Preparação de amidas utilizando o DCC

RKA1JV - Olá, meu amigo e minha amiga. Neste vídeo, nós vamos ver a preparação de amidas. Nós temos aqui um ácido carboxílico, aqui nós temos a presença da amônia. O que nós devemos imaginar? Que esse par de elétrons disponível do nitrogênio vai vir e atacar esse carbono da carbonila. Portanto, ele vai funcionar como um nucleófilo. E esse carbono como um eletrófilo. Mas não é isso que vai acontecer. Esse par de elétrons de NH₃ vai funcionar como uma base. Ele vai vir e pegar este H⁺ do ácido, consequentemente, esse par de elétrons do hidrogênio com oxigênio vai para o oxigênio. O que nós vamos ter formado aqui? R ligado no carbono, o carbono fazendo sua dupla ligação com oxigênio. E ligado no outro oxigênio que tinha dois pares de elétrons disponíveis, ganhou mais um. Formando o ânion carboxilato. O NH₃ ganhou H⁺ produzindo o NH₄ mais o íon amônio. Nós temos a presença de um sal de amônio. Se esse sal for aquecido provavelmente, ele vai produzir esta amida. No entanto, essa não é a melhor forma de fazer uma amida. Uma forma muito melhor para produzir amida seria usar algo como o DCC. O que é o DCC? São as siglas para este composto aqui, diciclomexilcarbodiimida. Por que o DCC? D, C e C. A simbologia deste composto. Se esses grupos R' forem o "di ciclo hexil", nós temos o composto chamado de DCC. Começando aqui com o ácido carboxílico e uma amina usando DCC, o que vai acontecer? Ele vai permitir que a amina atue como nucleófilo. Nós vamos ter aqui produzido uma amida nesse processo que é o nosso produto desejado. Vamos ver agora o mecanismo para esta reação. O que vai acontecer? Esse par de elétrons do nitrogênio vai vir e pegar esse H⁺ do ácido carboxílico. Por outro lado, esse par de elétrons do hidrogênio com oxigênio vai para o oxigênio. Vamos ver o que vai ser formado nesta etapa? Nós temos o carbono fazendo dupla ligação com oxigênio. O oxigênio com os seus dois pares de elétrons disponíveis ligado no R. Aqui ligado no O, o O com seus 2 pares ganhou mais 1, ficando com sua carga negativa. Formando um carboânion. Um nitrogênio estava ligado ao R'', acabou pegando este hidrogênio, ficando com a sua carga positiva. E fazendo dupla ligação com o carbono, o carbono fazendo dupla ligação com o nitrogênio. O hidrogênio com seus dois pares de elétrons ligados ao R''. O que que nós vamos ver no sentido dos elétrons? Esse par de elétrons de hidrogênio com oxigênio que foi para o oxigênio. Esse par de elétrons disponível do oxigênio. Esse par de elétrons do nitrogênio que pegou o H⁺. E este par de elétrons aqui do nitrogênio que ligou neste hidrogênio que é este hidrogênio aqui. Pelo fato desse nitrogênio ter acabado de pegar um próton, ele realmente quer elétrons. Ele vai acabar puxando esse par de elétrons do carbono para ele. Gerando nesse carbono uma densidade de carga positiva. Ele é um eletrófilo. Nosso carbono vai atuar como nucleófilo. então esse par de elétrons do oxigênio vai vir e atacar o carbono, que é um eletrófilo. Por outro lado, esse par de elétrons do carbono com nitrogênio vai para o hidrogênio. Vamos ver o que vai ser formado. Nós temos o R ligado no carbono, o carbono fazendo dupla O com oxigênio. O oxigênio com seus dois pares de elétrons ligado no outro oxigênio. Esse oxigênio agora com dois pares, o outro par foi fazer a ligação com o carbono. O carbono ligado no nitrogênio, o nitrogênio ligado no hidrogênio e no R'. Agora com um par de elétrons disponível, nesse carbono fazendo dupla ligação com nitrogênio. E hidrogênio com seu par de elétrons ligado no R'' Vamos ver o caminho dos elétrons. Esse par de elétrons do nitrogênio com o carbono que foi para o nitrogênio é esse par de elétrons disponíveis aqui. E esse par de elétrons do oxigênio que atacou o carbono, está fazendo essa ligação do oxigênio com o carbono. No próximo passo, a amina vai funcionar como um nucleófilo. Vamos desenhar amina aqui, nitrogênio com seu par de elétrons disponível ligado no R'. Ligado no H, ligado no outro hidrogênio. O que vai acontecer? O oxigênio é mais eletronegativo, vai puxar o par de elétrons para ele. Vai gerar nesse carbono uma densidade de carga positiva. O nosso oxigênio fica com a densidade de carga negativa. Esse carbono é um eletrófilo e esse par de elétrons do nitrogênio vai atuar como nucleófilo. Esse par de elétrons do nitrogênio vai vir e atacar esse carbono da carbonila. Por outro lado, esse par de elétrons do carbono com oxigênio vai para o oxigênio. Vamos ver aqui o que nós vamos ter formado. Nós vamos ter o R ligado no carbono, o carbono agora ligado no nitrogênio. Esse nitrogênio ligado no R' ligado no H e ligado no outro H com sua carga positiva. Este carbono ligado no oxigênio. O oxigênio tinha dois pares de elétrons disponíveis ganhou mais um par, ficando com sua carga negativa. E este carbono ligado no oxigênio com os seus dois pares de elétron ligado no outro carbono. Esse carbono ligado no nitrogênio com seu par de elétron ligado no R''. Ligado no H fazendo dupla com o nitrogênio com o seu par de elétron e ligado no R''. Vamos ver o sentido dos elétrons. E esse par de elétrons do carbono com oxigênio que foi para o oxigênio. E esse par de elétrons disponível do oxigênio. Esse par de elétrons em magenta do nitrogênio da amina que atacou o carbono é esse par de elétrons que formou a ligação do carbono com o nitrogênio. O uso do DCC nos fornece um bom grupo de saída. Pensando no que temos aqui, esse é um excelente grupo de saída. Vamos marcá-lo aqui, que vai ser o nosso grupo de saída. Como que vai ser formado esse grupo de saída? Esse par de elétrons do oxigênio vai vir para o oxigênio e o carbono, formando a dupla ligação. Reformando a carbonila. Por outro lado, esse par de elétrons do carbono com o oxigênio vai para o oxigênio com o carbono. E nós temos a presença do H⁺, o que vai acontecer? Esse par de elétrons do carbono com o nitrogênio vai vir e atacar este H⁺. Nós temos formado aqui um excelente grupo de saída. Chamado de dicicloexilureia. Vamos ver nosso produto formado aqui. Após a saída desse grupo de saída, nós temos o R ligado no carbono. O carbono fazendo agora dupla ligação com oxigênio. O oxigênio com seus dois pares de elétrons disponíveis. Esse carbono ligado no N. O N ligado no R' e ligado no H. O que vai acontecer com o outro H? Uma base vai vir e acabar arrancando esse H⁺, ficando esse par de elétrons aqui com o nitrogênio. Esse par de elétrons vai estar aqui no nitrogênio e o par de elétrons que foi formar a carbonila é esse par aqui, que acabou formando a dupla ligação do carbono e o oxigênio restaurando a carbonila. Nós temos a produção da nossa amida, além do grupo de saída que foi a dicicloexulureia. Vamos ver agora um dos usos para o DCC. Um dos mais famosos é para reagir com aminoácidos para formar peptídeos. Nós temos aqui dois aminoácidos, nós temos o aminoácido da esquerda onde temos o grupo R1. Grupo amina e o grupo ácido carboxílico. Nós temos na direita outro aminoácido, grupo amina, grupo ácido carboxílico com R2. Um é diferente do outro, o grupo R1 é diferente do grupo R2. Nós temos que ficar atentos porque, desse lado aqui da molécula, nós temos um grupo amina. E do lado da outra molécula, nós temos um grupo ácido carboxílico. Nós temos que usar um grupo de proteção para eles não participarem desta reação. Nós vamos colocar um grupo de proteção aqui. Vamos colocar aqui um outro grupo de proteção. No lugar do H, nós vamos usar aqui um R' para não ocorrer a reação. A reação vai acontecer entre o ácido carboxílico desta molécula, desse aminoácido com o grupo amina deste aminoácido. Vai ser uma reação de desidratação em que vai ocorrer a perda da água, o OH com o H. Nós vamos ter aqui menos água nessa reação entre os dois aminoácidos usando o DCC. O que vai ser formado? Nós temos o carbono da carbonila, C dupla O, ligado no nitrogênio. O nitrogênio ligado no H, ligado no outro carbono, ligado no R2. Ligado aqui no C dupla O, ligado no outro oxigênio. Esse outro oxigênio ligado no R' que foi o grupo de proteção adicionado. Do outro lado, esse carbono ligado no nitrogênio, esse nitrogênio ligado no hidrogênio. E aqui um outro grupo de proteção qualquer que a gente vai chamar de sigla de BOC. Formamos então nessa reação um dipeptídeo, que tem a função amida. E esta aqui é a ligação peptídica. Isso foi desenvolvido no M.I.T na década de 1950 sendo publicada pelo grupo do Dr. Sheran em torno de 1955. Na verdade, ele chamou isso o que fizemos, a retirada do H e do OH, ou seja, a perda dessa água como "A química do laço". Essa não é a melhor forma de pensar no que exatamente ocorre aqui. Mas não é boa forma de pensar na união destes dois aminoácidos individuais para formar o seu dipeptídeo. O grupo do Dr. Sheran usava o DCC na década de 50. Sendo que se tornou a forma tradicional de formar dipeptídeos. Claro que há outras versões disso hoje, mas foi um grande avanço na década de 1950. O doutor Sheran estava envolvido também na síntese total de penicilina na década de 50. Sendo que quando usou o DCC como agente de acoplamento para formar os seus peptídeos do laboratório, ele pensou que pudesse usá-lo também para formar penicilina. Vamos ver a estrutura da penicilina. Aqui à direita, nós temos o sal de penicilina advindo da obra do Dr. Sheran, chamado síntese total da penicilina. Ele foi o primeiro a fazer isso em 1957. Observando o composto, nós podemos ver a presença de uma função amina e a presença da função do ácido carboxílico. Sendo que ao fazer a química do laço, ou seja, liberarmos esse OH com este H, o que significa perder a água, temos a presença da função amida no nosso anel. Chamado de lactana. Esse é bem famoso, trata-se de uma β-lactana. Vamos escrever aqui: β-lactana. Aí está nossa β-lactana. A penicilina está presente nos antibióticos β-lactana. O nome β-lactana provém do fato de que o carbono do lado dessa carbonila é o carbono alfa (α). E o do lado, seria o carbono beta (β). Temos aqui um anel de quatro membros para formar β-lactana. Assim o Dr. Sheran usou o DCC em sua síntese para unir esses dois grupos funcionais. E produzir a penicilina. Sendo que outros químicos tinham muita dificuldade em sintetizá-la durante a Segunda Guerra Mundial. Havia laboratórios trabalhando nisso, então eu acredito que o Dr. Sheran escreveu em seu livro chamando de "O anel encantado". Pois fazer esse anel de β-lactana foi muito difícil. Essa era a parte problemática, que era como formar um anel de β-lactana. Era exatamente difícil para vários químicos. Todavia o DCC, que pode ser usado aqui, você pode fazer isso na presença da água na temperatura ambiente, em condições normais de reação. Sendo que isso fez com que ele fosse o primeiro a sintetizar a penicilina. A primeira síntese total de penicilina. De acordo com ele em seu livro, não havia competição, e que ele pensou que os outros químicos tinham cansado de tentar. É uma parte da química bem interessante. Falarei mais de penicilina em um vídeo futuro.