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T. \ry. Graham Solomons UniversitY of South Florida
Craig B. Fryhle P ac ífi c Luthe rqn U nív e r sitY
Tradução Whei Oh Lin
Professora Titular do DepartamenÍo de Engenharia Química do Instituto Militar de Engenharia
5A+ stítima edição s6s5T n/.L 4à e,x,6
No interesse de difusão da cultura e do conheòimento, os autores e os editores envidaram o . máximo esforço para localizar os detentores.dos direitos autorais de qualquer material utilizado, dispondo-se a possíveis acertos posteriores caso, inadvertidamente, a identifìcação de algum deles tenha sido omitida.
, Organic Chemistry Copyright @ 2000 John Wiley & Sons, Inc. All Rights Reserved.
. Aúhorized translation from the English language edition published by John Wiley & Sons, Inc.
, Capa: @Gerry Ellis/GerryEllis.com
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CÀ'íTULO I CA'íTULO 2
CÁPíTULO 3 CAPÍTULO 4 CAI'ÍTULO 5 CAPíTULO ó CÂIPiTULO 7
CÁPÍTULO 8 CAI'iTULO 9
Compostos de Carbono e Ligações euímicas
Compostos de Carbono Representativos: Grupos Funcionais, Forças Intermoleculares e Espectroscopia de Infravermelho (lV)
Uma Introdução às Reações Orgânicas: Ácidos e Bases
Alcanos: Nomenclatura, Anárise conformacionar e uma Introdução à Síntese Estereoquímica: Moléculas euirais
Reações lônicas - Substituição Nucleofílica e Reações de Eliminação dos Haletos de AlquilaAlcenos e Alcinos l:
Propriedades e Síntese. Reações de Eriminação de Haretos de Arquira Alcenos e Alcinos l: As Reações de Adição
Ressonância Magnética Nuclear e Espectrometria de Massa:
Ferramentas para Determinação de Estruturas
QT.ffTULO | 0 Reações de Radicais -._ cApiTULo | | ÁlcooiseÉreres cAnÍrt"o ' t Álcoois a Partir de compostos carbonílicos, oxidação-Redução e compostos organometálicosc,lpfTulo l3 Sistemas Insaturados Conjugados cAJtt-ruLo l4 Compostos Aromáticos cnpirulo | 5 Reações de Compostos Aromáticos n€spostas dos Problemas Selecionados Grlocsário
Créditos das llustrações e das Fotos llnndlce
cl,pr, ulo ló Aldeídos e cetonas r. Adição Nucreofírica ao Grupo carbonira a*píTtrlo l7 Aldeídos e Cetonas l. Reações Aldólicas .ì,,\ c'/NFrrLjLo | 8 Acidos carboxílicos e seus Derivados. Adição-Eliminação Nucleofílica no carbono AcílicocApirru' o | 9 Síntese e Reações dos Compostos B_Dicarbonílicos: Mais euímica dos Ânions Enolaro
X Sumário Geral cAPíTuLo 20 Aminas 6ApíTULO 2l Fenóis e Haletos de Arila: Substituição Aromática Nucleofílica cAPíTULo22 Carboidratos cAPiTULo 23 Lipídios CAPíTULo 24 Aminoácidos e Proteínas cAPíTULo 25 Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas Respostas dos Problemas Selecionados Créditos das llustrações e das Fotos índice
Capítulo ló Aldeídos e Cetonas l. Adição NucleoÍílica ao
6.1 6l
6_5 bó
: -t_ì
Introdução 2 Nomenclatura dos Aldeídos e Cetonas 2 kopriedades Físiças 3 Síntese de Aldeídos 4
Síntese de Cetqrles 8_ ;^ Adição Nucleofflica à Ligação Dupla Carbong_Oxigêni{@
A Adição de Alcoois: Hemiacetais e Acetais{5 ' ., A Adição de Derivados de Amôniafl-',
A Adiçao de Ácido Cianídrico €õ t''
A Adição de llídeos: A Reação {eWittig2T
.: - 1 A Adição de Reagentes Organoryg[álicos: A Reação de Reformatsty@
-: - ì Oxidação de Aldeídos e Cetona{32\
-: 1-: -\nálisês Químicas para AldeídosìíCetonas 3 -: 1r Propriedades Espectroscópicas de Aldeídos e Cetonas 34
Capínrlo l7 Aldeídos e Cetonas l. Reações Aldólicas 4ó
,{ Acidez dos Hidrogênio;cr dos Compostos Carbonilados: Ânions Enolatos@7 Tautomeria Cetoenólicak8' Reações Via Enóis e Âniòns Enolatos6i
,{ Réação Aldólica: A Adição Oe ÂnioõBnolatos aos Aldeídos e às Cetonas 54 R.eações Aldólicas Cruzadas 58 Ci.-Ìizações via Condensações Aldólicas 63
- hrrodução 85
- \..rrenclatura e Propriedades Físicas 85
-: Freparaçao dos Ácidos Carboxílicos 92 un -
,- - Enolatos deLítio 64
- - : Selenação ct: Uma Síntese dos Compostos Carbonilados cr,B Insaturados 69
'- : -4,Iiçoes aos Aldeídos e Cetonas cr,B Insaturadas 70
Cafúurlo I I Ácidos Carboxílicos e Seus Derivados. Adição-Eliminação NucleoÍítica no Carbono Acílico 84
{dição-Eliminação Nucleoffl ica em Carbono Acílic{9 5 Cïoretos de Acila 97 l-;.r'
-{nidridos de Ácidos Carboxflicos 98 E:ieres 100
{nidas 106 .{-'idos o-Halogenados: A Reação de Hell-Volhard-Zelinski 113 Denr ados do Acido Carbônico 115 xi Sumário
18.1 Desçarboxilação de Ácidos Carboxflicos 17 18.12 Testes Químicos pÍÌra os Compostos Acílicos 119
Tópico Especial B: Polímeros de Crescimento por Etapas 134
Capítulo l9 Síntese e Reações dos Compostos B-Dicarbonílicos: Mais Química dos Ânions Enolato 142
19.1 Introdução 143
19.2 A Condensação.de Claisen: A Síntese dos B-Cetoésteres 144 I9.3 A Síntese com Ester Acetoacético: Síntese das Metil Cetonas (Acetonas Substituídas) 149
19.4 A Síntese com Éster Malônico: Síntese dos Ácidos Acéticos Substituídos 154 19.5 Mais Reações de Comp.ostos com Hidrogênio Ativo 158 19.6 Alquilação Direta dos Esteres e das Nitrilas 159 19.7 Alquilação dos 1.3-Ditianos 160 19.8 Condensação de Knoevenagel 161 19.9 Adições de Michael 161 19.10 Reação de Mannich 163 19.1 Síntese das Enaminas: Reações de Enamina de Stork 165 19.12 Barbituratos 169
Tópico Especial C: Tióis, llídeos de Enxofre e Dissulfetos I8 | Tópico Especial D: Ésteres Tiólicos e a Biossíntese de Lipídios l8ó
Capítulo 20 Arninas | 98
20.1 Nomenclatura 199 20.2 Propriedades Físicas e Estrutura das Aminas 200 20.3 Basicidade de Aminas: Sais de Amina202 20.4 Algumas Aminas Biologicamente Importantes 208 20.5 Preparação de Aminas 210 20.6 Reações de Aminas 216
20.7 Reações de Aminas com Ácido Nitroso 218 20.8 Reações de Substituição de Sais de Arenodiazõnio 220 20.9 Reações de Acoplamento de Sais de Arenodiazôruo 223
20.10 Reações de Aminas com Cloreto de Sulfonila 225 20.1 As Sulfas: Sulfanilamida 227
20.12 AnáIise de Aminas 230 20.13 Eliminações Envolvendo Compostos de Amônio 231
Tópico Especial E: Reações e Síntese de Aminas Heterocíclicas 245 Tópico Especial F: Alcalóides 255
Capítulo 2 | Fenóis e Haletos de Arila: Substituição Aromática NucleoÍílica 2ó0
21.1 Estrutura e Nomenclatura dos Fenóis 261 2I.2 Fenóis Naturais 262 21.3 Propriedades Físicas dos Fenóis 262 21.4 Síntese dos Fenóis 263 21.5 Reações dos Fenóis como Ácidoi 267 --..21.6 Outras Reações do Grupo O-H dosfénó18269 21.7 Clivagem dos Eteres Alquil-Arflicoú qO 21.8 Reações do Anel Benzênico dos Fenbisx2T0 21.9 O Rearranjo de Claisen 272
21.10 Quinonas274 ,,| I ! 21.1 Haletos de Arila e Substituição Aromática Nucleofílic4 275
21.12 Análise Espectroscópica dos Fenóis e Haletos de Arilat2&l
Segundo Conjunto de Problemas de Revisão 290 Tópico Especial G: Reações Eletrocíclicas e de Cicloadição 295 Tópico Especial H: Haletos Orgânicos e Compostos Organometálicos no Meio Ambiente 307 Tópico Especial l: Compostos Organometálicos de Metal de Transição 3l2
Sumário Xxlll
Capítufo 2 Carboidratos 321
2.1 Introduçáo 32 2.2 Monossacarídeos 324 2.3 Mutarrotação 328 2.4 Formação do Glicosídio 329 2.5 Outras Reações dos Monossacarídeos 332 2.6 Reações de Oxidação dos Monossacarídeos 334 2.7 Redução dos Monossacarídeos: Alditóis 339 2.8 Reações dos Monossacarídeos com Fenilidrazina: Osazonas 339 229 Síntese e Degradação dos Monossacarídeos 340 2.10 A Família D das Aldoses 342 2.1 Prova de Fischer da Configuração da D-(+)-Gliçose 342 2.12 Dissacarídeos 345 2.13 Polissacarídeos 350 2.14 Outros Açúcares Importantes Biologicamente 355 2.15 Açícares que Contêm Nitrogênio 355 2.16 Glicolipídios e Glicoproteínas da Superfície da Célula 357 2.17 Carboidratos Antibióticos 359
Capítulo 23 Lipídios 3óó
23.1 Introdução 367 23.2 Ácidos Graxos e Triacilgliceróis 367 23.3 Terpenos e Terpenóis 374 23.4 Esteróides 378 23.5 Prostaglandinas386 23.6 Fosfolipídios e Membranas Celulares 387 23.7 Ceras 390
Capítulo 24 Aminoácidos e Proteínas 397
24.I Introdução 398 24.2 Aminoácidos 399 24.3 Síntese de a-Aminoácidos em Laboratório 403 24.4 Análise de Polipepídios e Proteínas 406 24.5 A Seqüência de Aminoácidos nos Polipeptídios e nas Proteínas 409 24.6 Estruturas Primárias de Polipeptídios e Proteínas 411 24.7 Síntese de Polipeptídios e de Proteínas 415
24.8 Estruturas Secundária, Terciiária e Quaternária das Proteínas 419 24.9 Introdução àsBnzimas 424
14.10 Lisozima: Modo de Ação de uma Enzima425 24.1I Proteases Serina 428 24.12 Hemoglobina: Uma Proteína Conjugada 433
Capítulo 25 Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas 438
15.1 Introdução 439 15.2 Nucleotídeos e Nucleosídeos 439 15.3 Síntese de Nucleosídeos e Nucleotídeos em Laboratírjo 442 :5.4 O Ácido Desoxirribonucléico: DNA 4 l-i.5 RNA e Síntese de Proteínas 450 :< 6 Determinação da Seqüência de Bases do DNA 457
-t - Síntese de Oligonucleotídeos em Laboratóno 459 -.' ! -\ Reação em Cadeia pela Polimerase 459
Respostas dos Problemas Selecionados 4ó4 Créditos das llustrações e das Fotos 4óó lndice 4ó8
Sobre o* Autores
T. V1/. G nnnau Solouor.rs
T. W. Grúam Solomons graduou-se na The Citadel e rece- :eu seu doutorado em química orgânica em 1959 da Duke Uni- ".ersity, onde trabalhou com C. K. Bradsher. Depois, ele foi :nembro de Pós-doutorado pela Fundação Sloan na Universidaie de Rochester. onde trabalhou com V. Boekelheide. Em 1960, :.ìrnou-se um membro perito do corpo docente da Universidade
:e South Florida (USF) e professor de química em 1973. Em
- 992. ele foi eleito professor emérito. Em1994 era professor vi-
;itante junto à Faculté des Sciences Pharmaceutiques et Eiologiques, Université René Descartes (Paris V). Ele é mem- :ro da Sigma Xi, Phi Lambda Upsilon e Sigma Pi Sigma. Rece-
-u verbas para pesquisa da Research Corporation e da Ameri-
::n Chemical Society Petroleum Research Fund. Por vários anos
:-e Ìoi diretor do Undergraduate Research PaÍicipation Program = L SF. patrocinado pela NSF. Seus interesses de pesquisa têm i:,Jo a-s áreas da químiça de heterocíclicos e compostos aromáti- :,-.s anormais. Ele publicou artigos no Journal of the American t-,lemìcal Society, no Journal of Organic Chemistry e no Jourr;l o.f Heterocyclic Chemislry. Recebeu vários prêmios por eni;rÌrr e\traordirìiírio. Seus liwos didáticos de química orgânica têm i-.do usados amplamente por 20 anos e foram traduzidos para o -.il't-lnês. chinês, corearo, malásio, árabe, português, espanhol e .-.rnìeno. Ele e sua esposa Judith têm uma filha que é geofísica e :lis f-rÌhos mais jovens.
Cnarc BanroN Fnvnle
Craig Barton Fryhle é professor associado e presidente do
Departamento de Química na Pacific Lutheran University. Ele obteve seu grau de B.A. do Gettysburg College e o Ph.D. da
Brown University. Os interesses de pesquisa do professor Fryhle se relacionam às enzimas e metabólitos do caminho do ácido eshikímico.t Sua atual pesquisa envolve estudos conformacionais dos substratos do caminho do eshikimato2 e análogos pela modelagem molecular e a espectrometria RMN, e estudos da estrutura e a reatividade das enzimas no caminho do 6cido eshikímico. Ele recebeu fundos de pesquisa e instrumentação da National
Science Foundation, do M. J. Murdock Charitable Trust, e outras fundações particulares. O trabalho do professor Fryhle, na educação de química, envolveu incorporações de estratégias de aprendizado ativo e de base de computador na química orgânica, desenvolvimento de novos experimentos para cursos de graduação em química orgânica e em análise instrumental, e um trabalho de fundamento nas edições anteriores deste texto. Ele é voluntário nos programas de ciência prática em escolas públicas de Seattle. Em 1999, foi presidente da Puget Sound Section da American Chemical Society. Ele mora em Seattle com sua esposa Deanna, e as filhas Lauren e Heaúer.
]mu:ltdoilgìêsshikimig.f1ata.sedoácido3,4,5.trihidroxi-1-cicloexeno-1-cuboxíico(pelasregrasdaIUPAC,Intemationa1UnionofPueandAppl T!:mlm:cÈ de rru plmta. sbikini-noki, um precursor importante de certos pÍodutos ilomáticos. (N.T.) --rui-' :r:e do ireìês shikimate, sal do ácido eshikímico. (N.T.)
Ao contriírio do que você possa ter ouvido falar, a química .rrgânica não precisa ser um curso difícil. Será um curso rigoro- .o e oferecerá um desafio. Mas você irá aprender mais nele do que em qualquer outro curso que você for fazer - e o que você aprende tem uma relevância especial para a vida e o mundo que ,r cerca. Contudo, como a química orgânica pode ser abordada le maneira lógica e sistemática, você irá descobrir que com há- :itos de estudo corretos dominar a química orgânica pode ser uma
:rperiência profundamente gratificante. Aqui, pois, estão algunas sugestões de como estudar:
1. Esteja sempre com seu trabalho atualizado - nunca deixe acumular matéria. A química orgânica é um curso no qual uma idéia é quase sempre construída sobre uma outra que foi dada antes. E essencial, portanto, que fique atualizado, ou melhor ainda, esteja umpouco à frente de seu professor. O ideal seria tentar estar um dia adiante da aula do seu professor, pre- parando sua própria aula. Assim, a aula em si será muito mais benéfica, pois você já terá algum entendimento da matéria em questão. Seu tempo na aúa será aproveitado para esclarecer e expandir as idéias com as quais vocêjá está familiarizado.
l. Estude o material em pequenas unidades, e certifique-se de que você entende cada seção nova antes de ir para a próxima. Novamente, devido à natureza cumulativa da química orgânica, seu estudo será muito mais eficaz se você estudar cada nova idéia à medida que é apresentada, entendendo-a completamente antes de seguir ao conceito seguinte. Muitos conceitos-chave são enfatizados pelos ícones de Caixa de Ferramentas, na margem, acompanhados de suas legendas. Esses conceitos, uma vez aprendidos, serão paÍte da sua caixa de ferramentas para o sucesso na química orgânica. Da mesma manei- ra, dicas ou sugestões de estudo e de pensamentos sobre a qúmica orgânica são realçadas pelos ícones de Dicas para Estudo e as legendas. Antes de seguir em frente, teúa certeza de que você entendeu um conceito, esteja ele realçado por um ícone de Caixa de Ferramentas ou de Dica para Estudo, ou não.
3. Resolva todos os problemas atribuídos no capítulo e designados do final do capítulo. Uma maneira de verificar seu progresso é trabalhar com cada problema do capítulo, quan- do chegar lá. Esses problemas foram escritos justamente com este propósito e são designados a ajudá-lo a decidir se você entendeu o material que acabou de ser explicado. Se você consegue trabalhar o problema do capítulo, então pode seguir em frente; caso contrário, você deve retroceder e estudar novamente o material anterior. Trabalhe também todos os problemas designados pelo seu professor do final do capítulo. Faça todos os problemas em um caderno de anotações e mostre o caderno ao seu professor quando for pedir alguma ajuda extra. 4. Escreva quando estudar. Escreva as reações, mecanismos, estruturas e assim por diante, repetidas vezes. A qúmica orgânica é rnais bem assimilada através da ponta dos dedos, ao escrever, e não pelos olhos, apenas olhando, ou realçando o material no texto, ou pela referência de cartões de anotações rápi- das. Há um bom motivo para isso. As estruturas orgânicas, os mecanismos e as reações são complexos. Se você simplesmenúe os examina, pode pensar que os entendeu profundamente, mas isso terá sido uma concepção errada. O mecanismo de reação pode fazer sentido de uma certa maneira, mas você irá necessitar de um entendimento mais profundo. Você precisa conhecer o material tão profundamente que possa explicá-lo a outra pessoa. Esse nível de entendimento vem para a maioria (aqueles que não possuem a memória fotografica) através da escrita. Somente escrevendo os mecanismos de reação prestamos súiciente atenção aos detalhes, tais como: que átomos são conectados a que átomos, que ligações quebram em uma reação e que ligações formam, e os aspectos tridimensionais das estruturas. Quando escrevemos as reações e os mecanismos, conexões são feitas em nosso cérebro que fomecem a memória de longa duração necessária pÉÌra o sucesso na química orgânica. Estamos praticamente garantindo que sua nota no curso será diretamente proporcional ao número de páginas que você irá preencher com suas próprias anotações ao longo do semestre.