UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA

inslitafo QmúBã ^^ M D , c < a

Utamrsidace d ?=e r..ic X tf^S - B H - * 1

»«-UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE QUÍMICA

"RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE

CARB0N0-13 DE SAIS HETEROClCLICOS E DE

SEUS PRECURSORES''

HAYDÉE RODRIGUES FREIRE

TESE DE DOUTORAMENTO

ORIENTADOR:

IntíUuío ás Quím**

DEFINIÇÕES 6

1. COMPOSTOS DIPOLARES 6

l.a. Compostos acíclicos mesoméricos dipolares . . . . 7

l.b. Compostos aromiticos dipolares 7

2. BETAI NAS 12

3. COMPOSTOS MESOlONICOS 15

CAPITULO II

RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE CARBONO 13 . 18

1. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA

NUCLEAR DE

3c 18

2. TEORIA DA RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR 19

3. MÉTODOS PARA AUMENTAR A SENSIBILIDADE DE R.M.N. DE '

C . 19

4. DESLOCAMENTO QUÍMICO. . . 25

5. PADRÃO DE REFERENCIA 25

6. CORRELAÇÕES EMPÍRICAS ENTRE OS DESLOCAMENTOS QUÍMICOS DE

CARBONO-13 E PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS E ESTRUTURAIS . 25

7. REPRESENTAÇÃO DO 6 '

C POR PARÂMETROS DE ADITIVIDADE. . 26

APITULO I I I

ARTE EXPERIMENTAL

. REAGENTES E SOLVENTES

. PREPARAÇÃO DA N,N-DIMETELAHINOACETON . SÍNTESE DE BROMETOS DE FENACILA£-SI

. SÍNTESE DE BROHETOS DE N - A C E T O N I L - N , N - D l M t i , .

A H O N I O f-SUBSTITUlDOS 3J

5 . SÍNTESE DE BROKETOS DE \,2,3,6-TETRAHIDRO-1,I-DIMETIL-3"

-OXO-5-P FENIL P I R I D I N I O 39

CAPÍTULO I V

APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS . . . 1. SÍNTESE DOS COMPOSTOS

2. ATRIBUIÇÕES DOS SINAIS NOS ESPECTROS DE RMN DE l 3C . RESUMO

ABSTRACT CONCLUS&ES

ESPECTROS

₉

ABREVIAÇÕES

DMSO dimetil suIfoxido

TFA ácido trifluoracético

THS tetratneti Isi lano

q quarteto

Alq alquíla

Ar arila

i.v. infravermelho

v vibração de estiramento

p.f. ponto de fusão

p.e. ponto de ebulição

p.m. peso molecular

T.m.n. ressonância magnética nuclear

d dubleto

m multipleto

s singleto

t tripleto

6 deslocamento químico

/

I N T R O D U Ç Ã O O B J E T I V O

A síntese de compostos heteroc íclicos teve um grande impuj_ so quando se descobriu que diversos tipos de hetepocíclI cos poderiam ser sintetizados através de reações de cicloadiçio. HUISGEN publi-cou em 1965 um levantamento extenso descrevendo grande variedade de novos he terocícli cos que poderiam ser obtidos dessa maneira. A pajr tir dessa data têm surgi do um grande número de publicações descrever^ do novos métodos de obtenção deheterocíclicos já conhecidos, como t am bem de novos compostos, praticamente inacessíveis por métodos clássi-cos.

Uma classe importante de 1,3 dipolos, que vem sendo utilj^ zada na síntese de fieterocfcl icos e também de outras classes de com postos, ê a 3'õxido-N-ar»1 (ou alquil) pi ridínio ( 1 ) . Sua

aplica-2

çao foi recentei.ience revista por KATRITZKY . Embora uma grande v£

rí^V

^ 1 ^

riedade desses compostos tenha sido estudada variando-se o subs* tituinte R, pouca coisa tem sido publicada sobre a influência de um substi tuinte na posição 5 do anel piridínico( 2 ) .

•V

f^V

^K

. (2)

E importante lembrar que no caso desses compostos, as po-sições 2,6 e 2,4 não devem apresentar substi t»»i ntes, uma vez que são os centros ativos na reação de cicloadição com monoenos e dienos res_ pect i vãmente.

Em 1978, TAMURA e colaboradores, publicaram um trabalho. sobre a influência do grupo metoxiIa na posição 5 em que analisaram o aumento da reatividade do«composto com a Introdução desse

substi-tuinte, doador de elétrons. Observaram que esse 1,3 dipolo reage ijn elusive* com dipolarõf i los pouco reativos, como por exemplo, o e s t i -reno. Entretanto, com exceção do composto descrito por TAMURA , não existem estudos sobre a influência do substituinte na posição 5 do anel piridínico. A grande dificuldade consistia na introdução de substituintes nessa posição. Assim, seria de interesse sintetizar compostos do tipo (3) com diferentes substituintes na posição 4' do anel a romã tico, tanto atraentes como repelentes de elétrons, para ve_

rificar a sua influência na reatividade desses compostos. Z<

O anel aromático foi escolhido devido ao fato de ser um substituinte pesado, facilitando a separação cromatográfica dos ci-cloadutos e promovendo a formação de compostos cristalinos, com poji to de fusão elevado.

A Introdução de um grupo metoxi na posição 4 do anel aro-mático estabilizaria o cicloadjto (k) . Esta estabilização extra po_ deria aumentar a reatividade do dipolo-1,3, que deveria reagir com dipolarõfilos pouco reativos, como por exemplo, estireno.

R-NL R-N.

CMÍI.

:0Me

_OMe

W

H Por o u t r o l a d o , a i n t r o d u ç ã o de um grupo n i t r o na mesma p£

s i ç ã o e s t a b i l i z a r i a o c i c l o - a d u t o ( 5 ) . Dessa forma h a v e r i a formação de adutos a t r a v é s das posições 2,k no anel p i r í d í n i c o . A grande dj_ f i c u l d a d e de se o b t e r c i c l o a d u t o s deste t i p o r e s i d e no f a t o de que os mesmos são enaminas que devem s o f r e r outras t r a n s f o r m a ç õ e s .

(3)

.5

Entretanto, estudos preliminares de síntese desses compos^ , tos levaram à observação de que os sais internos intermediários que se formaram na síntese de (6) se apresentavam como cristais bem de-finidos e com certas características espectrais nio usuais.

Ar

Y^V

Vl^Br-HjC CH-(6)

Assim, e s t a tese descreve a obtenção de brometos de N,N-- d i m e t i 1 , 3 N,N-- o x o , l , 2 , 3 , 6 N,N-- t e t r a h i d r o N,N-- 5 ( j j N,N-- f e n i i ) p i r i d í n i o ( 6 a N,N-- f ) e o estudo de suas p r o p r i e d a d e s , pelos métodos espectroscôpicos u s u a i s , dando-se ênfase e s p e c i a l ã e s p e c t r o s c o p i a de r . m . n . de

13

C.

Z:

Estes compostos (6) foram obtidos pela ciclizaçio em meio alçaiíno, dos sais quaternários de nitrogênio, (7a-f) os quais

fo-ram preparados pela reação dos brometos de fenacila p-substituidos (8a-f) com N,N-dimetilaminoacetona . As propriedades espectrais des_ sas duas classes de compostos foram igualmente analisadas, pois nio havia ainda um estudo espectroscôpico desses compostos na literatura.

# - ' •

-CH.

CH

Br

7 (a-f)

8 (a-f)

O fato de os intermediários de obtenção dos compostos (6) se apresentarem como sais internos (betaínas) ou com carga delocalj_ zada, nos parecem bastante oportuno para um estudo de influência do substituinte nos deslocamentos químicos dos carbonos destes compos* tos e especialmente nos carbonos do anel aromâtico.

Ar

r V l

y

C A P I T U L O I

DEFINIÇÕES

N e s t e C a p í t u l o s ã o a p r e s e n t a d a s b r e v e m e n t e as d e f i n i ç õ e s e as p r i n c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s dos c o m p o s t o s d i p o l a r e s , dos compo£ t o s m e s o i ô n i c o s e das b e t a í n a s . A s s i m , a p e s a r de n e s t e t r a b a l h o ape_ nas s e r e m d i s c u t i d o s os s a i s c í c l i c o s de p i p e r i d í n i o , p r e c u r s s o r e s na o b t e n ç ã o de b e t a í n a s p i r i d í n i c a s , j u l g a m o s o p o r t u n a a a p r e s e n t a * * ç i o das o u t r a s duas c l a s s e s de c o m p o s t o s , p a r a q u e se p o s s a f a z e r uma c l a r a d i s t i n ç ã o e n t r e e l a s . 1 . COMPOSTOS DIPOLARES 0 nome " b e t a í n a " f o i dado o r i g i n a l m e n t e ao d e r i v a d o t r i m e _ t í i i c o da g l i c i n a , que e x i s t e como um ion d i p o l a r de fórmula (CH.).NCH.CO'.. Es_ t a d e n o m i n a ç ã o f o í p o s t e r i o r m e n t e e s t e n d i d a de modo a i n c l u i r t o d o s os c o m p o s t o s d i p o l a r e s nos q u a i s os c e n t r o s c a r r e g a d o s com s i n a i s £ p o s t o s e s t ã o s e p a r a d o s p o r um ou m a i s á t o m o s . I l i d a s , ó x i d o s , e t c . f o r m a m uma c l a s s e p a r t i c u l a r , na q u a l as duas c a r g a s f o r m a i s o p ô s

-tas ocupam átomos adjacentes, onde o cancelamento é impedi do pelo fa to de o átomo carregado positivamente apresentar já o octeto eletró nico preenchido. Entretanto, a distinção entre uma betaína e um com posto dipolar, torna-se um tanto arbitrária no caso de compostos me some ri cos dipolares.

1.a. Compostos acícllcos mesoméricos dipolares

l.a.l. Estrutura Eletrônica

Nesses compostos todos os átomos que compreendem o dipolo 2

formal estão no estado de hibridizaçao sp ou sp . 0 octeto estabi-* estabi-*

lixado de 1,3 dipolos^de HUISGEN7 (9) e (10) é uma classe especial na qual o átomo (b) doa 2 elétrons ao sistema f.

b a « b - c ' ^

a

(9) + (10)

No tratamento de ligação de Valencia (valence bond theory) podem ser escritas k estruturas canônicas para (10).

b b b b

/ \ S+\ /*% /~\

+ - +

(10)

Embora o c o r r a razoável d e l o c a l í z a ç ã o de carga é esperado um momento d i p o l a r c o n s i d e r á v e l , pois a molécula não é l i n e a r e em muitos casos os átomos j e £ são subst i t u i n t e s d i f e r e n t e s . A s e s t r u

t u r a s ae o c i e t o s a o e s s e n c i a i s p a r a e s i a o i i i z a ç a o oa c a r g a p o s m v a , i e n q u a n t o que átomos e l e t r o n e g a t i v o s são i m p o r t a n t e s p a r a a e s t a b i l i z a ç ã o da c a r g a n e g a t i v a . A e s t a b i l i d a d e do g r u p o n i t r o ê um bom e

N

-xemplo ^ + \ . E s t e s c o m p o s t o s são r e f e r i d o s como d i p o l o 1,3 «e

0 X0 -soméri co.

Podem ser formulados outros compostos me some ri cos dipola-res. De fato, são conhecidos dipolos 1,4 inseridos em'anéis aroma*

8

ticos . Embora ainda não sejam conhecidos análogos acíclicos, pode_

« -se e s p e c u l a r a e x i s t ê n c i a p o s s í v e l da e s p é c i e (12) em e q u i l í b r i o térmico com a B - l a c t a m a ( 1 1 ) . N 1

Y - V

_N

Á

(13)

7

1.b. Compostos aromáticos dipolares

0 termo composto a romãtico dipolar está restrito àqueles compostos no qual o sistema 1 envolve todo o dipolo. Por exemplo, o composto (I1») é excluído porque a carga positiva esta localizada num centro sp de forma análoga as betafnas.

r^V

r^V

I

Os compostos 15 e 16 representam duas classes A e . B, de compostos aromáticos dipolares. Estes compostos em vista ã sua es-trutura eletrônica podem ser considerados como compostos mesoméri-cos mascarados do tipo 9» estando o dipolo-13 inserido no anel aro-mático.

A forma pela qual os átomos a, b e c de (9) estão incorp£ rados no anel aromático fornece a diferença estrutural essencial eji tre as duas classes.

Na classe A o anel aromático é construído ao longo de a e b> (Esquema l ) . Esse fragmento fornece 2 elétrons no sistema V do anel, conforme o fragmento complementar poderia fornecer k elétrons para formar o sistema 6H. Como as novas ligações deveriam ser for-madas com os átomos _a e Jb, o átomo a_ pode ser Carbono ou Nitrogênio e o átomo lb Y r unicamente Nitrogênio se considerarmos a

pri-meira fila da % periódica. 0 fragmento complementar pode ser C - C-C • C ou seu análogo nitrogenado. Neste caso resultam as I 1 j_

das a z i n i o , imi das o u ô x i d o s . Quando o fragmento ê C • C - X(X » RN, 0 . ou S) resultam ilidas azôlio i mi das ou ôxidos.

ESQUEMA 1 u / /

y

II

Como conseqüência da forma como ê c o n s t i t u í d o o d i p o l o - 1 , 3 mesome r i c o de r e f e r ê n c i a tocas as e s t r u t u r a s canônicas de s e x t e t o des ses compostos, podem e n v o l v e r o átomo £ como um dos seus p o l o s . p. e x . , o i l i d i o p i r i d í n i o (Esquema 2 ) . ESQUEMA 2

r " ^

|

• ^

De acordo rcu i s t o as ei cioadições d i p o t a r e s podem e n v o i ' ver e s t e átomo e x o e f e l i c o .

-I -I

do o d i p o l o , l i g a n d o - s e os demais átomos aos e x t r e m o s ( a e c ) . 0 d_i_ i p o l o de r e f e r ê n c i a f o r n e c e *• e l é t r o n s ao s i s t e m a f , er tanto que o f r a g m e n t o complementar pode f o r n e c e r 2 e l é t r o n s f . Es f r a g m e n t o , ao mesno tempo, p o d e r i a a p r e s e n t a r uma p a r t i c u l a r i d a d e e s t r u t u r a l que p r e v i n i r i a o c a n c e l a m e n t o da c a r g a na b e t a f n a a r o m ã t i ca r e s u l

-t a n -t e . CORIO e s t ã o sendo formadas novas l i g a ç õ e s e n t r e os átomos a_

e _c esses átomos podem s e r de c a r b o n o ou de n i t r o g ê n i o .

ES QUE HA 3

//

b+ \

bf

X

Do mesmo modo que os compostos da classe A, esses da clas_ se B podem ter estruturas canônícas nas quais as cargas opostas es-tão acomodadas em 2 átomos endocíclicos como por exemplo no 3-óxido piridínio (Esquema k) .

ESQUEMA k

12

Como não ê bem estabelecido o método para denominar estas , duas diferentes classes de compostos aromãticos dipolares a denomi-nação "composto aromático 1.2-dipolar" seria aplicada a classe A e betaínas aromâticas ã classe B.

2. BETAÍNAS

H e t e r o c í c l o s que contêm no a n e l um átomo de n i t r o g ê n i o e um grupo h i d r o x i l a í 18) e s t ã o em e q u i l í b r i o t a u t o m ê r i c o com a espé_ c i e ( 1 9 ) na q u a l o p r o t o n é t r a n s f e r i d o para o átomo de n i t r o g ê n i o .

(19)

* A e s t r u t u r a ( 1 9 ) e s t á na forma " z w i t e r i ô n i c a " . Em m u i t o s c a s o s , p o r exemplo 4 - p i r i d i n o l ( / O ) a forma " z w i t t e r i ô n i c a " ( 2 1 ) é uma e s t r u t u r a de r e s s o n â n c i a do composto c a r b o n í l i c o * i - p i r i dor..» ( 2 2 ) .

(22)

Porém, quando o grupo h i d r o x i l a e s t á s i t u a d o - n a p o s i ç ã o 6 em r e l a ç ã o ao n i t r o g ê n i o , como no 3 - p i r í d i n o l ( 2 3 ) , » form» t a n t o m ê

13

Se o h i d r o g ê n i o ligado ao n i t r o g ê n i o na espécie t a u t o m ê n . ca f o r s u b s t i t u í d o por um grupo m e t i ! ou a r i l , teremos as betafnas aromáticas v e r d a d e i r a s ( 2 5 ) .

^ r

^ « ^

Me (25)

As betafnas heteroaromaticas de 5 membros são conhecidas como compostos mesoiônicos e foram intensamente estudadas. Uma das propriedades mais interessantes ê que elas se comportam como 1,3 dj_ polos e permitem adições 1,3 dipolar com uma grande variedade de dj_ polarófilos.

A maioria dos compostos dipolares pertence a este grupo, onde o anel aromático possue 5 ou 6 membros com um sexteto de

elé-trons e 1,3 dipolo que compreende k eléelé-trons f que pode ser escrito.

+ a _{c *+}

A

10

10a

10b

10c

I *

E n t r e t a n t o , di p o l o s 1 ,k (k%) t a i s com» em J_£ ou d i p o - , l o s - 1 , 3 ( 2 1 ) como em 13 podem também s e r usados p a r a c o n s t r u i r novos t i p o s de b e t a T n a s a r o m á t i c a s .

Y i - Y

*í

A. - ^ *

(13)

A

Porém, pode ainda ser usado um método ai terna ti vo para cons truir todas as possíveis betaínas aromáticas, com 2 ou 6 elétrons 1» com 4, 5, 6 ou mais átomos no anel com 1,3 ou 1,4 dipolos tendo com ponentes 4n1 ou (4n + 2)1, conforme descritos por IBRAHIM . Aeons-truçao desses sistemas pode ser feita da seguinte maneira: (a) o anel é desenhado sem especificar os seus membros; (b) os sinais (+) e (-) são colocados nas posições convenientes, bem como os demais e_

létrons necessários para completar o sistema aromãtico.

Como exemplo desse processo podemos considerar a constru-ção do dipolo 1,3 do 3-õxido piridínio.

ESQUEMA 5

(a,b)

+ - ^ ; / *

15

3. COMPOSTOS MESOIÔNICOS

Desd^ a intiodução do conceito das moléculas m e s o i ô n i c a s . por BAKEP e UL'.'S em 19*i9, tem ocorrido um grande desenvolvimento na química de he te.ocfcl':os.

Sua aplica»io esta relacionada com a definição "um compos to pode ser c..ur> do nesoiônico, se ele for um heterociclo de cinco ou seis membros, que nào pode ser representado por qualquer est rutii ra covalente ou o1, ar e possue um sexteto de elétrons em associaçio

com os átomos que compreendem o anel. 0 anel apresenta carga posi-tiva fracionária balanceada por uma carga negaposi-tiva localizada sobre um átomo ou grupo de átomos exocfclíco ligado covalentemente".

Um dos primeiros exemplos conhecidos é a sidnona (27), que tem importância histórica; BAKER e OLLIS adotaram essa estrutura.

• A

R 1 (27)

Esses compostos mesoiônicos sio também utilizados em re*~ ' ções de ciçloadição 1,3 dipolar. Essas reações tem grande interes-se porque provêm novas rotas sintéticas a uma grande variedade de heterocíclos. 0 interesse em compostos mesoiônicos e também devido i descoberta de que alguns mostram atividade biológica na área far-macêutica.

3.1. Representação de heterociclos mesoiônicos

16

são usados p a r a r e p r e s e n t a r compostas m e s o i ô n i c o s . São a p r e s e n t a d o s , nos t i p o s de f ó r m u l a s g e r a i s ( 2 8 3 1 ) nas q u a i s a . b . c . d . e , f r e -f e r e m - s e ã átomos ou grupos de c a r b o n o ou h e t e r o a t o m o s adequadamen-t e s u b s adequadamen-t i adequadamen-t u í d o s .

101. .11

I * I

I * I

A s e g u i r apresentamos a l g u n s exemplos de compostos m e s o i £ n i c o s do t i p o (A) e do t i p o ( B ) . TIPO A oxazois R I C-l-3-oxazPl-5-ona | / ^ \ I 1 , RN V i / C - O " oxazois 2-oxazoí-$-imina díazois l»3-diazol-4-ona RC R (32)

O

vn

i O i

C-I

I

I

Q t

-o-s-f/

1 7

Assim, a s i d n o n a (27) é um composto mesoiônico do t i p o A , • e l h o r representada pela e s t r u t u r a (27à) e o f i c i a l m e n t e denominada: 1 , 2 , 3 - o x a d i a z o l - 5 - o n a .

" >

^

R (27a)

/

C A P Í T U L O I I

RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE CARBONO-13

Neste C a p í t u l o a p r e s e n t a r e m o s , i n i c i a l m e n t e , alguns c o n c e i t o s fundamentais da e s p e c t r o s c o p i a de r e s s o n â n c i a magnética n u -c l e a r , i n d i s p e n s á v e i s à -compreensão do p r e s e n t e t r a b a l h o . Em seguj^ d a , serão mencionados os estudos de r . m . n . de C de d i v e r s o s com-p o s t o s , t a i s como com-p i com-p e r i d i n a s , benzenos mono e d i s s u b s t i t u í d o s , e t c . que s e r v i r a m de modelo para a i n t e r p r e t a ç ã o dos nossos r e s u l t a d o s .

1 . CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE '3C

0 problema da sensibilidade encontrada no experimento de r.m.n. de C se deve ã b a i x a abundância n a t u r a l do í s õ t o p o de carbono-13 (1,1$) e â pequena razão magnetogí r i ca (Y) desses n ú c l e o s . Estes dois fa_ t o r e s , c o n j u g a d o s , fazem com q u e , sob a ação de um d e t e r m i n a d o cam-po m a g n é t i c o , a s e n s i b i l i d a d e com que o s i n a l o r i g i n a d o de um dete_r

13 mh

minado núcleo de C s e j a 1,6 x 10 quando, nas mesmas c o n d i ç õ e s , o núcleo de H s e r i a d e t e c t a d o com i n t e n s i d a d e u n i t á r i a . Esse p r o

-19

blema de s e n s i b i l i d a d e ê comum para a m a i o r i a dos o u t r o s núcleos .corn 1 19

e x c e ç õ e s , por e x e m p l o , ao do H e do F. Alem d i s s o , o tempo de re l a x a ç i o l o n g i t u d i n a l , T . , dos n ú c l e o s de C é r e l a t i v a m e n t e l o n g o , podendo a p r e s e n t a r d i f i c u l d a d e s a d i c i o n a i s na d e t e c ç ã o de seus s i -n a i s . E -n t r e t a -n t o , esses problemas são compe-nsados p e l o pra-nde -núime ro de i n f o r m a ç õ e s que um e s p e c t r o de C pode nos f o r n e c e r p a r a a e_ l u c i d a ç ã o da e s t r u t u r a m o l e c u l a r .

Conhecendo-se o% mecanismos que governam a p r o t e ç ã o de um átomo de c a r b o n o de uma m o l é c u l a , é m u i t o i m p o r t a n t e d i s c u t i r a d e -p e n d ê n c i a do d e s l o c a m e n t o q u í m i c o com a e s t r u t u r a e l e t r ô n i c a .

2 . TEORIA DA RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

Devido ao fenômeno de r e s s o n â n c i a s e r c o n h e c i d o desde * d é cada de 1940 e amplamente e x p l i c a d o em quase todos os l i v r o s - te>c

' V

1 7-23

to de r.m.n., achamos que este assunto é passível de ser ex-cluído desta tese, e somente faremos considerações de algumas técnj_ cas, desenvolvidas mais recentemente.

3. MÉTODOS PARA AUMENTAR A SENSIBILIDADE DE R.M.N. de 3C

São conhecidos vários métodos para aumentar a sensibilidji 1 3

de de C. Dentre eles podemos citar o enriquecimento da amostra com isótopos de C, aumento da intensidade do campo magnético, au-mento da concentração da amostra, auau-mento da energia da radiofreqcên cia, acumulações de espectros num computador digital, entre outros. No entanto, o método mais econômico e eficiente de aumentar a

sen-20

sibilidade na r.m.n. de C das moléculas orgânicas é a técnica de , pulso e transformada de Fourier, combinada com os métodos de desaco plamento total e parcial de prõtons.

3.1. Acumulação de espectros

Uma das maneiras mais simples de resolver o problema da sensibilidade ê registrar vários espectros, obtidos pela técnica de onda contínua ou "contínuous wave"r de uma amostra e simplesmente so

mã-los. Os sinais de r.m.n., que têm sempre o mesmo sentido, se a-dicionam coerentemente, enquanto que o ruído, sendo ao acaso, soneji te se adiciona com a raiz quadrada do número de espectros acumula-dos. Isso leva a uma melhora da razão sinal-ruído (S/N) com a raiz quadrada do número de espectros acumulados; assim, por exemplo, adj_ cionando 100 espectros a relação S/N melhora de 10 vezes. Usando computadores digitais para armazenar e adicionar espectros, é p o s s ^ vel acumular milhares de espectros.

A desvantagem desta técnica é o tempo necessário para se obter um espectro individual. Usando um espectrômetro de onda con-tínua convencional, portanto, operando com uma radiofreqüência con^ tante e com varredura de campo magnético, o tempo necessário para re gistrar um espectro é de 100 a 500 segundos. Consequentemente, o tempo total para se obter um espectro com milhares de varreduras s e -ria muito longo. Então, para se resolver o problema do tempo de a-cumulação de sinais, podemos irradiar todas as freqüências de um e$_ pectro simultaneamente. Isto pode ser feito usando pulsos de radio freqüência, como descreveremos no próximo item.

3.2. Técnica de Pulso na r.m.n.

Se tomarmos um s i n a l de uma d e t e r m i n a d a f r e q ü ê n c i a F e a l i g a r m o s e d e s l i g a r m o s p a r a o b t e r um p u l s o de d u r a ç ã o t o b t e r e m o s não uma f r e q ü ê n c i a s i m p l e s , mas uma s é r i e de f r e q ü ê n c i a s c e n t r a d a s sobre F com uma d i s t r i b u i ç ã o de f r e q ü ê n c i a s de a p r o x i m a d a m e n t e l / t .

f P

Esse p u l s o c u r t o de r a d i o f r e q ü ê n c i a não e x c i t a apenas uma f r e q ü ê n c i a , mas sim um núroe<ro f i n i t o de f r e q ü ê n c i a s . Se a d u r a ç ã o do p u l s o f o r pequena ( 5 0 u s ) , e n t ã o consegue-se e x c i t a r u m a f a i x a m a i o r ou i g u a l a 5 0 0 0 H z , s u f i c i e n t e p a r a e x c i t a r todos os n ú c l e o s de C de uma d e t e r m i n a d a a m o s t r a . A r e s p o s t a da a m o s t r a a e s t a e x c i t a ç ã o ê a a b s o r ç ã o dos componentes i n d i v i d u a i s de f r e q ü ê n c i a por cada n ú -c l e o . Estas f r e q ü ê n -c i a s , que são as f r e q ü ê n -c i a s de p r e -c e s s ã o , são d e t e c t a d a s p e l o r e c e p t o r . 0 padrão observado no r e c e p t o r ê chamado d e c a i m e n t o i n d u z i d o l i v r e ( D I L ) . 0 D I L , c o r r e s p o n d e a i r r a d i a ç ã o s i m u l t ã n e a de todas as f r e q ü ê n c i a s a b s o r v i d a s p e l o s d i f e r e n t e s núcleos de C da a m o s t r a . No caso de um ú n i c o n ú c l e o o b t é m - s e uma onda se n o i d a l com d e c a i m e n t o e x p o n e n c i a l . A f r e q ü ê n c i a da s e n õ i d e é i g u a l a d i f e r e n ç a e n t r e a f r e q ü ê n c i a do c a r r e g a d o r e a f r e q ü ê n c i a d e a b s o r ç i o desse n ú c l e o . No c a s a g e r a l , quando se tem d o i s ou mais núcleos d i f e r e n t e s , o DIL t o r n a - s e c o m p l e x o .

3 . 3 - Decaimento I n d u 7 i d o L i v r e ( D I L ) e Tempo de A q u i s i ç ã o

Uma vez que o p u l s o t e n h a s i d o a p l i c a d o , a a q u i s i ç ã o do DIL e seu armazenamento na forma d i g i t a l é e f e t u a d o a u t o m a t i c a m e n t e por um computador l i g a d o ao e s p e c t r ô m e t r o . P o d e r - s e - í a e s c o l h e r um tempo de a q u i s i ç ã o da mesma d u r a ç ã o que o D I L . Tempos m a i o r e s d e -t e r m i n a r i a m a c o l e -t a do r u f d o que se segue ao f i m do D I L . E n -t r e -t a £

21 :

22

to, na prática este tempo de aquisição ê raramente escolhido porque • o valor de T. para o núcleo de C ê longo, dando valores que às ve_ zes excedem a 100 segundos. Se desejarmos determinar um espectro cobrindo uma região de radiofreqüências AHz,a teoria diz que, para caracterizar todas as freqüências e armazená-las numa forma digital, devemos amostrar, isto ê, medir cada sinal que está acumulado, no m£ nimo duas vezes em cada ciclo. Desde que a componente de mais alta freqüência requerida normalmente será igual a largura do espectro (A), isto significa que devemos examinar o sinal que está acumulado (2A) vezes cada segundo.

3.1». Transformada de Fourier

E possível interconverter os dados entre domínio de tempo e de freqüência por um processo matemático conhecido como transfor-mada de Fourier. Submete-se a amostra a uma série de pulsos, cole-tando e somando os OIL resultantes. No final, se processa a trans-formação de Fourier. Nos espectrômetros modernos a transformada de Fourier é normalmente realizada pelo mesmo computador para acumular e armazenar dados.

3.5. Relaxação Spin Nuclear

Na ressonância, o campo da radiofreqüência H. causa uma transferência dos spins do nível energético mais baixo para o nível mais alto. Existe, no entanto, um processo denomir io relaxação lon gltudfnal, caracterizado pela constante de tempo T j , que permite os núcleos reestabelecerem a distribuição populacional de Boltzmann.

23

l a x a ç i o l o n g i t u d i n a l , são e l e s : r e l a x a ç ã o d i p o l o - d i p o l o , s p i n - r o t a i ç i o , a n i s o t r o p i a do d e s l o c a m e n t o q u í m i c o e r e l a x a ç ã o e s c a l a r . E s t e s mecanismos tem um p o n t o em comum: a r e l a x a ç ã o de um d e t e r m i n a -do n ú c l e o é causa-do por um campo e l é t r i c o ou m a g n é t i c o f l u t u a n t e , l £ c a l i z a d o , r e s u l t a n t e dos movimentos m o l e c u l a r e s na a m o s t r a .

Além da r e l a x a ç ã o l o n g i t u d i n a l , e x i s t e a r e i a xação spin-spin ou transversal, c a r a c t e r i z a d o p e l a c o n s t a n t e de t e m p o , T _ , e que com-p e t e com a r e l a x a ç ã o l o n g i t u d i n a l T . . A r e l a ç ã o e n t r e T . e T_ ê q u e

T 2 * ; V

A r e l a x a ç i o t r a n s v e r s a l e n v o l v e i n t e r a ç ã o d i p o l o - d i p o l o e ê m u i t o e f e t i v a em s ó l i d o s e l í q u i d o s , v i s c o s o s , com pequeno movimejn t o m o l e c u l a r , j á que o campo m a g n é t i c o causado p e l o movimento l e n t o das m o l é c u l a s v a r i a o d i p o l o m u i t o l e n t a m e n t e .

22 3.6. Desacoplamento de Protons

0 sinal de ressonância de cada carbono em uma molécula é desdobrado pelo prõton diretamente ligado a ele (acoplamento grande J._H100-250Hz) como também, em menor extensão, pelos protons a 2-k

ligações de distância.- Assim, na ausência de desacoplamento de pró tons, a ressonância de cada carbono apresentará multipletos, com a-coplamentos a longa distância não resolvidos. A sobreposição dos multipletos, devido ao acoplamento C- H a longa distância agrava a complexidade do espectro.

Esse problema dos acoplamentos dos prótons na r.m.n. de C foi resolvido com o desenvolvimento das técnicas de desacopla-mento de próton. 0 resultado do desacopladesacopla-mento, chamado de "banda

larga" é um colapso dos multipletos do carbono originando síngletos, quando nenhum outro núcleo magnético, de freqüência ressonante

dis-2k

31 j o 2

t i n t a como por exemplo P, F ou H, e s t i v e r p r e s e n t e .

O u t r a t é c n i c a , m u i t o u t i l i z a d a é o d e s a c o p l a m e n t o p a r c i a l de p r o t o n s . Esse e x p e r i m e n t o é r e a l i z a d o i r r a d i a n d o - s e os p r ó t o n s com a f o n t e de r a d i o f r e q ü ê n c i a de 5 0 0 1 0 0 0 Hz f o r a da r e g i ã o do e s -p e c t r o . Essa t é c n i c a -p e r m i t e o b s e r v a r o a c o -p l a m e n t o i n d i r e t o CH mar± t e n d o s e m u i t o b e n e f í c i o s do desacoplamento de "banda l a r g a " . A s -s i m , o-s -s i n a i -s de CH, C H . ; CH, -são ob-servado-s no e -s p e c t r o de r . m . n . de C como um d u b l e t o , t j - i p l e t o e q u a r t e t o , r e s p e c t i v a m e n t e . 3 . 7 . E f e i t o N u c l e a r Overhauser 2k . 0 e f e i t o n u c l e a r Overhauser e uma c o n s e q ü ê n c i a do d e s a -c o p l a m e n t o de p r ó t o n s no e x p e r i m e n t o de r . m . n . de C d e v i d o a r e l a xação i n t e r m o l e c u l a r d i p o l o - d i p o l o .

Esse e f e i t o conduz a uma i n t e n s i f i c a ç ã o dos s i n a i s . A s s i m , a grande d i f i c u l d a d e de o b s e r v a ç ã o dos s i n a i s , a n t e s do a d v e n -t o da -t é c n i c a de p u l s o s e -t r a n s f o r m a d a de F o u r i e r , e r a em p a r -t e , SJJ p e r a d a p e l o aumento da i n t e n s i d a d e dos s i n a i s quando se f a z i a o d e -s a c o p l a m e n t o de p r ó t o n -s . Somando o e f e i t o n u c l e a r O v e r h a u -s e r com o aumento d* i n t e n s i d a d e do s i n a l r e s u l t a n t e do c o l a p s o do mui t i p J » t o , s e r i a p o s s í v e l o b s e r v a r os s i n a i s de r . m . n . de C em m u i t o s compos, tos o que não era p o s s í v e l a n t e r i o r m e n t e .

I r r a d i a n d o - s e os p r ó t o n s , d e v i d o a i n t e r a ç ã o d i p o l o de H 1 3

com d i p o l o de C, f a v o r e c e - s e o r e s t a b e l e c i m e n t o da d i s t r i o u i ç a o Boltzmann dos n ú c l e o s de C; aumentando-se a p o p u l a ç ã o do e s t a d o e x c i t a d o , a u m e n t a - s e a i n t e n s i d a d e dos s i n a i s de C.

*> :

k. DESLOCAMENTO QUÍMICO (6)

O deslocamento químico ê um parâmetro espectral facilmen-te defacilmen-terminado em trabalhos de r.m.n. de C. Reflefacilmen-te, em parfacilmen-te a distribuição de elétrons ao redor do núcleo, sendo assim, uma prova sensível das características configuracionais e conformacionais da molécula.

5. PADRÃO DE REFERENCIA

Um padrão muito utilizado para calibrar os espectros de H

13 13 e de C é o tetrametilsilano (TMS). 0 sinal devido a r.m.n. de C

para os quatro grupos meti Ia equivalentes, aparecem em um campo mais alto, em relação a outros sinais de compostos orgânicos.

Sinais com valores pequenos de (6) em relação ao TMS, di£ -se que aparecem em campo alto. 0 núcleo correspondente está muito blindado. Sinais com valores grandes de (5), são ditos estarem em campo baixo, seus núcleos estão fracamente blindados (desblindados). 0 composto de referência pode ser adicionadoãsolução da amostra (referência interna) ou colocado separadamente da amostra

(referência externa).

6. CORRELAÇÕES EMPÍRICAS ENTRE OS DESLOCAMENTOS QUÍMICOS DE CAP.BC) NO-13 E PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS E ESTRUTURAIS.

As correlações entre os deslocamentos químicos de carbo-28

2€

nismos que governam a blindagem dos átomos de carbono numa molécula - 28

Uma revisão recente dessas correlações analisa tanto os parâmetros densidade de carga e eletronegatividade como as constan-tes de Hammett, Brown e Okaraoto, Tsuno e Yukawa, Swain e Lupton.etc.

Encontram-se também, na literatura, estudos de correlações entre deslocamentos químicos de carbonos em situações não equivalen tes e de carbono e heteroátomos como nitrogênio-14 e o x i g ê n i o - 1 7 .

*

7. REPRESENTAÇÃO 00 ó'3C POR PARÂMETROS DE AOITIVfOAOE

2k

Desde o trabalho pioneiro de Grant e Paul , uma varieda-de varieda-de sistemas varieda-de incrementos têm sido sugeridos por análise varieda-de regressão dos resultados publicados na literatura. Assegurada a a d i -tividade dos efeitos individuais dos subs tituintes, essas correla-ções são capazes de prever o deslocamento químico de C de várias moléculas e podem, .às vezes, ser considerada como uma boa descrição topolõgica dos compostos.

Uma área particularmente estudada é o estudo do efeito do substituinte no deslocamento químico de C do benzeno. Compostos aromátícos desempenham papel importante na investigação das pertur-bações induzidas pelo substituinte na distribuição dos e'etrons das ligações o e H e pela maneira com que isto se reflete nas proprieda_ des físicas e químicas.

Tão logo o primeiro estudo da r.m.n. de C de compostos aromáticos,foi realizado, notou-se que observações do deslocamento químico, sob ação de diferentes substituintes, era muito

convenien-te por três razões. A primeira refere-se ã alta dispersão dos des-locamentos, significando que os dados podem ser obtidos facilmente

27

e com precisão. A segunda ê de ter aparecido uma aproximação entre o deslocamento químico de C de um núcleo e a densidade de carga calculada para aquele átomo, dessa forma reforçando o suposto para-lelismo com a perturbação eletrônica do substituinte. Finalmente, usando~se C, naturalmente presente na molécula, como corpo de pro va, não se introduz nenhuma perturbação, o que era um dos problemas

19 ' quando se usava substituições por F como corpo de prova. Vários

trabalhos foram publicados^ com uma grande variedade de substituin-tes mas se encontravam na literatura de forma dispersa, tornando-se

- 27

difícil sua utilização. Em 1979, EWING reuniu todos esses dados e os publicou na forma de revisão incluindo centenas de substituin-tes no anel benzênico.

8. EFEITOS ELETRÔNICOS DOS SUBSTITUINTES

8.1. Deslocamentos Químicos em Benzenos Honosubstítuido

8.1.1. Efeito dos substituintes sobre o C-l (Carbono diretamente ligado ao substituinte)

SPIESECKE e SCHNEIDER30 observaram uma boa linearidade quando correlacionaram os incrementos dos deslocamentos químicos dos benzenos monosubstituídos, corrigidos quanto ao efeito anisotrópico dos substituintes, com a eletronegatividade.

Tomando-se por base a Figura 1, parece que a magnitude e • direção do deslocamento do C-l podem ser explicados pelos efeitos indutivos e de anísotropia magnética de Z. Possivelmente, alguma contribuição pode surgir do efeito de ressonância ou do termo para-magnético, mas estes últimos suo pequenos se comparados aos primei' ros.

za ^,

n

-g

1

Elet ronegativi dade

a

FIGURE 1. Incremento do deslocamento químico de '•'c do. C-X versus a eletronegatividade.

8.1.2. Efeito dos substituintes sobre o C-2 (orto)

0 deslocamento químico de C do átomo de carbono em orto ao substituinte pode ser parcialmente explicado. Essa posição ê a* náloga â do carbono 6 nos compostos CH, CH« X, nos quais a elétron*» gativídade de X ê pouco sentida, Já que a polarização devida a

ele-tronegatividade do substituinte se propaga através da cadela carbô-nica com o inverso do cubo da distância (r ) . Um efeito similar é

1 3

evidente no deslocamento químico de C dos carbonos orto, particu-larmente se examinarmos os substituintes halogenados do benzeno. Os incrementos do carbono orto sio ~)U,3, +0,16, +0,4 + 9,9 ppm para os substituintes F, Cl, Br, I, respectivamente, em relação ao benz£ no. 0 deslocamento se dirige para campo baixo com o aumento do ta-manho do átomo de halogênio. Então, o efeito anisotrópico se supe£

25

poe ao efeito indutivo no átomo de carbono orto. Devido a uma pe-quena alteração na geometria para diferentes ângulos de ligação, não é possível fazer uma comparação quantitativa cornos compostos CH_ CH. X. Além dos halogênios, outros subs t i tui ntes como NO,, HCO, OCH., N(CH)_ e NH. podem apresentar considerável efeito de anisotropia magnética

21 no átomo de carbono orto a esses substituintes. .

8.1.3> Efeito dos substituintes sobre o C-3 (meta)

Os deslocamentos químicos dos átomos de carbono meta nos benzenos monosubstituídos são pequenos e uni formes,não variando mais do que 2,4 ppm. Contribuições originadas da anisotropia magnética do substituinte podem ser consideradas muito pequenas ou nulas no •tomo de carbono meta.

Não foi verificada nenhuma correlação visível entre o deslocamento químico do carbono meta e a eletronegatividade do sub^ tituinte, e disso pode-se concluir que o efeito indutivo pelo menos no estado fundamental da molécula não se estende a uma distância tal que possa exercer uma grande influência sobre os átomos de carbono meta. Isso também é comprovado pela ausência de um apreciável de£ locamento químico, atribuído ao efeito indutivo, já no carbono-fJ nos compostos CH-CH.X.

8.1.4. Efeito dos substituintes sobre o C-4 (para)

No átomo de carbono para, a maior contribuição é o efeito de ressonância, visto que os efeitos de anisotropia e indutivo» es-tão ausentes, devido a distância que separa o substituinte e o áto-mo de carbono para. 0 deslocamento químico do C-4 é condizente com

30

• awdança de densidade de elétrons! desse carbono, originada pelo e-feito de ressonância de um determinado substituinte. Assim, substi tuintes eletrodòadores causas una blindagem do C-k, enquanto que substituintes eietroatraentes causam una deblindagem.

# aaior variação dos deslocamentos químicos do C-4, nos benzenos monosubstituídos, estudados por SPIESECKE e SCHNEIDER , foi verificada entre o nítro benzeno e a N,N-dimetilani)ina, cuja variação é de aproximadamente 18 ppm.

«

8.2. Deslocamento Químico do Carbono Carbonílico

0 deslocamento químico do C do grupo carbonila conjuga-do com o anel aromãtico ê pouco sensível ao efeito conjuga-do substituinte

22

como foi constatado no caso de acetofenonas CA6C Q * 0,8ppm) ,

ben-22 ben-22 zaldeídos (A6C 0 « l,6ppm) benzoatos de meti Ia (AÔ-- * l,6ppm) ejn

tre outros. A falta de linearidade quando se projeta num gráfico o deslocamento químico do carbono carbonílico contra o o de Hammett

P

confirma a fraca sensibilidade dessa parte da molécula frente ao e-feito do substituinte.

STOTHERS e -LAUTERBÜR sugeriram que a razão pela qual não existe correlação entre o deslocamento químico de C do car bono caj[ bonílico dos benzaldeidos 4-substituidos e o o de Hammett, situa--se no fato qua o carbono carbonílico não esta numa posição compara vel no sistema de ressonância, isto quer dizer que a densidade ele-trônica ao redor do carbono carbonílico permanece praticamente cons, tante, como podemos observar pelas estruturas de ressonância;

81 C A P I T U L O I I I PARTE EXPERIMENTAL Os pontos de f u s ã o f o r a m d e t e r m i n a d o s em p l a c a de a q u e c i -mento da T h o m a s / S c i e n t i f i c A p p a r a t u s e não s o f r e r a m c o r r e ç õ e s . Os e s p e c t r o s de i n f r a v e r m e l h o f o r a m t i r a d o s num e s p e c t r o -f o t ô m e t r o P e r k i n - E l m e r 4 5 7 - A . Os e s p e c t r o s de r e s s o n â n c i a m a g n é t i c a p r o t ô n i c a f o r a m o b t i d o s em um e s p e c t r ô m e t r o V a r í a n T 6 0 usando t e t r a m e t i I s í l a n o e d i -m e t i 1 s i l a p e n t a n o s s u l f o n a t o de s ó d i o co-mo padrões i n t e r n o s . Os e s p e c t r o s de r e s s o n â n c i a m a g n é t i c a de C a r b o n o - 1 3 f o r a m r e a l i z a d o s na U n i v e r s i d a d e E s t a d u a l de Campinas num e s p e c t r ô m e t r o V a r i a n X L - 1 0 0 . As a n á l i s e s e l e m e n t a r e s f o r a m r e a l i z a d a s no l a b o r a t ó r i o de m i c r o a n ã l i s e do I n s t i t u t o de Química da USP. 1 . REA6ENTES E SOLVENTES Os s o l v e n t e s u t i l i z a d o s f o r a m p u r i f i c a d o s da m a n e i r a u s u a l , a f i m de e s t a r e m t o t a l m e n t e a n i d r o s .

32 Para p u r i f i c a r o p - d i o x a n o u t i l i z o u - s e o método d e s c r i t o em VOGEL3 2. Para os e s p e c t r o s de i n f r a v e r m e l h o f o r a m usados s o l v e n t e s de p u r e z a e s p e c t r o s c ó p i ca, KBr e N u j o l . As a c e t o f e n o n a s j ) - s u b s t i t u f d a s são de p r o c e d ê n c i a comer-c i a l , comer-com excomer-ceção da £ - m e t i I a comer-c e t o f e n o n a , que f o i p r e p a r a d a a p a r t i r de t o l u e n o e a n i d r i d ò a c é t i c o ( i t e m 3 . 4 ) .

A N, N-dimet i lanu n o a c e t o n a f o i p r e p a r a d a u s a n d o - s e cloroa_ c e t o n a e N , N - d i m e t i l a m i n a ( i t e m 2 ) .

2 . PREPARAÇÃO DA N.N-DIMETILAMINOACETONA

Num b a l ã o de t r ê s bocas de 3000ml , e q u i p a d o com a g i t a d o r m e c â n i c o , condensador e f u n i l de a d i ç ã o , c o l o c o u - s e uma s o l u ç ã o de

1500ml de é t e r seco com 6 7 , 5 g ( 9 9 m l , 1 , 5 m l ) de d i m e t i l a m i n a .

R e s f r i o u - s e o s i s t e m a em banho de ã g u a - g e l o e a d i c i o n o u - s e , com a g i t a ç ã o c o n s t a n t e , g o t a a g o t a , 6 9 , 6 g ( 6 0 m t , 0 , 7 5 m o l ) de c l o r o a c e t o n a (ALDRICH, p. e 1 2 0 ° C ) em 150ml de é t e r , d u r a n t e 45 m i -n u t o s . A m i s t u r a f o i a g i t a d a por 7 horas e d e i x a d a em repouso â tem p e r a t u r a ambiente por 72 h o r a s . 0 s a l formado de ( C H - ) . NHC1 f o i f i l t r a d o e l a v a d o com é t e r . 0 f i l t r a d o f o i seco com MgSO. a n i d r o . F i l t r o u - s e e e v a p o r o u - s e o é t e r em e v a p o r a d o r r o t a t ó r i o . 0 p r o d u t o

f o i d e s t i l a d o ã p r e s s ã o r e d u z i d a f o r n e c e n d o k7 t^kç(b2,l%). E s t a rea_

ção f o i e f e t u a d a mais uma v e z , u t i l i z a n d o - s e as mesmas q u a n t i d a d e s .

P r o d u t o o b t i d o 5 2 , 3 5 g ( 6 9 , 0 % ) . p . e . 1»5°C (40mmHg) l i t3 3. 35-36°C (25mmHg)

r.m.n. de ' H : 6 (CDClJ 2 , 3 0 ( 6 H , s, ( C H j j N ) 2 , 7 ( 2 H £ - CH2 - C ( 0 ) )

1 , 9 2 ( 3 H i , Ç ü j - C ( 0 ) ) . I . v . ( N u j o l ) vc - 0 1 7 1 5 c m * ' .

33

3 . SÍNTESE DE BROHETOS DE FENACILA P-SUBSTITUÍDOS

3I1

3 - 1 • Brometo de f e n a c i l a (composto 8 . a . )

Num b a l ã o de t r ê s bocas de 5 0 0 m l , e q u i p a d o com a g i t a d o r m e c â n i c o , condensador e f u n i l de a d i ç ã o , c o l o c o u - s e a a c e t o f e n o n a

(ALDRICH, p . e . 202°C d * 1 , 0 3 ) 3 6 g ( 0 , 3 m o 1 ) 200ml de é t e r seco e 100ml de d i o x a n o s e c o . R e s f r i o u - s e o s i s t e m a e a d i c i o n o u - s e l e n t a m e n t e 16ID1 de bromo ( 0 , 3 m o l ) . Apôs a a d i ç ã o t o t a l do bromo, c o l o c o u - se 300ml de água e s e p a r o u - s e a f a s e e t ê r e a num f u n i l de s e p a r a ç ã o . Na f a s e aquosa f o r a m f e i t a s mais 3 e x t r a ç õ e s com é t e r . J u n t a r a m - s e as camadas e t ê r e a s e l a v o u - s e com t r ê s porções de água (300ml de cada v e z ) , a t é que a f a s e aquosa f i c a s s e n e u t r a . Na camada e t é r e a colo-* c o u - s e s u l f a t o de magnêsio a n i d r o . D e i x o u - s e em repouso por uma noj_ t e , f i l t r o u - s e e e v a p o r o u - s e o é t e r . F e z - s e a r e c r i s t a l i z a ç ã o com

e t a n o l a n i d r o . O b t e v e - s e 40g ( 7 7 , 2 » ) p . f . 51°C ( l i t3 1* . 5 0 ° C )

r.m.n. de ' H : 6 (CDC13) ktkS ( 2 H , £ , CH£ - B r ) 7 , 7 (5H do a n e l m)

f . v . vc - 0 (CHC1 ) 1 7 0 4 c m '1 vc - 0 ( C C l ^ ) 1 7 1 0 c m '1

3 . 2 . Brometo de p - c l o r o f e n a c i I a (composto 8b)

p - c l o r o a c e t o f e n o n a (ALDRICH, p.e. 232°C d - 1,192) 30,9g(0,2mol) Bromo 3 2 g ( 1 0 , 3 m 1 , 0,2mo1) d i o x a n o seco ( 1 0 0 m l ) , é t e r seco ( 2 0 0 m 1 ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do f t e m 3 . 1 . P r o d u t o o b t i d o : 2 3 , 6 1 g ( 5 7 , 4 % ) p . f . 9 5 - 9 7 ° C ( l i t3* . 9 6 , 5 ° C )

r . m . n . de lH : 6 (CDC13> 7,k ( 2 H , d anel J 5Hz) 8 , 0 ( 2 H , £ a n e l J 5Hz)

k,k7 ( 2H £ Ar - £ H2 - Br)

3*

3-3. Brometo de p-bromofenaciIa (composto 8.c)

£-bromo acetofenona (ALDRICH, p.f. 235°C, 97*) 59.7g (0,3tol), br orno 1 5, *»ml (0 , 3mol) dioxano 100ml), éter 200ml). 0 mesmo procedi-mento do i tem 3-1.

Produto obtido: 51,lg(6l,3») p.f. 108-109°C C(lit3*. 109°O r.m.n. de !H : o (CDClj) 7,58 (2H, £, anel J 5Hz) 7,78(2H,^df anel J 5Hz). M O (2H, s, ArCH.Br).

i.v. vc_0 (CHClj) 1705cm"1 vc_0 (CCl^) 1710cm"1

3.k. prometo de p-metilfenaciIa (composto 8.d)

A pmetilacetofenona foi sintetizada pelo método descri -to em VOGEL3* p.e. 225°C. Produto obtido: 50g(7*i,6*) .

r.ro.n. de ' H : 6 (CCl^) 7,6 (2H, d_, anel J 5Hz) 7,8(2H,d_, anelJ 5Hz) . 2,2(3H, £, £ H3, Ar) 2,30(3H, £,£H3C(0)).

Para preparar o brometo de p-metil fenacila usou-se 37,2g(0,266mot) de p-metilacetofenona e 15,4ml(0,3mo1) de Bromo, éter (200ml), dioxano (100ml). 0 mesmo procedimento ftem 3-1. Pr£ duto obtido: 32,03g(56,S%) p.f. 52°C (lit34. 51°C)

r.m.n. de 'H 6(CDC13) 7,26(2H, d_,ane1 J 5Hz) 7,86 (2H^,anel J 5Hz) M O (2H, s, ArÇ£2Br) e 2,M3H, i» Çi^Ar)

i.v. vc - 0f C H C I3) 1696cm"' \>CmQ 1705cm'1

35

3.5; Brometo de p-metoxifenaciIa (composto 8.e)

35

condensador e funil de adição, colocou-se 100ml de éter, alguns cr is tais de tricloreto de Alumínio e 31»5g(0,2lmol) de p-metoxiacetofe-nona (ALDRICH, p.f. 36-38 C) e adicionou-se lentamente 10,5ml (0,21mol) de bromo, mantendo-se agitação constante durante a adiçio. Apôs a adição total do bromo, o éter e o ácido bromídrico foram removidos com uma ligeira corrente de ar. Filtraram-se os cristais por suc-ção em funil de Buchner e a recristalizasuc-ção foi feita com etanol .

Produto obtido: 28,31 g (61,8*) p.f. 7 W 5 ° C (lit3\ 73-7*°C)

* r . m . n . de *H S Í C D C I J ) 6 , 9 3 (2H, d, anel J 5Hz) 7,82 (2H, d, a n e l , J 5Hz). 4 , * 0 ( 2 H , s_, A r C H2B r ) e 3 , 9 ( 3 H , £ , £H O - A r ) i . v . \>CmQ (CHC13) 1690cm"1 v ^ ( C C l ^ ) 1700cm"1 3 - 6 . Brometo de p - n i t r o f e n a c i 1 a (composto 8 . f ) £ - n i t r o a c e t o f e n o n a (ALDRICH, p . f . 7 8 - 8 0 ° C ) *»9,6g ( 0 , 3 n » o l ) d i o x a n o seco ( 1 0 0 m l ) , é t e r seco ( 2 0 0 m l ) , bromo ( l 6 m l , 0 , 3 m o l ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do i t e m 3 . 1 . P r o d u t o o b t i d o : 3 3 » 5 g ( 5 1 , 2 % ) p . f . 9 7 - 9 8 ° C ( 1 i t3\ 9 8 - 9 9 ° C ) .

r . m . n . de ' H j ( C D C l j ) 8 , 2 ( 2 H , d, anel J 5Hz) 8,31 (2H, d , a n e l , J 5Hz) e 1 » , 5 ( 2 H , £ , A r C H2B r ) .

f . v . vQttQ ( C H C I j ) 1714cm"1 vc - 0 ( C C l ^ ) 1 7 l 6 c m " '

k. SÍNTESE DE BR0MET0S DE N-ACETONIL - N,N-DIMETIL N-FENACIL

A M O N I O £-SUBST TllfDOS

4 . 1 . Brometo de N-acetonil - N,N-dimetil - N-fenaci1 amônio (composto 7-a)

-36

densador e agitador mecânico, colocou-se uma solução deN,N-dÍmeti1 aminoacetona (5,19 em 130ml éter, 0,05mol). A esta solução adicio-nou-se, gota a gota, soluçio de brometo de fenacila (9,95gem50ml de éter, 0,05mol). Deixou-se em agitação por 7 horas ã temperatura de 0 C; posteriormente ficou em repouso por 72 horas (temperatura am-biente). Apôs esse período foi feita a filtração, evaporando-se o filtrado em evaporador rotatório e reunindo-se o sal formado com o precipitado. Recristalizou-se de metanol-éter, obtendo-se I0g(67«), p.f. 150-152°C.

Análise elementar:

calculado para C) 3H] 8N02Br %H - 4,66 |C « 52,0 |H - 6,00

encontrado IN - 4,69 IC - 52,3 *H - 6,05

r.m.n. de 'H 6 (TFA) 7,25 (5H, m do anel) 5,0 (2H, s_, Ç £2 Ar) 4 , 6 ( 2 H , £ , CH2 Alq) 3fl 8 ( 6 h \ £ HÍCH^)^ 1,8(3H, £ , C O ^ )

I . v . (Nujol) vc_0 ( A ] q ) 1715cm"1 vc,0 ( A r ) 1682cm"1

4 . 2 . Brometo de N-acetonil - N,N-dimetil - N(p-cjorofenacil) amõnio (composto 7.b)

Brometo de p - c l o r o f e n a c i 1 a 11 , 6 7 g ( 0 , 0 5 m o l ) , N,N-dimetil amino acetona 5,1 g(0 ,05raol) , é t e r ( 2 8 0 m l ) . 0 mesmo procedi mento des, c r i t o no item 4 . 1 . Produto o b t i d o 11 ,47g (69,6%), p.f. t 8 0 - l 8 2 ° C . Anal 1 se elementar:

calculado para C] Jt\^ -NOjBrCl IN r 4 ,1 8 %í - 4 6 , 6 4 %H « 5,08

encontrado IN - 3,99 IC - 4 6 , 7 6 |H « 4 , 5 8

r . m . n . de ' H Ô (TFA) 7,18 (2H, à, anel J 5Hz) 7,50 (2H d, anel J 5Hz)

5,00(2H, s., CH2- A r ) , 4,50(2H, s_, CH2" Alq) 3,10(6H, s_, N f C H ^ )

3S

i . v . ( N u j o l ) vc = 0 ( M q ) I 7 2 6 cm-1 vC m Q ( A r ) 1690cm-1

4 . 3 . Brometo de N-acetonil - N,N-dimetil - N(p-bromo fenacil) amônio (composto 7.c)

Brometo de p-broroo f e n a c i l a 13 , 9 ( 0 , 0 5 m o l ) N . N - d i m e t M amj_ noacetona 5 , 1 g ( 0 , 0 5 m o i ) , | t e r ( l 8 0 m l ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o d e s c r i -t o no f-tem 4 . 1 . Produ-to o b -t i d o I 5 , 5 g ( 8 l , 8 * ) p . f . 1 82-18ii°C .

A n a ) i se e l e m e n t a r :

c a l c u l a d o para C j - H j . N O j B r j %C - 4 l , l 6 SN « 3 , 6 9 I H - 4 , 4 8 encontrado %C - 4 o , 3 2 %H = 3 , 2 3 *H - 4 , 3 5

r . m . n . de ' H 6 (TFA) 7 , 2 ( 2 H , á, anel J 5Hz) 7 , 4 ( 2 H , d , anel J 5Hz)

4 , 9 5 ( 2 H , £ , CH2Ar) 4 , 6 0 ( 2 H , £ , CHjAlq) 3 , 1 0 ( 6 H , £ , N f C H ^ )

l , 8 0 ( 3 H , s_, C H3C ( 0 ) )

i . v . ( N u j o l ) vc - 0 ( A 1 , 1754cm-1 \ ,0 { A r ) 1683cm"1

4 . 4 . Brometo de N-acetonll - N,N-dimetil - N(p-iwetll fenacil) amônio (composto 7.d)

Brometo de p - m e t i 1 f e n a c i l a 1 0 , 6 5 g ( 0 , 0 5 m o l ) N , N - d i m e t i l £ minoacetona 5,1 g (0 ,05mol) , é t e r ( 2 8 0 m 1 ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do

f t c m 4 . 1 . Produto o b t i d o : 6 , 0 4 g ( 3 8 , 5 % ) , p . f . 1 2 9 - 1 3 0 ° C . A n á l i s e e l e m e n t a r :

c a l c u l a d o para C ^ H ^ N O j B r H - 5 3 , 5 0 %H - 4 , 4 6 %H - 6 , 3 7

38

r . i a . n . de H 6 (TFA) 6 , 8 0 ( 2 H , d , anel J 5Hz) 7 , 3 0 ( 2 H , á,anel J 5 Hz) 4 , 9 2 ( 2 H , s, £ H2A r ) 4 , 5 8 ( 2 H , s., ^ H j A l q ) 3 , I 0 ( 6 H , s. M Ç H ^ )

1 , 8 0 ( 3 H , £ , C H3C ( 0 ) ) l , 9 0 ( 3 H , £ , £ H3A r ) .

i . v . ( N u j o l ) vc = 0 ( A l q ) 1716cm'1 vc = Q ( A r ) 1 6 7 8 c m '1

4 . 5 . Brometo de M-acetonil - N,N-dimeti1 - N(p-metoxi fenacil) amonio

A

(composto 7.e)

Brometo de p - r o e t o x i f e n a c i I a 7 , 6 g ( 0 , 0 3 3 m o l ) , N , N - d t m e t i 1 a_ minoacetona 3 , 4 g ( 0 , 0 3 3 m o l ) , é t e r s ê c o ( l 8 0 m l ) . O mesmo p r o c e d i m e n t o do i t e m 4 . 1 . Produto obt i do: 4 , 3 8 9 ( 5 8 , 7 * ) p . f . 1 5 3 - 1 5 4 ° C .

A n á l i s e e l e m e n t a r : c a l c u l a d o para C ^ H ^ N O - B r %C - 5 0 , 8 1 %H - 4 , 2 4 *H - 6 , 0 6 encontrado tC - 5 0 , 5 5 %H - 4 , 2 1 SH - 6 , 0 2 r . m . n , de ' H 6 ( T F A ) 6 , 7 ( 2 H , d , anel J 5Hz) 7 , 4 ( 2 H , d , a n e l , J 5Hz) 4 , 9 ( 2 H , s,, ^ H2A r ) , 4 , 6 ( 2 H , £ , Ç H j A l q ) 3 , l 8 ( 6 H , s., N ( C H3)2) 1 8 0 ( 3 H , s,, C ( 0 ) C H3) 3 , 5 ( 3 H . s,, Ç H j - 0 - A r ) . i . v . ( N u j o l ) vc - 0 ( A l q ) 1729cm"1 vC m Q ( A r ) 1665cm"1

4 . 6 - Brometo de N-acetonll - N,N-dimeti1 - N(p-nitrofenaciI) amônio (composto 7»f)

Brometo de p n í t r o f e n a c i 1 a 1 2 , 2 g ( 0 , 0 5 m o l ) , N , N d i m e t i 1 a minoacetona 5 , 1 g ( 0 , 0 5 m o l ) , é t e r ( 2 8 0 m l ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o d e s -c r i t o no í t e m 4 . 1 . Produto o b t i d o 15,2g(88%) p . f . | 6 3 - 1 6 5 ° C

8 Análise elementar:

calculado para C J 3H,7 N 2 0J , *c " *5,21 %H = 8,11 %H - *i .93

encontrado U - 45,39 %H - 8,25 *H * 5,06

r.m.n. de 'h1 6 (TFA) 7,85(2H, d, anel J 5Hz) 7,65(2H d, anel J 5Hz)

5 , 1 0 ( 2 H , £ , ÇH2Ar) 4 , 2 ( 2 H , s, Ç H j A l q ) 3 , l 8 ( 6 H , £ , N f C H ^ )

1 , 8 2 ( 3 H , s, C ( 0 ) £ H3) .

i . v . ( N u j o l ) vc - 0 ( A | q ) 1 7 2 4 c . -1 vc = 0 ( A r ) 1662cm-'

*

5 . SÍNTESE DE BROMET0S DE I , 2 , 3 , 6 - T E T R A H I D R O - 1 , 1 - D I METIL-3"0X0 5 - P - F E N I L - P I RIDTNIO

5 . 1 . Brometo de 1 , 2 , 3 , 6 t e t r a h i d r o 1 , l d i m e t i l 3 o x o 5 f e n i l p i r i d T -nio (composto 6.a)

Em um erlenmeyer de 5ml , c o l o c o u - s e l , 2 g do brometo de N-acetor.i í - N , N - d i m e t i l - N - f e n a c i l amônio (4x10 eq) e a d i c i o n o u * - s e 5m1 de solução aquosa de h i d r ó x i d o de '.ódio 2N a 0 C. D e i x o u - s e sob a g i t a ç i o por mais ou menos 2 h o r a s . Houve mudança de c o l o r a ç ã o da s o l u ç ã o . N e u t r a l i z o u - s e com á c i d o b r o m í d r i c o c o n c e n t r a d o ; obse£ vou-se a formação de um p r e c i p i t a d o a m a r e l o . F i l t r o u - s e â v á c u o . A r e c r i s t a l i z a ç ã o f o i f e i t a com m e t a n o l / é t e r . Produto obtido: 0,90g(80$) p . f . I 9 8 - 1 9 9 ° C

A n á l i s e e l e m e n t a r :

c a l c u l a d o para C...:;,'N0Br U - 5 5 , 2 2 %H - 5 , 0 0 %H - 5 , 7 0 encontrado U - 5 5 , 1 0 %H - 4 , 8 6 *H - 5 , 8 3

j.m.n. de 'h1 6 (TFA) 7,65(5H do anel m) 7,05 (1H, s_, olefinico)

I

i . v . (KBr) 1660cm"1 (vCas()) 1601, 1590. 1570cm"1 ( v ^ do a n e l . vc_c dupla)

5 . 2 . Brometo de 1,2,3.6-Tctrahidro - 5(p-clorofenil) 1,1 diroetil - 3-0*0 - p i r i d f n i o (composto 6.b)

Brometo de N - é c e t o n i l - N . N - d i m e t t l - N ( p - c l o r o f e n a c i 1 J £ mônio 4 , 0 1 4 9 ( 0 , 0 1 2 ( 1 ) e solução aquosa de h i d r ó x i d o de sódio 2 N ( 6 m l ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do i t e m 5 . 1 . Produto o b t i d o : I , 6 8 g ( 4 4 , 2 1 ) p . f . 2 l 4 - 2 l 6 ° C .

A n á l i s e e l e m e n t a r :

c a l c u l a d o para C ^ H j - N O B r C l *C - 4 9 , 2 9 *N - 4 , 4 2 * H - 4 , 7 4 e n c o n t r a d o *C - 4 9 , 4 5 *N - 4 , 7 2 *H - 4 , 8 2

r . m . n . de *H 5 (TFA) 7 , 7 ( 2 H , d, anel Ar J 5Hz) 7,9(2H, anel Ar d J 5Hz)

7 , 1 6 ( 1 H , £ , o l e f ) 5 , 1 8 ( . 2 H , s, CH2 - Hj 4 , 5 4 ( 2 H , £ , N - CH2)

3 , 5 0 ( 6 H , £ , N ( C H3)2)

i . v . (KBR) vc_0 1680cm"1 ( v ^ d o a n e l , vc - c da dupla) 1605, 1590, 1570cm*1

5 . 3 . Brometo de 1,2,3,6-Tetrahtdro - 5(p-bromofenil) 1,1 dimetil - 3-oxo-p i r i d í n í o (com3-oxo-posto 6.c)

Brometo de N-acetonil - N,N-dimetil - N(p-bromo f e r i a c i l ) amõnio 4 , 5 5 g ( 0 , 1 2 m o 1 ) , s o l u ç i o aquosa de h i d r ó x i d o de s ó d i o , 9m1. 0 mesmo procedimento do item 5 . 1 . Produto o b t i d o 3 g ( 6 9 , 2 » ) p . f . 2 I 2 - 2 1 3 ° C .

4J

A n á l i s e e l e m e n t a r :

c a l c u l a d o p a r a C| «H| 5 ' 'O B r 2 *c s *3»2 1 *H * * », 5 * N - 3 , 8 8

e n c o n t r a d o %C « 4 2 , 7 3 *H « 4 , 1 6 ?N « 3 , 9 7

r . m . n . de ' H Ó (TFA) 7,6(2H, d , anel Ar J 5Hz) 7,35(2H, d, anel J 5Hz)

r

6 , 8 ( I H , £ , o l e f ) 4 , 9 ( 2 8 , s_, ÇH2 - N) 4,35(2H, s_t - CHj) N

3,45(6H, s. N(CH3)2)

i . v . l 6 7 0 ( vC a t { )) 1 6 1 0 , 1 5 9 0 , 1 5 7 0 ( vc_c do a n e l , vc_c da d u p l a )

5 . 4 . Brometo de 1,2,3,6 tetrahidro - 5 ( p - m e t i l f e n i l ) 1,1 diroeti 1-3-oxo-p i r i d f n i o (com1-3-oxo-posto 6.d) Brometo de N - a c e t o n i l - N , N - d i m e t i l - N ( p - m e t i l f e n a c l l ) amônio 3 , 7 7 g ( 0 , 0 1 2 m o l ) , s o l u ç ã o aquosa h i d r ó x i d o de s ó d i o , 9 m i . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do i t e m 5 . 1 . P r o d u t o o b t i d o : 2 gramas ( 5 6 , 3 % ) p . f . 2 1 2 - 2 1 5 ° C . Anal i s e e l e m e n t a r : ' c a l c u l a d o para C| | fHj 8N 0 B r %C « 5 6 , 7 5 *H - 6 , 0 8 UN « 4 , 7 2 e n c o n t r a d o SC « 5 6 , 8 5 *H - 6 , 0 4 %H - 4 , 6 5 r . m . n . de *H 6 (TFA) 7 , 4 5 ( 2 H , d _ , anel Ar J 5Hz) 7,2(2H, d, anel Ar J 5Hz)

6 , 9 ( 1 H , s , o l e f ) 4,96(2H, CH, - li) 4,38(2H, s , CH? M

42 5 . 5 . Brometo de 1,2,3,6Tetrahidro 5 ( p m e t o x i f e n i l ) 1,1 d i m e t i l 3 o x o -p i r i d í n i o (com-posto 6.e) Brometo de N - a c e t o n i l - N , N - d i m e t i l - N ( p - n e t o x i f e n a c i I ) amônio 4 , 1 9 ( 0 , 0 1 2 1 0 0 1 ) , s o l u ç ã o aquosa de h i d r ó x i d o de s ó d i o 211(9*1) 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do ' t e m 5 - 1 . P r o d u t o o b t i d o l , 8 g , ^ 4 8 , 1 1 ) p . f . 1 9 8 - 2 0 0 ° C . A n a l i s e e l e m e n t a r : c a l c u l a d o p a r a C ^ H j g N O ^ r *C - 5 3 , 8 *H « 5 , 8 %h « 4 , 5 e n c o n t r a d o U « 5 3 , 4 %H - 5 . 9 *N - 4 , 7 r . m . n . de ' H 6 (TFA) 7 , 9 ( 2 H , á, a n e l Ar J 5Hz) 7,35(2H, d, aneí Ar J 5Hz) 7 , 2 ( 1 H , £ , o l e f ) 5 , 0 8 ( 2 H , s , CH2 - N) 4 , 6 3 ( 2 H , £ , N - CH2) 4 , l 8 ( 3 H , £ , CH3 0 - A r ) e 3 , 8 ( 6 h \ £ , N ( C H j )2) . i . v . ( K B r ) 1670cm"1 ( vc,Q) 1 6 2 0 , 1 5 9 0 , 1570 (vc< do anel v ^ d u p l a ) 5 . 6 . Brometo de 1,2,3,6Tetrahidro 5 ( p ~ n í t r o f e n i l ) 1,1 d i m e t i l 3 " Q x o -p í r i d f n i o (com-posto 6 f ) B r o m e t o de N - a c e t o n i l - N , N - d i m e t i 1 * N ( p - n i t r o f e n a c i 1 ) _a mônlo 1 , 3 8 g ( 4 x 1 0- 3H ) , h i d r ó x i d o de s ó d i o em e t a n o l 3n>1 ( 5 x 1 0 "3M ) . 0 mesmo p r o c e d i m e n t o do í t e m 5 - 1 - P r o d u t o o b t i d o 1 , 2 g ( 9 1 , 8 t ) p . f . 2 1 6 - 2 1 8 ° C . A n a l i s e e l e m e n t a r : c a l c u l a d o p a r a cj 3H 1 5 M203B r %Z * k7,7] *H ' k , 5 9 *N " 8'5 6 e n c o n t r a d o U - 4 7 , 9 0 %H - 4 , 9 0 %H - 8 , 3 2

* 3

r . m . n . de !H 6 (TFA) 8 , 2 9 ( 2 H , d, anel Ar J 5Hz) 7,73(2H, d, anel Ar J 5Hz)

6 , 9 ( I H , £ , o l e f ) 5 , 0 ( 2 H , £ CH2 - N) 4,4(2H» £ , " N - CH2>

3 , 5 ( 6 H , s., N ( C H3)2) .