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Type: Tese
Title: Mecanismos da oxidação de álcoois por N-haloreagentes e metodologia de ciclização oxidativa de dióis à lactonas por ácido tricloroisocianúrico
Author(s)/Inventor(s): Santos, Carlos Vinícius Pinto dos
Advisor: Mattos, Marcio Contrucci Saraiva de
Abstract: A investigação por DFT da oxidação de álcoois por NBS em ácido acético aquoso (30- 70%) encontrou mecanismos que diferiram apenas na quantidade de solvente explícito. O álcool foi oxidado via abstração de hidreto pela NBS por catálise básica de acetato; a catálise ácida se mostrou possível, mas fora do escopo reacional. Os valores de kcalc e ΔG≠ calc nos 20 casos estudados concordaram plenamente com os dados cinéticos disponíveis. O estudo teórico do mecanismo de oxidação de álcoois por TCCA (baseado em estudo cinético prévio) encontrou um mecanismo em que Cl2 autocatalítico abstraiu hidreto em um estado de transição acíclico na zona de indução. Os álcoois com grupos fortemente eletrorretiradores, que ficaram fora da Correlação de Energia Livre, sofreram oxidação através da abstração de hidrogênio por cloreto do respectivo hipoclorito de benzila. Além disso, foi possível sugerir a continuidade do mecanismo entre álcoois aromáticos e secundários no nível M06-2x/6-311G(d,p). O estudo sobre a substituição ipso na reação com TCCA (11 casos) identificou a posição para e o grupo de saída como condicionadores da reação. O estudo por DFT demonstrou que a maior incidência de substituição ipso no álcool 4-metoxibenzílico a 0 °C ante 25 °C ocorreu pela diminuição do ΔG≠ calc da substituição ipso e aumento do ΔG≠ calc das reações concorrentes. Foi proposta uma metodologia barata, segura e conveniente para a ciclização oxidativa de diois a lactonas utilizando TCCA, H2O/Py em solução de MeCN/CH2Cl2 30% à temperatura ambiente. Foram obtidos rendimentos de 50-98% para seis exemplos de lactonas de anel pequeno e um exemplo de anel médio (decanolactona). A oxidação de 1,4-pentanodiol por TCCA conduziu à cetona, enquanto a oxidação por TBCA/Py em acetonitrila conduziu à γ-butirolactona sem formação de cetona. O estudo do mecanismo por DFT identificou dois mecanismos concomitantes através da ciclização do cloreto de acila ou da oxidação do lactol com meio ácido.
Abstract: The DFT investigation of alcohol oxidation by NBS in aqueous acetic acid (30-70%) found mechanisms that differed only in the amount of explicit solvent. The alcohol was oxidized via hydride abstraction by NBS with basic acetate catalysis; acid catalysis was shown to be possible but was outside the reaction scope. The kcalc and ΔG≠ calc values in the 20 cases studied agreed fully with available kinetic data. The theoretical study of the mechanism of oxidation of alcohols by TCCA (based on a previous kinetic study) found a mechanism in which autocatalytic Cl2 abstracted hydride in an acyclic transition state in the induction zone. Alcohols with strongly electron-withdring groups, which were outside the linear free energy relationship, underwent oxidation through hydrogen abstraction by chloride from the respective benzyl hypochlorite. Furthermore, it was possible to suggest the continuity of the mechanism between aromatic and secondary alcohols at the M06-2x/6-311G(d,p) level. The ipso substitution study in the reaction with TCCA (11 cases) identified the position and leaving group as reaction limiters. The DFT study demonstrated that the higher incidence of ipso substitution in 4- methoxybenzyl alcohol at 0 °C as opposed to 25 °C occurred due to the decrease in ΔG≠ calc for ipso substitution and the increase in ΔG≠ calc for concurrent reactions. A cost-effective, safe, and convenient methodology for oxidative cyclization of diols to lactones using TCCA, H2O/Py in a 30% MeCN/CH2Cl2 solution at room temperature was proposed. Yields of 50-98% were obtained for six examples of small ring lactones and one example of a medium-sized ring lactone (decanolactone). The oxidation of 1,4-pentanediol by TCCA led to the ketone, while oxidation by TBCA/Py in acetonitrile led to γ-butyrolactone without the formation of a ketone. The mechanism study by DFT identified two concomitant mechanisms through the cyclization of acyl chloride or the oxidation of lactol with acidic medium.
Keywords: Oxidação
Lactona
Substituição ipso
Ácido tricloroisocianúrico
Teoria funcional de densidade
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Química
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 6-Feb-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: SANTOS, Carlos Vinícius Pinto dos. Mecanismos da oxidação de álcoois por N-haloreagentes e metodologia de ciclização oxidativa de dióis à lactonas por ácido tricloroisocianúrico. 2025. 258 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
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