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http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/7915
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Estudo computacional da metilação de nitronatos [R¹R²CNO2] em solução : mecanismo e seletividade |
Autor: | MORAES, Vitocley Bezerra de ![]() |
Primeiro orientador: | SILVA, Juliana Angeiras Batista da |
Primeiro coorientador: | LONGO, Ricardo Luiz |
Segundo coorientador: | MAHMOOD, Ayyaz |
Primeiro membro da banca: | FREITAS, Juliano Carlo Rufino de |
Segundo membro da banca: | MONTE, Elizete Ventura do |
Terceiro membro da banca: | BATISTA, Hélcio José |
Resumo: | Nitronatos são nucleófilos ambidentados obtidos pela desprotonação de organonitratos e são importantes intermediários em síntese orgânica na formação de ligação C−C e C−O. Neste trabalho foi realizado um estudo computacional das reações de metilação de nitronatos do tipo [R1R2CNO2]− com os agentes metilantes CH3Cl, CH3I, (CH3)3O+ e MeOBs (p-BrPhSO3CH3), em fase gás e em solução (DCM, THF, CCl4 e DMF), com o objetivo de se investigar os fatores relevantes para a determinação da regioseletividade (O-metilação versus C-metilação) e da esterosseletividade (E:Z) na O-metilação, tanto para alquilnitronatos (em que R1 = H, R2 = CH3) quanto para arilnitronatos (em que R1 = H, R2 = X-Ph com X = H, MeO e NO2). Foram utilizados métodos baseados na teoria do funcional de densidade (DFT), em particular, o funcional M06-2X, e o efeito do solvente foi considerado com o modelo de solvatação SMD. O estudo revelou que alquilnitronatos reagindo com agentes metilantes cujo átomo de carbono central é um ácido mais macio, por exemplo, CH3I, têm o caminho da C-metilação como preferencial cinética e termodinamicamente, pois o átomo de carbono no nitronato é uma base mais macia que os átomos de oxigênio. Mudando-se a natureza do agente metilante para ácidos mais duros, muda-se a regiosseletividade C:O, pois o caminho da O-metilação passa a ser cineticamente preferencial. Também, os efeitos do solvente nas seletividades das reações não podem ser desconsiderados, uma vez que, para o sistema [R1R2CNO2]− + CH3Cl, cresce a tendência para a O-metilação quando aumenta a polaridade do solvente aprótico, sendo este mecanismo cineticamente preferencial. Também devido à estabilização dos produtos pelo efeito solvente, tanto os produtos da C-metilação, quanto os produtos da O-metilação são bastante exergônicos, de modo que a dependência da seletividade (determinada a patir das diferenças na altura das barreiras de ativação) nas reações, torna-se maior. Para os arilnitronatos em fase gás e em solução, a reação ocorre preferencialmente com ataque do carbono do agente metilante pelo oxigênio do nucleófilo, sendo as energias de ativação da O(E)-metilação menores. Isto pode ser atribuído à conjugação entre o anel aromático e o carbânion do nitronato, visto que a reatividade nucleofílica decresce com a delocalização de cargas, tornando o ataque pelo carbono menos reativo. No entanto, com o agente metilante CH3I, a seletividade da reação continua tendo o canal da C-metilação como preferencial cinética e termodinamicamente em fase gás. Isto mostra uma predominância do efeito do agente metilante sobre o efeito dos grupos R1 e R2 no nitronato. Grupo doador de elétrons ligado ao anel aromático na posição para estabiliza ainda mais o estado de transição da O-metilação em relação ao da C-metilação, em concordância com as observações experimentais. Logo, a metodologia computacional utilizada consegue reproduzir as tendências observadas experimentalmente e nos estudos teóricos e computacionais disponíveis na literatura. |
Abstract: | Nitronates are ambidentate nucleophiles obtained by deprotonation of organonitrates and are important intermediates in organic synthesis in the formation of C-C and C-O bonding. In this work, a computational study of the nitronate methylation reactions of type [R1R2CNO2]− with the methylating agents CH3Cl, CH3I, (CH3)3O+ and MeOBs (p-BrPhSO3CH3), in gas phase and in solution (DCM, THF, CCl4 and DMF), in order to investigate the relevant factors for the determination of regioselectivity (O-methylation versus C-methylation) and esteroselectivity (E:Z) in O-methylation, both for alkylnitronates (where R1 = H, R2 = CH3) and for arylnitronates (where R1 = H, R2 = X-Ph with X = H, MeO and NO2). We have used methods based on density functional theory (DFT), in particular the functional M06-2X, were used, and the solvent effect was considered with the SMD solvation model. The study has shown that alkylnitronates reacting with methylating agents whose central carbon atom is a softer acid, for example CH3I, have the C-methylation pathway as kinetic and thermodynamically preferred, since the carbon atom in the nitronate is a softer base than the oxygen atoms. By changing the nature of the methylating agent to harder acids, the C:O regioselectivity is changed, since the O-methylation pathway becomes kinetically preferential. Also, the effects of the solvent on the selectivities of the reactions can not be disregarded, since for the [R1R2CNO2]− + CH3Cl system the tendency for O-methylation increases when the polarity of the aprotic solvent increases, this mechanism being kinetically preferential. Also due to the stabilization of the products by the solvent effect, both the C-methylation products and the O-methylation products are quite exergonic, so that the dependence of the selectivity (determined from differences in the height of the activation barriers) in the reactions, it becomes larger. For the arylnitronates in the gas phase and in solution, the reaction occurs preferentially with the attack of the carbon of the methylating agent by the oxygen of the nucleophile, the energies of activation of O(E)-methylation being smaller. This can be attributed to the conjugation between the aromatic ring and the carbanion of the nitronate, as the nucleophilic reactivity decreases with the delocalization of charges, making the attack by the carbon less reactive. However, with the CH3I methylating agent, the selectivity of the reaction continues to have the C-methylation channel as kinetic preferential and thermodynamically in the gas phase. This shows a predominance of the effect of the methylating agent on the effect of the R1 and R2 groups on the nitronate. Electron donor group attached to the aromatic ring at the para position further stabilize the transition state of O-methylation over that of C-methylation, in accordance with the experimental observations. Therefore, the computational methodology used can reproduce the trends observed experimentally and in the theoretical and computational studies available in the literature. |
Palavras-chave: | Nitronato Estudo computacional Reação de metilação |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal Rural de Pernambuco |
Sigla da instituição: | UFRPE |
Departamento: | Departamento de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | MORAES, Vitocley Bezerra de. Estudo computacional da metilação de nitronatos [R¹R²CNO2] em solução : mecanismo e seletividade. 2019. 142 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Química) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/7915 |
Data de defesa: | 25-Jan-2019 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Vitocley Bezerra de Moraes.pdf | Documento principal | 4,72 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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