciclohexeno/ 1-morfolinaciclohexeno (single point)

Fonte: Autor

A Figura 24 representa os perfis das reações aldol N-O-nitroso tanto com a morfolina e a pirrolidina como substratos. Como se pode observar no Quadro 6 e 7, as energias de todas as conformações aumentaram de valor, contudo ao comparar com os resultados dos pontos estacionários com o funcional M06-2X e conjunto de base 6-31+G(d,p) percebeu-se que os perfis de reação não variou, ou seja, as etapas estudadas foram semelhantes nos dois caso. Para o caso da morfolina esse estudo corrobora com o explicitado por Lewis (1972). Já com a pirrolidina, os métodos utilizados não deram um resultado consoante com o que é exposto por Momiyama (2005). ∆G (kcal mol-1₎ TS1 INT TS1 TS2 TS1 P (N-Nitroso) R P (O-Nitroso) COORDENADA DE REAÇÃO

Quadro 6 - Energia livre de gibbs (∆gsp – kcal mol-1 ) das etapas da reação de

adição n-nitroso (morfolina x pirrolidina).

Fonte: autor.

Quadro 7 - Energia livre de gibbs (∆gsp – kcal mol-1 ) das etapas da reação de

adição o-nitroso (morfolina x pirrolidina).

Fonte: autor. SP_O_ENDO _B/H(M) SP_O_ENDO _B/H(P) SP_O_ENDO _B/S(M) SP_O_ENDO _B/S(P) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 43,74 38,19 37,69 34,31 Intermediário 13,79 10,56 32,05 16,12 TS2 37,32 28,83 32,78 28,83 Produtos 1,19 1,20 1,19 1,20 SP_BENZ _ENDO_B/ H(M) SP_BENZ_ ENDO_B/H (P) SP_BENZ_ ENDO_B/S (M) SP_BENZ _ENDO_B/ S (P) Reagente 0,00 0,00 0,00 0,00 TS1 48,91 45,35 44,96 40,62 Intermediário 43,40 28,34 34,88 29,48 TS2 45,00 40,35 44,18 40,35 Produtos 5,38 6,66 5,38 6,66

6 CONCLUSÃO

O estudo computacional da seletividade da reação aldol N-/O-nitroso é importante, visto que a investigar as etapas envolvidas indica as conformações mais estáveis, podendo propor um mecanismo de reação com a finalidade de saber qual etapa é determinante durante o processo. O método DFT com o funcional M06-2X descreveu bem o melhor caminho e conformação corroborando com trabalhos experimentais encontrados (reação com a morfolina). Já para a pirrolidina, o método DFT não foi eficaz, sendo assim, melhor avaliar com métodos diferentes para tentar explicar essa pequena mudança estrutural que está diretamente associada à regiosseletividade dessa reação em questão. Os cálculos singles points também não indicaram bons resultados para a pirrolidina.

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