11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS...

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  • 11. REACCIONES DE ADICIN NUCLEFILA A GRUPOS CARBONILO

    GENERALIDADES Los sustratos ms comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas:

    +

    = 2,73 D = 2,84 D

    C

    O

    Me H+

    C

    O

    Me Me

    Los nuclefilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:

    Nu_

    : H ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC ; ; RCH2_ __

    : :_: R C C

    Mecanismo general:

    Nu

    R

    R

    C O_ Nu C_

    R'

    R

    O HB Nu C

    R'

    R

    OH

    En el estado de transicin la aglomeracin de grupos en torno al tomo del C=O aumenta:

    C

    O

    R'R

    Nu_

    C

    R'R

    O

    +

    _

    C

    R'R

    O_

    Nu Nu

    Por este motivo, la velocidad de reaccin sigue el orden:

    H C H

    O

    > R C H

    O

    R C R

    O

    > ' Las cetonas son bastante menos reactivas que los aldehidos, y si existen grupos alquilo unidos al C la reactividad disminuye todava ms:

    CH3__CO__CH3 CH3__CO__CH__CH3> > CH3__CO__C__CH3 > > CH3__C__CO__C__CH3

    CH3

    CH3

    CH3 CH3

    CH3 CH3CH3

    XI

  • 282

    Dependiendo del nuclefilo empleado se obtienen los siguientes tipos de compuestos:

    Nuclefilo Sustrato

    H

    R OH

    (imina, base de Schiff)R NH2

    (enamina)

    H2N NH2 (hidrazona)

    R NH R

    (cianhidrina)NC_

    CH (alcohol)R C :_

    R CH2

    _(alcohol)

    R'CH2 C R''

    O

    Producto

    R'CH2 CH

    O

    R''

    H

    R'CH2 C

    OR

    OR

    R''

    R'CH2 C

    R''

    NR

    R'CH C

    R''

    NR2

    R'CH2 C NR''

    NH2

    R'CH2 C

    OH

    CN

    R''

    R'CH2 COH

    R''C C R

    R'CH2 COH

    R''CH2R

    _

    ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIN NUCLEFILA. REGLA DE CRAM En las reacciones de adicin nuclefila, el tomo de carbono del grupo carbonilo puede transformarse en un tomo de carbono asimtrico, dependiendo del tipo de nuclefilo empleado y de los radicales alquilo que estn unidos inicialmente al C=O.

    NC C O

    Me

    Et

    _C O

    Me

    Et

    NC_ HB

    C OH

    Me

    Et

    NC *

    XI

  • 283

    Si el compuesto carbonlico y el nuclefilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantimeros (racmico):

    C OEt

    Me

    1

    2

    NC_

    OEt

    NC

    Me_

    O

    Et

    NC

    Me_1

    2

    HB

    HB

    OH

    Et

    NC

    Me

    OHEt

    NC

    Me

    Sin embargo, cuando el compuesto carbonlico es quiral, la probabilidad de que el nuclefilo reaccione por cada una de las dos caras del grupo carbonilo no es la misma. El impedimento estreo hace que la reaccin por una de las caras est favorecida, y el resultado es una mezcla de diastereoismeros en proporciones diferentes (induccin asimtrica):

    H

    Me

    O

    H

    Me

    H

    Me

    1 menor impedimento

    mayor impedimento

    Nu_

    1

    2

    (producto mayoritario)

    (producto minoritario)2

    Nu

    OH

    OH

    Nu

    El diastereoismero mayoritario se forma cuando el nuclefilo reacciona con el grupo carbonilo por el lado menos impedido, y la conformacin del sustrato es aquella en la que el grupo carbonilo est flanqueado por los grupos menos voluminosos unidos al C asimtrico.

    C COMeC6H5

    H

    Me

    *

    [grupo pequeo]

    [grupo mediano]

    [grupo grande]

    Conformaciones ms favorecidas en relacin con el grupo carbonilo:

    O

    MeC6H5

    MeH

    3 y

    O

    MeC6H5

    HMe

    3

    (3S)

    H Me

    C6H5

    OMe H

    C6H5

    O

    (Me) (Me)

    [grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]

    (3R)

    XI

  • 284

    La regla de Cram se refiere a la reaccin de uno de los estereoismeros que forman la pareja de enantimeros, no a la reaccin del racmico con el nuclefilo.

    G grupo de mayor tamao grupo medianoM grupo de menor tamaoP

    O

    RG

    MP

    *

    P M

    G

    O

    (R)

    P M

    G

    O

    P M

    G

    O

    _

    _

    RNu

    NuR

    Nu_

    1

    2

    21

    HB

    HB

    P M

    G

    OH

    RNu

    P M

    G

    OH

    NuR

    [1]

    (mayoritario)

    [2]

    (minoritario)

    carbonoasimtrico

    El nuclefilo se aproxima por el lado en que estn situados P y G:

    M

    PG

    O

    R

    1

    Nu_

    M

    PG

    RO

    Nu

    _M

    PG

    ROH

    NuHB

    [1]

    (mayoritario)

    El nuclefilo se aproxima por el lado en que estn situados M y G:

    P

    GM

    O Nu_

    P

    GM

    OR

    Nu

    P

    GM

    OHR

    NuHB

    [2]

    (minoritario)

    R

    2

    _

    La regla de Cram slo es aplicable a reacciones sometidas a control cintico, en las que los complejos activados (estados de transicin) tienen energas diferentes y los productos se forman a velocidades distintas.

    APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ADICIN NUCLFILA EN SNTESIS

    FORMACIN DE ENLACES CH

    REDUCCIN CON HIDRUROS METLICOS Los hidruros metlicos ms utilizados en la reduccin de molculas con grupos carbonilo son el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) y el borohidruro sdico (NaBH4) El hidruro de litio y aluminio reacciona con compuestos que tienen hidrgenos cidos (agua, alcoholes y cidos carboxlicos, por ejemplo):

    XI

  • 285

    _+LiAlH4 + 4H2O

    rpidaLi Al(OH)4 4H2

    +

    Para utilizarlo como agente reductor, el disolvente empleado en la reaccin tiene que ser anhidro (exento de agua) El disolvente ms comn es el dietil ter. El borohidruro sdico tambin reacciona con el agua y los alcoholes:

    NaBH4 + 4CH3CH2OHlenta Na B(OEt)4 + 4H2

    _+

    En este caso la reaccin es mucho ms lenta y, de hecho, los alcoholes y el agua pueden utilizarse como disolventes. Ambos reactivos son fuentes de anin hidruro (H), el nuclfilo que se adiciona al grupo carbonilo provocando su reduccin:

    1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+CH3__(CH2)5__CH2OH

    Heptanal

    1-Heptanol

    (86 %)

    CH3 (CH2)5 CO

    H

    O1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+

    OH

    Ciclobutanona

    Ciclobutanol

    (90 %)

    1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+CH2__CH2__OH

    Ac. fenilacetico 2-Fenil-1-etanol

    (92 %)

    CH2 CO

    OH

    1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+CH2OH

    Benzoato de etiloAlcohol bencilico

    (90 %)

    C

    O

    OEt

    N__C__Me

    O1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+

    N-Metilacetanilida (91 %)

    Me

    N___CH__Me

    Me

    N-(1-Hidroxietil)-N-metilanilina

    OH

    1)LiAlH4, Et2O

    2)H3O+CH3__(CH2)11__CH2NH2

    Tridecanonitrilo Tridecilamina

    (90 %)

    CH3 (CH2)11 C N

    XI

  • 286

    Mecanismo de la reduccin de un ster:

    + H4AlLiEt2O 2 R__CH2O

    _+ Al(OR')2 + Li

    + 4H3O++

    R CO

    OR'2

    2R__CH2OH + 2R'OH + Li+ + Al3+ + 4H2O

    Cada molcula de H4AlLi reduce dos molculas de ster. Reduccin de la primera molcula:

    H__AlH3_Li

    +

    R__C__H

    O

    OR'

    _Li+

    AlH3

    R__C__H

    O: : Li+

    OR'

    R__C__H

    O

    H

    _: : Li+

    + R'O__AlH2+AlHH

    R C

    O

    OR'

    Reduccin de la segunda molcula:

    R__C

    O

    OR'

    H__AlH__OR' R__C__

    O

    OR'

    H

    _

    AlHOR'

    R__C__H

    O: :

    H__Al(OR')2

    +

    : :_

    Al(OR')2+

    R C H

    H

    O

    Una vez finalizada la reduccin se aade un cido mineral (H3O+):

    2R__CH2__O_

    + Al(OR')2+

    + Li+ + 4H3O+ 2R__CH2OH + 2R'OH + Al3+ + Li+ + 4H2O

    El borohidruro sdico (NaBH4) es menos reactivo que el H4AlLi y, por consiguiente, ms selectivo. En condiciones ordinarias no reacciona con steres, amidas, nitrilos y nitrocompuestos:

    CH3__C__CH2

    __CH2__CO2Et

    H4BNa

    H2OCH3

    __CH__CH2CH2__CO2Et

    OH

    4-Oxopentanoato de etilo 4-Hidroxipentanoato de etilo

    O

    NC__CH2CH2__C__H

    H4BNa

    EtOHNC__CH2CH2

    __CH2OH

    3-Cianopropanal 4-Ciano-1-propanol

    O

    CH3__CH2__C__CH3

    OH4BNa

    H2O(87 %)2-Butanona

    2-Butanol

    CH3_CH2_CH_CH3

    OH

    XI

  • 287

    CH3CH2CH2__C__H

    OH4BNa

    H2O(85 %)Butanal

    1-Butanol

    CH3CH2CH2__CH__H

    OH

    Compuesto LiAlH4 NaBH4 Producto

    R__CHO R__CH2OH

    R__CO__R' R__CHOH__R'

    R__CO2H R__CH2OH

    R__CO2R' R__CH2OH + R'__OH

    R__CN R__CH2NH2

    R__NO2 R__NH2

    Ar__NO2

    R__X R__H

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    OXIDACIN DE ALCOHOLES (OXIDACIN DE SWERN) La oxidacin de Swern transforma los alcoholes primarios en aldehidos y los secundarios en cetonas. Los reactivos empleados son: sulfxido de dimetilo (Me2S=O), dicloruro de oxalilo (Cl-CO-CO-Cl) y una base tipo trietilamina (Et3N):

    Me3C__CH__CH3

    OHSwern Me3C__C__CH3

    O

    3,3-Dimetil-2-butanolterc-Butil metil cetona

    (76 %)

    La reaccin transcurre en tres etapas. Etapa 1: Formacin del catin clorodimetilsulfonio.

    SMe

    MeO: + Cl

    _C

    O

    ClC

    O

    Cl SMe

    Me

    O C

    O

    Cl

    C

    O

    Cl

    _+

    SMe

    Me

    O C

    O

    C

    O

    Cl+

    Cl_

    S

    Me

    Me

    O C

    O

    C

    O

    Cl+:

    +Cl__S__Me

    Me

    Clorodimetil- sulfonio

    _O C O+ + C O + Cl

    XI

  • 288

    Etapa 2: Reaccin del alcohol con el catin clorodimetilsulfonio.

    +:+

    Cl_

    +HClRCH2 O S

    MeMe

    +RCH2 O S

    MeMe

    H

    +RCH2 O

    H

    : SMe

    MeCl

    Etapa 3: Reaccin de oxidacin-reduccin.

    +H__NEt3 +

    _

    Sulfuro de dimetilo

    RH2 O S

    CH2

    Me

    H :NEt3

    +R C

    H

    HO S

    CH2Me

    :+

    R CH

    O + Me S Me

    FORMACIN DE ENLACES CO

    REACCIN CON ALCOHOLES Los aldehidos y las cetonas reaccionan con los alcoholes originando acetales:

    + CH3OHH3O

    + CH3OH

    H3O+

    hemiacetal acetal

    R CO

    H R CHOH

    OCH3 R CHOCH3

    OCH3

    + CH3OHH3O+ CH3OH

    H3O+

    hemiacetal acetal

    R CO

    R' R COH

    OCH3 R COCH3

    OCH3R' R'

    Mecanismo de formacin de un acetal:

    H___B

    HO__R'

    + HBR C

    O

    R

    : :

    R C

    O

    R

    : BH :_+

    R C

    O

    R

    : H

    OH R'+

    :B_

    R C

    O

    R

    : H

    O R':

    hemiacetal

    R C

    O

    R

    :H

    O R':

    hemiacetal

    H___B

    :B_

    + R C

    OH2

    R

    O R':

    +

    H2O_

    R C R

    O R':

    +

    HO__R'

    R C R

    O R':

    O R'H+

    :B_

    R C R

    O R':

    O R':

    acetal

    + HB

    XI

  • 289

    Si en lugar de emplear un alcohol con un solo grupo hidroxilo se utiliza un glicol, se obtienen acetales cclicos. El glicol ms utilizado es el etilenglicol (HOCH2-CH2OH):

    (acetal cclico de un aldehido)R C

    O

    H

    ::

    + HOCH2__CH2OHH3O+ O

    CO CH2

    CH2R

    H

    R C

    O

    R'

    ::

    + HOCH2__CH2OHH3O

    + OC

    O CH2

    CH2R

    R'(acetal cclico de una cetona)

    Escribe el mecanismo de la reaccin entre la ciclohexanona y el etilenglicol en medio cido:

    O + HOCH2__CH2OHH3O+

    O

    O+ H2O

    EJERCICIO 11.1

    La reaccin de formacin de acetales es reversible; esto significa que, en medio cido, los acetales se transforman en el alcohol y el aldehido o la cetona de partida:

    O + HOCH2__CH2OHH3O+

    O

    O

    + HOCH2__CH2OH

    H3O+

    O

    OC__HO

    Por el contrario, los acetales son muy estables frente a las bases. Su fcil ruptura por los cidos, combinada con la ausencia de reactividad frente a las bases, hace que sean muy tiles para proteger grupos carbonilo.

    Escribe el mecanismo de la siguiente reaccin de hidrlisis:EJERCICIO 11.2

    O + HOCH2__CH2OHH3O+

    O

    O

    EJEMPLO DE PROTECCIN DE UNA CETONA EN FORMA DE ACETAL Imagina que se pretende realizar la siguiente reaccin:

    CH2CH2__CNreduccin

    CH2CH2__CH2NH2

    O

    2-(2-Cianoetil)-ciclohexanona 2-(3-Aminopropil)-ciclohexanona

    O

    XI

  • 290

    Se trata de convertir el nitrilo en una amina, dejando intacto el grupo carbonilo. Es una reduccin que puede hacerse empleando hidruro de litio y aluminio; sin embargo, el H4AlLi tambin reducir la cetona, convirtindola en un alcohol secundario. La estrategia a seguir es muy simple: primero se protege el grupo carbonilo en forma de acetal, a continuacin se lleva a cabo la reduccin y, finalmente, se regenera el grupo carbonilo hidrolizando el acetal:

    CH2CH2__CNO

    HOCH2__CH2OH

    H3O+

    OOCH2CH2CN 1)H4AlLi

    2)H3O+

    OOCH2CH2__CH2NH2

    CH2CH2__CH2

    _NH3 CH2CH2__CH2NH2

    OO

    H3O++

    HO (dil.)_

    Cmo llevaras a cabo la siguiente transformacin?

    1)Na+NH22)CH3I

    5-Hexin-2-ona 5-Heptin-2-ona

    CH3 CO CH2CH2 C CH CH3 CO CH2CH2 C C CH3

    _

    EJERCICIO 11.3

    EJEMPLO DE PROTECCIN DE UN ALCOHOL EN FORMA DE TETRAHIDROPIRANIL TER Hay ocasiones en las que es necesario proteger el grupo hidroxilo de los alcoholes, para poder llevar a cabo transformaciones en otra parte de la molcula. Por ejemplo (Tema 9):

    CH3__CH__CH2CH2Br CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2OH

    O

    1)Mg

    2)

    OH OH

    Ahora se plantea un problema distinto: los magnesianos reaccionan con los hidrgenos cidos, dando lugar al hidrocarburo correspondiente:

    BrMg___R'

    RO____H

    BrMg+ R'__H

    OR

    Si se pretende obtener el magnesiano de una molcula que tiene un grupo OH sucede lo siguiente:

    +BrCH2CH2 CHCH3

    O H

    BrMg CH2CH2CHCH3OH

    BrCH2CH2 CHCH3

    OMgBr

    CH2CH2CHCH3OH

    H

    El magnesiano se destruye y no tiene lugar su reaccin con el oxirano. La forma de evitar esta reaccin, que impide llevar a cabo la sntesis, consiste en proteger el grupo OH.

    XI

  • 291

    Una forma de hacerlo es preparar el tetrahidropiranil ter del alcohol:

    RCH2OH +O

    Dihidropirano

    TsOH

    250CRCH2__O

    ORCH2__O__THP

    tetrahidropiranil ter

    O

    THP

    (tetrahidropiranilo)

    Mecanismo de la reaccin:

    OH___OTs

    OH

    H

    + O O__R

    H

    +TsO

    __

    TsO_

    O O__R+ TsOH

    tetrahidropiranil ter

    :ORH

    La sntesis que pretendemos realizar es la siguiente:

    +O

    CH3 CH

    OH

    CH2CH2MgBr CH3 CH

    OH

    CH2CH2 CH2CH2OH

    Primer paso: Proteccin del alcohol.

    O

    O

    CH3 CHOH

    CH2CH2Br +TsOH CH3 CH

    O

    CH2CH2Br

    Segundo paso: Formacin del magnesiano.

    Mg

    Et2Omagnesiano con el OH protegido

    O

    CH3 CH

    O

    CH2CH2Br CH3 CH

    O

    CH2CH2MgBr

    THP

    Tercer paso: Reaccin del magnesiano con el oxirano.

    CH3__CH__CH2CH2__MgBr

    O__THP

    +O

    CH3__CH__CH2CH2

    __CH2CH2__OMgBr

    O__THP

    CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2__OH

    O__THPNH4

    +Cl_

    H2O+ Mg2+ + Br

    _

    XI

  • 292

    Cuarto paso: Hidrlisis del tetrahidropiranil ter del alcohol.

    CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2OH

    O OH3O+ CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2OH

    OH

    +O

    Se pretende realizar la siguiente reaccin de alquilacin (Tema 9)EJERCICIO 11.4

    O

    CH2OHHOCH2

    1)ter-BuO K+

    2)ICH3

    _

    O

    CH2OHHOCH2

    CH3

    Esta sntesis plantea un problema: el anin terc-butxido que se utiliza para formar el enolato de la cetona es una base fuerte (pKa 19) que reaccionar con los grupos OH (pKa 16) dando lugar a un anin alcxido:

    O

    CH2OHHOCH2

    ter-BuO K+_

    O

    CH2OOCH2__

    Este dianin reacciona con el yoduro de metilo:

    O

    CH2OOCH2__

    I___CH3 CH3___I

    O

    CH2O__CH3OCH2CH3

    Cmo protegeras los dos grupos OH para impedir esta reaccin secundaria?

    Ayuda: debes formar un acetal.

    FORMACIN DE ENLACES C-N

    REACCIN CON AMINAS PRIMARIAS Los aldehidos y las cetonas reaccionan con las aminas primarias en una secuencia de adicin nuclefila seguida de eliminacin; el resultado son unos compuestos conocidos como iminas o bases de Schiff:

    C__H

    O

    + H2N__CH3benceno

    QCH N__CH3 + H2O

    Benzaldehido(70 %)

    N-Bencilidenmetilamina

    XI

  • 293

    O

    +benceno

    QN__CH2

    __CH__CH3

    (79 %)

    N-Ciclohexilidenisobutilamina

    + H2OCH3

    CH3_CH_CH2

    _NH2

    CH3

    Mecanismo de la reaccin (catlisis cida pH 3-5; tampn AcOH + AcONa)

    _

    aminoalcohol

    :HNR'

    H

    CR

    R

    O

    H___OAc

    R'__NH2

    :

    C

    R

    R

    O

    AcO_

    +adicinR' NH C

    RR

    OH

    : H___OAc

    +

    eliminacinH2O+R' NH C R

    R

    R' N C

    H2O

    RRH

    R' N CH

    RR

    +

    AcO_

    ++ AcOH

    imina(base de Schiff)

    R' N C R

    R

    H

    R' N C RR

    REACCIN CON AMINAS SECUNDARIAS Las aminas secundarias reaccionan con aldehidos y cetonas dando lugar a enaminas:

    CH3CH2__C__H + CH3__NH__CH3

    AcOHAcONa

    CH3CH2__CH__N__CH3H2O

    _

    N-(1-Propenil)-dimetilamina

    O

    OH

    CH3CH3CH CH N CH3

    CH3

    O + HNAcOHAcONa

    N

    OHH2O

    _N

    N-(1-Ciclopentenil)-pirrolidinaPirrolidina

    Escribe el mecanismo de la reaccin entre la Ciclohexanona y la Pirrolidina.EJERCICIO 11.5

    XI

  • 294

    G. Stork descubri que las enaminas son compuestos anlogos al enolato de la cetona de partida. Porejemplo, se pueden llevar acabo reacciones de alquilacin (Tema 9) en la enamina y recuperar la cetona alquilada mediante una reaccin final de hidrlisis:

    EJERCICIO 11.6

    O +NH

    AcOHAcONa

    N

    enamina

    + H2O

    Ciclohexanona

    N + R__Xbenceno

    QN+

    R

    + X_

    NH

    N+

    R

    H2O

    Q

    OR

    +

    Ciclohexanona alquilada

    Escribe el mecanismo de todas las reacciones y comprueba que la enamina se comporta como el anin enolato de la Ciclohexanona.

    REACCIN CON HIDRAZINA Los aldehidos y las cetonas reaccionan con hidracina (H2N-NH2) y dan lugar a un tipo de compuestos llamados hidrazonas:

    Q+ H2N__NH2

    hidrazona del PropanalCH3CH2 C

    OH CH3CH2 CH

    OHNH NH2 CH3CH2 CH N NH2

    O

    + H2N__NH2

    NH__NH2HO

    Q

    N__NH2

    hidrazona de la Cicloexanona

    Las hidrazonas se descomponen en medio bsico; el grupo carbonilo del aldehido o de la cetona se transforma en un metileno:

    H2N__NH2 NaOHQ

    CH3__(CH2)5

    __CH2__CH3

    (75 %)

    Octano

    CH3 (CH2)5 CO

    CH3 CH3 (CH2)5 C

    N

    CH3

    NH2

    Se trata de la reduccin ms extrema de un grupo carbonilo, ya que el oxgeno es sustituido por dos tomos de hidrgeno. La reaccin recibe el nombre de reduccin de Wolff-Kishner y conduce al mismo resultado que la reduccin de Clemennsen.

    XI

  • 295

    FORMACIN DE ENLACES C-C

    REACCIN CON ANIN CIANURO

    Los aldehidos y las cetonas reaccionan con anin cianuro (NaCN o KCN), dando lugar a un in alcxido que en medio cido se transforma en una cianhidrina:

    R

    RO_

    _ H___OH2+

    C__R

    OH

    + H2O

    R

    in alcxido cianhidrina

    N CC__R

    O

    R

    N CN C

    CH2CHO + CN_

    CH2__CH__CN

    _

    H3O+ CH2__CH__CN

    OH

    Fenilacetaldehido

    2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo

    (67 %)

    O

    CH3__CO__CH3 + CN_

    _H3O+

    (78 %)

    2-Hidroxi-2-metilpropanonitrilo

    CH3 CO

    CH3

    CN CH3 COH

    CH3

    CN

    Las cianhidrinas son tiles en sntesis, debido a la presencia de los grupos HO y CN; el hidroxilo puede dar lugar a reacciones de eliminacin (obtencin de olefinas) y el CN es susceptible de transformarse en carboxilo (Tema 9):

    (90 %)

    Metacrilato de metilo

    CH3__CO__CH31)NaCN

    2)H3O+

    (78 %)

    CH3 COH

    CH3

    CNCH3OH

    H2SO4CH2 C

    CH3CO

    OCH3

    CH3__CHO1)NaCN

    2)H3O+

    H3O+

    c. 2-hidroxipropanoicoQ

    (c. lctico)

    CH3 CHOH

    CN CH3 CHOH

    CO

    OH

    Cul ser la configuracin absoluta del cido lctico obtenido mediante la reaccin anterior?EJERCICIO 11.7

    XI

  • 296

    REACCIN CON ANIONES ACETILURO

    Los alquinos con el triple enlace al final de la cadena reaccionan con sodio en amoniaco lquido, dando lugar al anin acetiluro correspondiente (Tema 9)

    Na + NH3 (liq.)330_ NH2 Na+ + 1/2 H2

    _

    +_

    NH2_

    + NH3

    pK 26 pK 36 aninacetiluro

    Keq 1010R C C H R C C:

    El anin acetiluro se adiciona al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, originando alcoholes acetilnicos:

    _

    Formol

    _

    H3O+

    alcohol primarioR C C: R C C C H

    O

    HR C C CH2OHC

    O

    HH

    _

    _

    H3O+

    R C C: R C C C HO

    R'R C C CH

    alcohol secundario

    OH

    R'C

    O

    R'H

    _

    _

    H3O+

    R C C: R C C C R'

    O

    R''

    R C C C

    OH

    R'

    alcohol terciario

    R''C

    O

    R''R'

    Reaccin global: _

    H3O+

    Na+

    R'_CO_R''Et2O

    Na+R C C HNa

    NH3 (liq.)

    _R C C: R C C C R'

    O

    R''R C C C R'

    OH

    R''

    Escribe las reacciones que conducen a 1-Fenil-2-propin-1-ol y (1-Propinil)-1-ciclohexanol partiendo de Benzal-dehido, Ciclohexanona y el hidrocarburo acetilnico que consideres conveniente.

    EJERCICIO 11.8

    REACCIN CON COMPUESTOS ORGANOMAGNSICOS Reactivos organomagnsicos (magnesianos, reactivos de Grignard) (Tema 9, p. 229):

    R__X + Mg R__Mg__X (haluro de alquil magnesio)

    R Ar R (alquilo); ; ; ; ;CH2 CH CH2 CH CH2 CH C ArCH2

    XI

  • 297

    Los magnesianos reaccionan con hidrgenos cidos, oxgeno y CO2: Los compuestos con tomos de hidrgeno cidos destruyen el magnesiano, transformndolo en el hidrocarburo correspondiente al haluro de alquilo de partida:

    X__Mg__CH2__R

    Z___H

    +

    [ Z HO (agua) ; RO (alcohol) ; ArO (fenol) ; RCO2 (cido) ; RCONH (amida)]

    X MgZ

    CH2 RH

    La reaccin con oxgeno conduce a alcoholes primarios:

    R__CH2__MgX1)O22) H3O+

    R__CH2OH

    X__Mg__CH2R XMg

    O____O

    CH2R

    RCH2____MgX

    RCH2

    O

    MgX

    +

    RCH2

    O

    MgXH3O

    +RCH2OH + Mg2+ + 2X

    _22

    O O

    La reaccin con CO2 origina cidos carboxlicos:

    R__CH2__MgX1)CO22) H3O+

    R__CH2CO2H

    X__Mg

    RH3O+

    + Mg2+ + X_

    C

    O

    O

    R CO

    O Mg X

    R CO

    OH

    SNTESIS DE ALCOHOLES Los magnesianos reaccionan con aldehidos, cetonas y steres dando lugar a alcoholes:

    Formol

    XMg

    R C

    O

    H

    H

    XMg

    R CH2

    OH3O+ R__CH2OH

    alcohol primario

    + Mg2+ + X_

    XMg

    R C

    O

    HR'

    aldehido

    XMg

    R C

    O

    HR'

    H3O+ R C

    OH

    HR'

    alcohol secundario

    + Mg2+ + X_

    XI

  • 298

    cetona alcohol terciario

    XMg

    R C

    O

    R''R'

    XMg

    R C

    O

    R''R'

    H3O+

    R C

    OH

    R''R' + Mg2+ + X

    _

    Conviene darse cuenta que los radicales R, R y R son intercambiables. Es decir, la sntesis de cualquier alcohol secundario puede realizarse a partir de dos aldehidos y dos magnesianos distintos; anlogamente, la obtencin de un alcohol terciario se puede llevar a cabo utilizando tres cetonas y tres magnesianos diferentes. Sntesis de un alcohol secundario:

    R' C

    O

    H1 R__MgX + R' CH

    O

    R

    MgXH3O+

    R' CH

    OH

    R

    R C

    O

    H2 R'__MgX + R CH

    O

    R'

    MgXH3O

    +

    R CH

    OH

    R' Sntesis de un alcohol terciario:

    R' C

    O

    R''1 R__MgX + R' C

    O

    R''

    MgXH3O

    +

    R' C

    OH

    R''R R

    R C

    O

    R''2 R'__MgX + R C

    O

    R''

    MgXH3O

    +

    R C

    OH

    R''R' R'

    R C

    O

    R'3 R''__MgX + R C

    O

    R'

    MgXH3O

    +

    R C

    OH

    R'R'' R''

    Utilizando magnesianos y aldehidos disea dos sntesis del 2-Butanol. Emplea magnesianos y cetonas que den lugar al 3-Metil-3-hexanol.

    EJERCICIO 11.9

    Los steres tambin reaccionan con los magnesianos. Si se hace reaccionar un mol de magnesiano con un mol de ster tiene lugar una sustitucin nuclefila en el grupo carbonilo y se obtiene una cetona:

    XMg

    R C

    O

    R'

    OR''[adicin]

    R C

    O

    R'

    OR''

    _MgX+

    [eliminacin] R CO

    R' + R''__OMgX

    XI

  • 299

    Cuando se utilizan dos moles de magnesiano y un mol de ster, el segundo mol de magnesiano reacciona con la cetona formada inicialmente, dando lugar a un alcohol terciario con dos radicales iguales (los que provienen del magnesiano):

    R CO

    R' + XMgR R C

    O

    R'R

    MgXH3O

    +

    R C

    OH

    R'R

    Reaccin global:

    R' CO

    OR''1)2XMgR

    2)H3O+R' C

    OH

    RR

    + R''OH + Mg2+ +_

    2X

    Las lactonas son steres cclicos que reaccionan con los magnesianos. Escribe las reacciones correspondientes a la siguiente transformacin:

    EJERCICIO 11.10

    O

    O

    1)2BrMgEt

    2)H3O+5-Etil-1,5-heptanodiol

    1 Disea una sntesis del Trifenilmetanol empleando como sustancias orgnicas Benceno y Etanol.

    2 Haz lo mismo con el 1-Butanol, utilizando nicamente Etileno.

    3 Idea una sntesis del 2,3-Dimetil-2-butanol a partir del Propino.

    EJERCICIO 11.11

    SNTESIS DE ALCOHOLES ACETILNICOS A PARTIR DE MAGNESIANOS Los alquinos terminales reaccionan con magnesianos, originando haluros de alquinilmagnesio:

    RC CH R'__CH2MgX+

    pKa 26

    RC C MgX + R'CH3 Keq 1013

    pKa 49 Los haluros de alquinilmagnesio se adicionan al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, dando lugar a alcoholes acetilnicos:

    H3O+

    H3O+

    H3O+

    (alcohol primario)

    (alcohol secundario)

    (alcohol terciario)

    R C C MgX

    H CO

    H

    R' CO

    H

    R' CO

    R''

    R C C CH2

    O MgX

    R C C CH

    O MgX

    R'

    R C C C

    O MgX

    R'R''

    R C C CH

    R C C CH2OH

    OHR'

    R C C COH

    R'R''

    XI

  • 300

    Las siguientes reacciones no se pueden llevar a cabo sin proteger adecuadamente determinados grupos funcionales. Escribe todos los pasos necesarios para que ambas sntesis sean viables.

    Sntesis 1:

    EJERCICIO 11.12

    HC C CH

    CH2OH

    CH2OH1)EtMgBr

    2)H3O+C C CH

    CH2OH

    CH2OHBrMg1)CH3CHO

    2)H3O+C C CH

    CH2OH

    CH2OHCH

    O

    CH3

    H

    COMe

    Br

    1)Li

    3)H3O+2)CH3CHO

    COMe

    CH__CH3

    CMgBr

    2)H3O+

    C__C

    CH__CH3

    OH

    Me

    OH

    MeC1)

    OH

    C Me

    Sntesis 2:

    REACTIVOS ORGANOLITICOS El litio reacciona con los haluros de alquilo o de arilo, dando lugar a compuestos orgnicos de litio (Tema 8, p. 199)

    CH3CH2CH2CH2_Br + 2Li tetrahidrofurano

    00 CCH3CH2CH2CH2

    __Li + LiBr

    1-Butil-litio

    Cl + 2Litetrahidrofurano

    00 CLi + LiCl

    Fenil-litio Los compuestos orgnicos de litio reaccionan con los aldehidos y las cetonas de la misma forma que los magnesianos. La nica diferencia es que los organoliticos son ms reactivos y, en ciertos casos, permiten la obtencin de alcoholes terciarios a partir de cetonas que, al estar impedidas estricamente, son poco reactivas frente a los magnesianos.

    Li+_

    (76 %)

    CH2 CH Li + C6H5 CO

    H C6H5 CH

    O

    CH CH2H3O

    +C6H5 CH

    OH

    CH CH2

    1-Fenil-2-propen-1-ol

    C6H5__Li +H3O

    +

    (100 %)

    Difenilmetanol

    C6H5 CO

    H

    Li+_

    C6H5 CH

    O

    C6H5 C6H5 CH

    OH

    C6H5

    CH3(CH2)4__CH2__Li + CH3(CH2)4_CH2_CH2OHH3O+

    (72 %)

    1-Heptanol

    H CO

    H CH3(CH2)4CH2 C

    O

    HH

    _Li+

    XI

  • 301

    CH3CH2CH2CH2__Li +

    H3O+

    (91 %)

    5-Butil-5-nonanol

    CH3(CH2)3 C

    O

    (CH2)3CH3 Bu C

    O

    BuBu

    _Li+

    C

    OH

    (CH2)3CH3CH3(CH2)3

    (CH2)3CH3

    REACTIVOS ORGNICOS DE CINC Los -bromosteres (Tema 9) reaccionan con cinc para dar compuestos organocincicos:

    BrCH2__CO2Et + Zn BrZn__CH2__CO2Et

    Esta reaccin (reaccin de Reformatsky) es interesante porque permite trabajar con un compuesto organometlico que, a diferencia de los magnesianos y los organoliticos, no reacciona con el grupo ster:

    H3O++ Zn2+ Br+

    _C6H5 C

    O

    Me

    CH2

    ZnBr

    CO2Et C6H5 C

    O

    Me

    CH2

    ZnBr

    CO2Et C6H5 C

    OH

    Me

    CH2 CO2Et

    O

    +1)Zn

    2)H3O+

    CO2EtHO

    BrCH2 CH CH CO2Et

    La reaccin del (2S)-2-Fenilpropanal con Yoduro de metilmagnesio, seguida de acidificacin, da lugar a una mezcla de dos diastereoismeros en la proporcin 2:1. Teniendo en cuenta que la reaccin est sometida a control cintico, averigua cul es el estereoismero mayoritario.

    EJERCICIO 11.13

    XI

  • 302

    EJERCICIOS ADICIONALES

    11.1 Realiza la sntesis de los compuestos a-i utilizando magnesianos. a) 5-Metil-1,5-hexanodiol f) 3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno b) 3-Fenilpropanol g) 2-Fenil-2-butanol c) 2-Hexanona h) 1-Metilciclobutanol d) 4-Metil-4-heptanol i) cido fenilactico e) 3-Pentanol Puedes emplear cualquier producto inorgnico, pero nicamente los siguientes compuestos orgnicos: Propino 1-Propanol 3-Buten-2-ona c. propinico Benceno Alcohol benclico 5-Bromo-2-pentanona c. 5-hidroxipentanoico Metanol xido de etileno c. frmico Etanol Bromuro de vinilo c. actico 11.2 Utilizando Bromuro de fenilmagnesio y cualquier otro producto orgnico o inorgnico que precises, disea una sntesis de los siguientes compuestos: 1) Ac. benzoico 6) 1,1-Difeniletanol 2) 1-Fenilpropino 7) 2-Fenilpropeno 3) Vinilbenceno 8) Fenol 4) Trifenilmetanol 9) 1,1-Difenil-1,5-pentanodiol 5) 2-Feniletanol 11.3 La reaccin de un compuesto A(C7H12O) con Bromuro de metilmagnesio, seguida de tratamiento con H2SO4 diluido, conduce a una mezcla de dos diastereoismeros. Uno de ellos es el (1R,3S)1,3-Dimetilciclohexanol. Apartado 1: Averigua las configuraciones absolutas de A y del otro diastereoismero del 1,3-Dimetilciclohexanol. Explica si la mezcla de reaccin es pticamente activa. Apartado 2: Qu resultado se obtendr cuando el enantimero de A se somete a la misma reaccin? Explica si la mezcla de reaccin carece ahora de actividad ptica. 11.4 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:

    2-BromoetanolO

    TsOHA

    1)Mg

    2)O

    Me

    3)H3O+

    HBr (1eq.)C(C5H11OBr)

    O

    TsOHDB(C5H12O2)

    1)Mg2)CO2

    3)H3O+[E(C6H12O3)] F(C6H10O2)

    1)2CH3Li

    2)H3O+4,5-Dimetil-1,5-hexanodiol

    XI

  • 303

    11.5 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    CH3COCH2CO2Et + HC C CH2BrEtO

    _

    A(C9H12O3)HOCH2CH2OH

    H3O+B

    1)NaNH22)IMe

    CHClH2O

    D(C7H10O)H2[Pd/C]

    BaSO4E(C7H12O)

    Secuencia 2:

    CH3CH2CH2Br

    1)Mg2)EtCHO

    1)H3O+A

    PBr3 B

    1)Mg2)CO2

    1)H3O+C

    1)SOCl22) ? N CH3

    CH3

    O 11.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    Br 1)Mg2)CH2O

    1)H3O+A Swern

    oxidacinB ? C6H5

    OH Secuencia 2:

    HC CH2) ?

    1) ?A(C3H4O) 2) ?

    1) ?B(C4H6O2)

    H2[Pd/C]

    BaSO4C(C4H8O2)

    Me Me

    O

    H3O+ O

    O Me

    Me Secuencia 3:

    CH3COCH2CO2Et?

    H3O+A(C8H14O4)

    1)C6H5MgBr

    2)H3O+H3O+ Me OH

    O C6H5

    C6H5

    B(C18H20O3)

    11.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.

    C6H5CH2 CO2H1)P, Br22)EtOH

    A1)Zn

    2)

    O

    B(C15H20O3)

    O+ HNMe2

    EtO_

    transesterificacin

    HO CH

    C6H5CO O CH2CH2NMe2

    midritico(dilatador de la pupila)C(C4H11NO)

    11.8 Apartado 1: Escribe las reacciones que aparecen en la siguiente secuencia sin utilizar estereoqumica.

    CH3CH2 CHMe

    CHO1)IMgEt

    2)H3O+Swern

    [A + B]oxidacin

    [C]1)NaCN, EtOH

    2)H3O+

    XI

  • 304

    [D + E]H3O+ [F + G] Q[H + I]

    H3O+[J + K]

    E1 Apartado 2: Utiliza representaciones tridimensionales y proyecciones de Newman, para averiguar la configuracin absoluta de todos los compuestos que aparecen en la secuencia de reacciones. Ayuda: El primer paso est sometido a control cintico; el paso [C] [D + E] est sometido a control

    termodinmico. 11.9 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    C6H5 Me

    O1)CN

    _

    2)H3O+A MeOH

    H2OB

    Secuencia 2:

    H2C(CO2Et)21)EtO

    _

    2)Me2CHCH2Br

    H3O+

    QA(C11H20O4) B(C6H12O2)

    EtOHH3O+

    C(C8H16O2)

    D(C9H16O3)CN

    _

    E(C10H17O3N)H3O+ Me

    CO2HMe CO2H

    OH

    EtO_

    HCO2Et Secuencia 3:

    H C C H1)Na, NH3(liq.)

    2)Me2COA(C5H8O)

    H3O+, H2O

    Hg2+B(C5H10O2)

    Secuencia 4:

    H C C H1)Na, NH3(liq.)

    2)2Me2COA(C8H14O2)

    H3O+, H2O

    Hg2+B(C8H16O3)2

    H3O+

    OMe

    Me

    Me

    Me

    O

    Secuencia 5:

    OH

    1)Br3P

    2)Mg3)CH2O

    A(C7H14O)H3O+ B(C7H12)

    R_CO3H C(C7H12O)C6H5CH2OH

    Na

    HO CH2_O_CH2C6H5

    11.10 Las -bromocetonas se obtienen por reaccin directa entre la cetona y bromo en medio bsico (Tema 9, p. 241) Las -bromocetonas se sintetizan a partir de -hidroxicetonas (Tema 9, p. 253, Secuencia 4) Cmo sintetizaras la 4-Bromo-2-butanona, una -bromocetona.

    XI

  • 305

    11.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    EtO2C

    EtO2C

    EtO_

    IMeA

    BrEtO

    _

    B(C11H18O4)1)HO

    _

    2)H3O+[C] D(C6H10O2)

    EtOH

    H3O+

    EH4AlLi F(C6H12O)

    Ac2O

    piridinaO

    MeMe

    O Secuencia 2:

    CH2(CO2Et)2EtO

    _

    BrA(C10H16O4)

    H3O+

    Q[B] EtOH

    H3O+D

    H4AlLiC(C5H8O2)

    EPBr3 F(C5H9Br)

    C6H5O Na+_

    C6H5O Secuencia 3:

    C6H5NH2 + ClMe

    O

    AH4AlLi B

    Secuencia 4:

    Br 1)Mg2)CO2

    1)H3O+A

    SOCl2 BMe2NH

    CH4AlLi D

    Secuencia 5:

    H C C H1)Na, NH3(liq.)

    2)O

    A(C4H6O)EtO

    _

    C6H5CH2BrB(C11H12O)

    1)Na, NH3(liq.)

    2) CH2OC(C12H14O2)

    Secuencia 6:

    MeCO2Et

    O

    MeCOCH2Br

    EtO_

    A(C9H14O4)NH2Cl H3O+[B(C15H18O3NCl)] C(C15H16O2NCl)

    NMe Me

    CO2H

    Cl

    XI

  • 306

    Secuencia 7:

    MeCO2Et

    OH2N_NH2 [A(C6H14O3N)] N

    N

    Me

    O 11.12 Cmo llevaras a cabo las sntesis que aparecen a continuacin? Puedes utilizar todos los productos orgnicos o inorgnicos que necesites. Sntesis 1:

    Me OEt

    O Ovarios pasos

    Me C6H5

    O OH

    C6H5 Sntesis 2:

    varios pasosMeO2C OHMe

    MeO OH

    Me

    XI

  • 12. REACCIONES DE ADICIN NUCLEFILA CON ANIONES ENOLATO

    INTRODUCCIN Ya se ha dicho que los aniones enolato de cetonas se emplean habitualmente en reacciones de sustitucin nuclefila sobre un grupo carbonilo (Tema 8) y en reacciones de sustitucin nuclefila sobre un tomo de carbono saturado (Tema 9) La utilidad de los aniones enolato de steres se puso tambin de manifiesto en reacciones del mismo tipo. Los aniones enolato de aldehidos, cetonas y steres se emplean como nuclefilos en reacciones de adicin, en las que el sustrato puede ser, entre otros, una cetona, un aldehido, un nitrilo ,-insaturado o un nitrocompuesto ,-insaturado. Estas reacciones de adicin nuclefila transcurren mediante el siguiente mecanismo general (el ejemplo se refiere a una cetona que reacciona con ella misma):

    + B_

    + HB_

    R CH2 C R'

    O

    R CH C R'

    O

    + B_

    R' C CH

    R

    O _C

    O

    R'

    CH2 R R' C CH

    R

    O

    C

    O

    R'

    CH2 R

    _ H___B

    R' C CH

    R

    O

    C

    OH

    R'

    CH2 R

    El producto de la reaccin es un compuesto -hidroxicarbonlico que, eventualmente, puede deshidratarse mediante una reaccin de eliminacin, dando lugar a un compuesto carbonlico ,-insaturado:

    R' C CH

    R

    O

    C

    OH

    R'

    CH2 R

    H___B+

    + H2O + HB

    :

    R' C C

    RO

    C

    OH2

    R'

    CH2 R

    HB_

    :

    R' C C

    RO

    C

    R'

    CH2 R

    REACCIN ALDLICA

    ALDEHIDOS COMO SUSTRATOS

    CHO

    * *CH3 CH CH CH2CH3

    OH

    CH3CH2HO

    CHO

    CH3CH2CHO+

    HO+ H + HO HO H Mecanismo de la reaccin:

    HO_

    _

    _

    anin enolatopKa 15,5

    + H2O

    pKa 15,74

    Keq = 1,7Me2C C H

    O

    H

    Me C

    Me

    C

    O

    H Me C

    Me

    C

    O

    H

    XII

  • 308

    :_

    _HO__H

    (aldol)

    + HO_

    Me2CH C

    O

    H

    C CHO

    Me

    Me

    Me2CH C

    O

    H

    C CHO

    Me

    Me

    Me2CH CH C CHO

    Me

    Me

    HO

    Si el aldehido tiene dos hidrgenos en C y la temperatura es alta, el aldol se convierte normalmente en un aldehido ,-insaturado a travs de una reaccin de eliminacin (el proceso completo recibe el nombre de condensacin aldlica):

    2 CH3CH2CH2CHONaOH

    H2O, 800

    (no se aisla)

    (E)-2-Etil-2-hexanal

    (86 %)

    -H2OCH3CH2CH2 CH C

    OH

    CH3CH2CH2 CH C C

    CH2CH3

    CH3CH2CH2 CH C CCH2CH3

    OH

    CH2CH3

    CHO

    H

    HO_

    _ OH CH3CH2CH2 CH C C

    CH2CH3

    OH_

    O

    H

    OH

    _HO_

    +

    En la reaccin aldlica de un aldehido con dos hidrgenos en el carbono se origina un aldol con doscarbonos asimtricos. Escribe el mecanismo de la reaccin utilizando representaciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de dos racmicos.

    EJERCICIO 12.1

    * *CH3 CH CH

    CHO

    CH2CH3

    OH

    2 CH3CH2CHONaOHH2O

    CETONAS COMO SUSTRATOS El tomo de carbono del grupo carbonilo de las cetonas es menos reactivo que el de los aldehidos. Por consiguiente, en la reaccin aldlica de cetonas, el equilibrio est normalmente desplazado hacia la izquierda:

    +

    (2 %)4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona

    CH3C

    OH

    CH3CH3

    C CH3

    OOCH2CH3 C CH3

    HO

    HO H+ HO HO+ HCH3 CO

    Sin embargo, la deshidratacin del aldol desplaza el equilibrio hacia la derecha, dando lugar a cetonas ,-insaturadas con buenos rendimientos:

    H2OO CH2CH3 KOH ;

    OO

    HOCH3

    HHO

    _

    XII

  • 309

    O

    CH3

    O

    HO CH3_

    O

    HO CH3_

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:EJERCICIO 12.2

    1)KOH

    2)H3O+, Q

    CH3

    O

    (60 %)

    CH3 CO CH CH2COCH3

    CO2Et

    O

    CH2COCH3 O

    (72 %)

    KOH Q

    O

    O

    O

    (96 %)

    Na2CO3H2O

    CH2CH2COCH3

    CO2Et

    O

    CO2Et

    O(66 %)

    _EtO Na+

    EtOH

    REACCIN RETROALDLICA El equilibrio de la reaccin aldlica est normalmente desplazado hacia la izquierda. El hecho de que la reaccin sea un equilibrio implica que el aldol puede transformarse en el aldehido o en la cetona de partida. Esta reaccin recibe el nombre de reaccin retroaldlica. Reaccin aldlica:

    + B_ _

    R CH2 C

    O

    R' + HBR CH C

    O

    R'

    _

    _ H___B

    + B_

    R' C

    O

    CH

    R

    C

    O

    R'

    CH2 R R' C

    O

    CH

    R

    C

    O

    R'

    CH2 R R' C

    O

    CH

    R

    C

    OH

    R'

    CH2 R

    XII

  • 310

    Reaccin retroaldlica:

    R' C

    O

    C

    O

    R'

    CH2

    H

    R

    B_

    CH

    R

    R' C

    O

    C

    O

    R'

    CH2 RCH

    R

    _H___B

    R' CO

    CH

    R

    _

    H___B

    + CO

    R'CH2 R

    R' CO

    CH2 R + B_

    Observa que el mecanismo de la reaccin retroaldlica es exactamente el mismo que el de la reaccin aldlica, pero escrito al revs. Esto es cierto para cualquier reaccin.

    Escribe el mecanismo de la siguiente reaccin:EJERCICIO 12.3

    MeO

    CH

    O

    CHMe

    CO

    CMe3

    _Li+

    +

    CHOCH

    O

    CHMe

    CO

    CMe3

    _Li+

    +

    CHO

    OMe

    REACCINES ALDLICAS MIXTAS La reaccin aldlica entre dos cetonas distintas, dos aldehidos diferentes o un aldehido y una cetona, puede dar lugar a cuatro productos. Reaccin entre dos cetonas distintas:

    R CO CH3 + R' CO CH3B

    _R CO CH2 C

    OH

    CH3

    R' + R' CO CH2 COH

    CH3

    R

    Reaccin entre dos aldehidos diferentes:

    R CH2 CHO + R' CH2 CHOB

    _R CH CH

    CHO

    OHCH2 R' + R' CH CH

    CHO

    OHCH2 R

    Reaccin entre un aldehido y una cetona:

    R CH2 CHO + R' CO CH3B

    _R CH

    CHOCOH

    CH3

    R' + R' CO CH2 CHOH

    CH2 R

    En cada una de las tres reacciones anteriores faltan dos productos Cules son?EJERCICIO 12.4

    XII

  • 311

    Este tipo de condensaciones mixtas no es til en sntesis. Para obtener un slo producto de reaccin existen dos alternativas: 1 Preparacin del enolato cintico de la cetona (Tema 9) y reaccin posterior con un aldehido o una cetona

    diferentes:

    CH3CH2CH2 C

    O

    CH3 + (Me2CH)2N Li+

    _

    (LDA)

    -780CTHF

    CH3CH2CH2 C

    O

    CH2

    _Li+

    + (Me2CH)2NH

    pKa 36

    Keq 1017

    pKa 19

    CH3CH2CH2 C

    O

    CH2

    _

    C

    O

    HCH2CH2CH3

    Butanal

    CH3CH2CH2 C

    O

    CH2 CH

    O

    CH2CH2CH3

    _

    HB

    CH3CH2CH2 CO

    CH2 CH

    OH

    CH2CH2CH3HB

    6-Hidroxi-4-nonanona

    (65 %)

    5-Nonen-4-ona

    (72 %)

    TsOHQ

    CH3CH2CH2 CO

    CH CH CH2CH2CH3

    2 Uno de los compuestos carbonlicos (el aldehido o la cetona) carece de hidrgenos en el C:

    MeO CO

    H + CH3 CO

    CH3NaOHH2O

    MeO CHOH

    CH2 CO CH3

    MeO CH CH CO CH3

    (83 %)

    4-(p-Metoxifenil)-3-buten-2-ona

    Escribe los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:EJERCICIO 12.5

    CH3 CHCH3

    CH2CHO+

    H CO

    H

    K2CO3

    H2O

    O+CHO CH3 CO CH3

    1)NaOH, H2O

    2)H3O+

    2

    CHO

    +1)NaOH, H2O

    2)H3O+CH3 CO CH3

    XII

  • 312

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:

    Reaccin 1:

    EJERCICIO 12.6

    3 CH3 CO CH3

    Me

    MeMe

    2)H3O+1)NaOH, H2O

    Reaccin 2:O

    32)H3O+1)NaOH, H2O

    Reaccin 3:

    CH3 CO CO2 CH3

    CH3

    CH3 O

    O

    2)H3O+1)NaOH, H2O

    Reaccin 4:

    CO

    CH2 + C COO

    O

    2)H3O+1)NaOH, H2O

    Reaccin 5:

    CH3 CO CH2 + CH3 CO CH21)EtO-, EtOH

    2)H3O+

    OHCO2Et

    CH3

    CH2

    CO2Et CHO

    CONDENSACIN DE DARZENS La condensacin de Darzens transcurre entre cetonas y -halosteres; permite la obtencin de aldehidos con un tomo de carbono ms que la cetona de partida:

    1)NH2 Na+

    2)H3O+

    O

    + ClCH2__CO2Et

    CHO

    CiclohexanocarbaldehidoCiclohexanona

    _

    Mecanismo de la reaccin:

    +ClCH2__CO2Et NH2_

    Cl__CH__CO2Et + NH3pKa > 23 pKa 36

    Keq > 1013

    _

    _O O

    CH

    _O

    HCO2Et

    H3O+O

    HCO2H

    CHCl

    CO2Et CO2Et

    Cl

    XII

  • 313

    O

    HCO2H O

    H

    C

    O

    O

    H

    O

    H

    H

    enol del eldehido

    (CO2)C OO

    enol

    OHOHH

    CONDENSACIN DE PERKIN La reaccin transcurre entre aldehidos aromticos y anhidridos de cido en presencia de aniones carboxilato (sal de un cido carboxlico):

    c. p-nitrocinmico

    CH3 C OO

    CO

    CH3

    CHO

    NO2

    +1)CH3CO2 Na

    +_

    CH

    NO2

    CH CO2H

    2)H3O+

    +CHO

    OHCH3 C O

    OCO

    CH3

    _

    Cumarina

    O O2)H3O+

    1)CH3CO2 Na+

    Los hidrgenos metlicos del anhidrido actico son cidos; partiendo de este hecho, escribe el mecanismo de la condensacin de Perkin que conduce a Cumarina.

    EJERCICIO 12.7

    REACCIN DE MICHAEL Una gran variedad de aniones enolato reaccionan con compuestos carbonlicos, nitrilos y nitrocompuestos ,-insaturados a travs del doble enlace C=C: Reaccin 1:

    EtO2C CH2 CO2Et + CH2 CH CO

    CH3

    NH EtO2C CH CH2CH2

    CO2Et

    CO CH3

    2-Etoxicarbonil-5-oxo-hexanoato de etilo

    (71 %)

    XII

  • 314

    EtO2C CH2 CO2Et +NH

    EtO2C CH CO2Et_

    +N

    H H

    +

    EtO2C

    CH

    EtO2C

    _CH2 CH C

    O

    CH3 EtO2C CH CH2

    CO2Et

    CH C CH3

    O_

    HB+

    enol (71 %)

    EtO2C CHCO2Et

    CH2 CH COH

    CH3 EtO2C CHCO2Et

    CH2 CH2 C CH3

    O

    Reaccin 2:

    CH3 CO CH2 CO CH3 + CH2 CH CNEt3N

    t-BuOHCH3 CO CH CH2 CH2

    CO CH3

    CN

    (77 %)

    4-Acetil-5-oxo-hexanonitrilo

    CH3__CO__CH2__CO__CH3 + Et3N CH3__CO__CH__CO__CH3 + Et3N__H_ +

    CH3 CO CH

    COCH3_

    CH2 CH C N: CH3 CO C

    H

    COCH3CH2 CH C N:

    _

    CH3 CO CCOCH3

    HCH2 CH C N:

    _

    +Et3N

    H

    CH3 CO CCOCH3

    HCH2 CH2 C N: + Et3N:

    Reaccin 3:

    CH3 C CH2

    OCO2Et + CH CH NO2

    Et3Nt-BuOH

    CH3 C CHO

    CH

    CO2Et

    CH2 NO2

    3-Etoxicarbonil-2-fenil-4-oxonitropentano

    CH3__CO__CH2__CO2Et + Et3N: CH3__CO__CH__CO2Et_

    + Et3N_H+

    XII

  • 315

    CH3 CO C

    CO2Et

    H

    _CH

    C6H5

    CH NO

    O

    _+

    CH3 CO CH

    CO2Et

    CHC6H5

    CH NO

    O

    _

    _+

    CH3 CO CHCO2Et

    CHC6H5

    CH NO

    O

    _+_

    +NEt3

    H

    CH3 CO CHCO2Et

    CHC6H5

    CH2 NO2 + :NEt3

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael:EJERCICIO 12.8

    Reaccin 1:

    CH3CH2__NO2 +

    O

    MeO Na+O

    CH3

    NO2

    3-(1-Nitroetil) ciclohexanona

    _

    MeOH

    Reaccin 2:

    MeO2C CH2 + CH3 CH CH CH CH CO2MeMeO

    _

    MeO2C CHCO2Me

    CHMe

    CH CH CH2

    5-Metil-6-metoxicarbonil-3-heptanodioato de dimetilo

    (72 %)MeOH

    Reaccin 3:

    CH3CH2 CO CH CH2 +

    OMe

    O

    Me

    OMe

    O

    EtO_

    EtOH

    1)EtO

    2)CH3_CO_CH=CH2

    Me

    OMe

    O

    _

    CO2Me CO2Me

    Las reacciones de Michael intramoleculares transcurren a travs del mismo mecanismo que las intermoleculares:

    EtO2C CH2 CO2Et + CH3 CH CH CO C C OEtt-BuO K+

    t-BuOH

    _

    MeEtO

    O

    EtO2C CO2Et

    (70 %)

    XII

  • 316

    Mecanismo de la reaccin:

    t-BuOHEtO2C C

    CO2Et

    H

    _C

    OEt

    C C

    O

    CH CH Me EtO2C C

    CO2Et

    H

    C

    OEt

    C CO

    CH CH Me

    _

    EtO2C C

    CO2Et

    H

    C

    OEt

    C COH

    CH CH Me

    enol

    EtO2C CH

    CO2Et

    COEt

    CH CO

    CH CH Met-BuO

    _

    Me

    _ OEtO2C

    EtO2C

    OEt

    O

    EtO

    EtO2C

    EtO2C

    Me

    _

    t-BuOH OH

    EtO

    EtO2C

    EtO2C

    Meenol

    EtO

    CO2EtEtO2C

    Me

    O

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:

    Reaccin 1:

    EJERCICIO 12.9

    HNa, DMF

    -300C

    OO

    O

    (56 %)

    CH CO CH CH2+OO

    Reaccin 2:

    O

    CO2Me

    Me

    O

    CO2MeMe

    O

    O

    (50 %)

    CsCO3

    Reaccin 3:

    Me

    OH

    CH2O

    NaOH (5 %)

    O

    MeO

    (80 %)

    H2O

    CH2

    XII

  • 317

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:

    Reaccin 4:

    EJERCICIO 12.9 (contina)

    Reaccin 5:

    Reaccin 6:

    Reaccin 7:

    Reaccin 8:

    O CO2EtO

    O O

    CO2Et(89 %)

    K2CO3EtOH

    CH3

    O

    2LDA

    THF, -700

    O

    COCH3

    O

    CN

    t-BuO K+

    t-BuOH, 700C

    CH2_CN

    Me2CH

    O

    (90 %)

    Me2CH

    _

    Me

    CO2Et

    O O 1)K2CO3, EtOH

    2)HCl, Q

    MeO

    O

    (45 %)

    O1)LDA

    CO2Me2)A(C10H14O3)

    EtO Na+O

    CO2Me

    _

    EtOH

    Reaccin 9:

    CH2

    OHTHF, -400 O

    (68 %)

    KH

    MTODO DE ROBINSON PARA LA SNTESIS DE CICLOS Robinson fue el primer qumico que tuvo la idea de utilizar la reaccin de Michael y la condensacin aldlica para obtener compuestos cclicos. La originalidad de su planteamiento consisti en realizar el proceso en un solo paso, es decir, mezclando todos los reactivos para obtener un compuesto que, en realidad, es el resultado de dos reacciones sucesivas:

    CH3

    CH2

    O+

    O

    EtO Na+

    EtOHO

    _

    XII

  • 318

    1 Reaccin de Michael:

    CH3

    H2C

    O

    O

    EtO Na+

    EtOHMe

    O

    _

    O

    _H___OEt

    MeOH

    O

    enolMeO

    O

    _

    2 Condensacin aldlica intramolecular:

    O OMe

    EtO_

    O OH2C_

    OO_EtO____H

    OOH

    H2O_

    O

    cetona ,-insaturada

    Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones, basadas en el mtodo de Robinson para obtener ciclos:EJERCICIO 12.10

    Reaccin 1:

    Reaccin 2:

    Reaccin 3:

    Me Me

    O CHOO

    Me

    Ca(OH)2

    MeOH

    O

    Me+

    Me

    O

    HC C CO MeEt3N

    O

    CO2Et+

    CH3

    O

    O

    CO2Et

    2)(t-BuO)3Al

    1)Et3N

    CO2Et

    O

    (92 %) (34 %)

    H2C CH CO CH3Et3N

    EJERCICIO 12.11La sntesis de la vitamina A, realizada por un grupo de qumicos suizos (Isler y colaboradores, 1947), incluye una serie de reacciones de condensacin de grupos carbonilo. La vitamina se fabrica a partir del Citral, aldehido quese encuentra en el aceite esencial de limn. El primer compuesto intermedio, la -Ionona, se obtiene como sedescribe a continuacin:

    XII

  • 319

    EJERCICIO 12.11 (contina)

    CH3 C

    CH3

    CH CH2CH2 C

    CH3

    CH CHO

    Citral

    CH3 CO CH3+EtO

    _

    (transposicin)Me

    OMeMe

    MeEtOH

    AH3O+

    La sntesis de la vitamina A, a partir de la -Ionona, es como sigue: -Ionona

    (Darzens)Me

    OMeMe

    Me

    +_

    CHO

    MeMe

    Me

    Me

    EtOClCH2CO2Et

    (B)

    CH CO

    CH3HC C Na+

    _1)

    2)H3O+(transposicin allica)

    CH2OH CH CMe

    C CH(C)H2O

    2C6H5MgBr (D)

    1)H2/Pd (selectiva)

    2)(MeCO)2O

    3)H3O+ (transp. allica)(B) + (D)

    MeMe

    Me

    MeC C CH C

    MeCH2OH

    Me Me

    Me

    Me Me

    acetato de vitamina A

    CH2 O CO

    CH3

    Escribe el mecanismo de todas las reacciones.

    CH2

    EJERCICIOS ADICIONALES 12.1 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en cada secuencia y escribe el mecanismo simplificado de todas las reacciones. Secuencia 1:

    CH3CO2Et + HCO2Et A(C5H8O3)EtO

    _NaBH4

    BH3O+

    QC(C5H8O2)

    MeCO2Et + EtO 1)EtO

    2)MeCOCH2COMeE(C14H24O6)

    MeCO2Et

    CO2EtMe

    _ _

    H3O+D(C9H16O4)

    Q

    Secuencia 2:

    MeCO2Et + EtOO

    O

    MeCO(CH2)5CHOHO

    _ _HO

    _

    A B(C12H20O3)

    XII

  • 320

    Secuencia 3:

    A(C6H10O) + B(C7H7Br)1)Mg

    2)H3O+ OH

    C6H5

    Secuencia 4:

    1)HBr

    2)HOCH2CH2OH

    1)Mg

    2)C6H5COMeCOH

    CH3

    CH2CH2A(C3H4O) B(C5H9O2Br) CH3O+

    C6H5 CHO

    Secuencia 5:

    A(C10H18O4)1)HO

    2)H3O+, Q

    NH2 Na+EtO_

    HC CH +_

    C(C5H8O)

    _

    B D

    E CH2H3O+

    Q

    H2[Pd]

    Secuencia 6:

    A(C6H10O3)1)EtO

    2)

    _

    O COMe

    OO

    [B]

    Secuencia 7:

    A(C7H12O)1)HNa

    O

    Me

    HC C COMe2)[B(C11H16O2)]

    Secuencia 8:

    MeCOCH2COMe + MeCOCH2CO2Et [A(C11H16O4)]H3N: [B(C11H19O4N)]

    N

    MeCO2Et

    MeMe

    [C(C11H17O3N)]

    Secuencia 9:

    1)EtO

    2)A(C3H5Br)

    1)H3O+

    2)EtOH, H3O+(EtO2C)2CH2

    _

    B(C10H16O4) C(C7H12O2)

    H4AlLi

    QD

    H3O+ H2C CH CH2 CH CH2

    Secuencia 10:

    A(C12H14O4) + MeCOCMe3

    O

    O

    COHO

    _

    CMe3[B]

    XII

  • 321

    12.2 Averigua la estructura de los compuestos (1)-(10) y escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: Secuencia 1:

    (1) (C7H12O2)NaOH / H2O

    COCH3

    Secuencia 2:

    (2) (C3H4O4)N

    CH CH CHO+ CH CH CH CH CO2HCH3 CH3 Secuencia 3:

    NaOH / H2O(3) (C5H8O2) + CH2 CN CH3 CO CHCOMe

    CH2CH2 CNCH2 Secuencia 4:

    (4) (C4H6O) +O

    O

    EtO_

    EtOH

    Secuencia 5:

    1)HNa

    2)H3O+(5) (C4H8O2) + CH3 CO CH3 CH3COCH2COCH3

    Secuencia 6:

    1)NaOH/H2O

    2)H3O+C6H5

    C6H5C6H5

    C6H5

    O

    (6) (C14H10O2) + C6H5 CH2 C CH2 C6H5

    O

    Secuencia 7:

    CO2EtEtO2C

    O O

    Me Me

    (7) (C6H10O4) + EtO2C CH2 CMe

    MeCH2 CO2Et

    EtONaEtOH

    Secuencia 8:

    O

    Me

    CO2Et

    (8) (C15H26O4)Me

    Me

    EtONaEtOH

    Secuencia 9:

    (9) (C4H4O)LDA

    O

    Me+

    O

    MeCH CH CO CH3

    XII

  • 322

    Secuencia 10:

    2 (10) (C4H6O2)O Me

    Me O

    NaOHH2O

    12.3 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo de todas las reacciones. Secuencia 1:

    A(C11H14O2) + B(C3H6O2)HNa

    CCHO

    CO2EtMe

    C6H5

    Secuencia 2:

    + B(C5H10O3)

    O

    H3O+ / H2O

    CH2

    :B C(C9H14O3)H4AlLi D

    Q Secuencia 3:

    (4S) 4-Metil-3-hexanona A(mayoritario) + B(minoritario)1)MeMgI

    2)H3O+ Secuencia 4:

    NN O

    Me

    A(C6H8N2) + B(C6H10O2)

    C6H5

    H:B

    Secuencia 5:

    1)RMgBr

    2)H3O+A(C5H8O) C6H5 CH

    CHCH3

    CH CH2OH

    Secuencia 6:

    A(C6H10O2)1)2MeMgBr

    2)H3O+CH3 C

    OHCH2CH2CH2CH2OH

    Me Secuencia 7:

    O

    + A(C4H6O)O

    :B [B(C10H16O2)]

    XII

  • 323

    Secuencia 8:

    Acetilacetato de etilo + A(C4H6O2)

    OHO

    Me OH

    CO2Et

    :B[B(C10H16O5)]

    C(C10H12O3) D(C10H12O3) 12.4 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones: Secuencia 1:

    Ciclohexanona + Bromoacetato de etilo A(C10H18O3) B(C10H16O2)ZnQ

    H3O+

    O

    O

    MeCOCH2CO2Et / EtO- 1)HO-

    2)H+, QD(C14H20O4)C

    HO-

    Secuencia 2:

    A(C6H10O) + Cloroacetato de etilo [MeCO2Et + EtO-] [C]B(C7H12O)

    NH2Na+

    O

    O

    Me2CO / HO- ED(C11H18O2)HO-

    12.5 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:

    MeMe

    O

    O

    1)EtO-

    2)MeCO(CH2)3Br

    3)H3O+

    1)OH-

    2)ClCO2EtA [B] [C] D(C9H14O3)

    1)KOH

    2)H3O+E(C9H14O3)

    1)OH-

    2)H3O+

    Me

    OHMe

    O

    HO

    12.6 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones: Secuencia 1:

    OMe

    O 2)MeCH2COCH=CH2

    1)EtO- / EtOHA(C16H20O3)

    1)EtO- / EtOH

    2)H3O+B(C16H18O2)

    XII

  • 324

    1)H4AlLi

    2)H3O+

    Me OMe

    Secuencia 2:

    1)EtO- / EtOH

    O

    1)LDA

    2)CH2=CHCO2MeA(C9H12O3)

    2)H3O+

    O

    CO2Me3)H3O+

    12.7 Averigua la estructura de los compuestos A, B, C, y D. Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:

    O

    EtO2C CO2EtC6H5C6H5

    C6H5_CH=CH_CO_CH=CH_C6H5 + AEtO

    _

    +

    O

    COMe

    B NaOH

    +O

    OMe

    O

    O Me

    CKOH

    CH2CH2COCH3

    O

    OMe

    + O OMe

    Me

    D EtO-

    12.8 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    LDA 1)CH2=C-CO2Me

    2)H3O+

    CO2Me

    O

    LDA

    O

    A B(C10H13O3Br)

    Br

    Secuencia 2:

    MeO2C_(CH2)5_CO2Me1)EtO-

    2)BrCH2CO2Me3)H3O+

    1)EtO- / EtOH

    2)H3O+A(C8H12O3) B(C11H16O5)

    XII

  • 325

    1)LDA

    2)CH2=CH-CH=CH-CO2Me

    1)HNa

    2)H3O+1)EtO-

    2)H3O+ OO

    CO2Me

    CO2Me

    C(C17H24O7) D(C17H24O7)

    12.9 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo simplificado de las reaciones. Secuencia 1:

    A(C3H3N)EtNH2 B(C5H10N2)

    H4AlLi CH3CH2 NH CH2CH2CH2 NH2 Secuencia 2:

    A(C7H6O2) +piridina

    O OB(C3H4O4)

    Secuencia 3:

    A(C6H10O) +NH2 Na+

    _1)C6H5MgBr

    2)H3O+CHOH

    B(C4H7O2Cl) C(C7H12O)

    Secuencia 4:

    1)EtO Na+_

    2)H3O+A(C6H8O)

    1)LDA2)H2C CH CO2Me

    B(C10H14O3)O

    CO2Me Secuencia 5:

    A(C7H12O)1)HNa

    2)HC C CO Me

    CH3

    O

    [B(C11H16O2)]

    12.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    CH2O + AAcO

    _

    Me OHCHO

    Me

    H2O

    Secuencia 2:

    A(C6H10O) +HO

    _

    H2O

    O

    C6H5

    O

    HO C6H5

    B(C14H10O2)

    XII

  • 326

    Secuencia 3:

    A(C7H5O3N) + B(C2H4O)KOHMeOH

    O2N

    CHO

    12.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    A(C3H4O3) + B(C7H6O)KOH, MeOH

    [C] C6H5 CO2H

    O

    80 %250C

    Secuencia 2:

    A(C6H10O2)HO

    _

    O Me[B(C6H10O2)] Secuencia 3:

    MeH

    Me

    O

    + CH2OK2CO3

    A(C5H10O2)

    A(C5H10O2) +CO2H

    CO2H NH3, EtOH

    1000C

    QO

    MeMe

    O

    [B(C8H14O6)] [C(C8H12O5)]

    12.12 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    C6H5C6H5

    O1)EtO

    _

    2) ?C6H5

    C6H5

    CHO

    O

    Secuencia 2:

    A(C9H14O) + B(C4H6O)EtO

    _Me

    O CO2Et O

    Secuencia 3:

    HO_

    [C(C10H12O2)] C6H5 Me

    O

    A(C7H6O) + B(C3H6O)

    XII

  • 327

    C6H5 Me

    O+ D(C5H7O2N)

    HO_

    EtO2CMe

    CN

    C6H5 O 12.13 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    MeCO2Et

    O+ A(C15H12O)

    EtO_

    Me C6H5

    O

    CO2Et

    C6H5 O

    [B(C21H22O4)]C6H5 C6H5

    CO2EtO

    Secuencia 2:

    OMe

    CHO

    O

    HO_ [A(C11H14O3)]

    CO2EtO

    EtO_ C(C17H22O5)

    H3O+

    QB(C11H12O2)

    OMe

    Me Me

    OO

    Secuencia 3:

    A(C6H10O3)1)EtO

    _

    2)ICHMe2Me Me

    O

    CO2Et

    Me

    EtO_

    ?HO

    _

    B(C13H22O4)Me Me

    O

    Me Me

    CO2Et OH3O+

    Q

    Me

    Me

    Me

    O

    12.14 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    A(C3H6O) + B(C7H12O4)NH4+AcO

    _EtO2C Me

    CO2Et

    MeH4AlLi C(C6H12O2)

    PBr3 D

    CH2(CO2Et)2, NaHEtO2C

    EtO2C

    CO2Et

    Me

    MeCO2Et

    H3O+

    QE EtOH

    H3O+F HNa

    EtO2C Me

    Me

    O

    XII

  • 328

    Secuencia 2:

    A(C4H6O) + MeCO2Et

    O

    EtO_

    Me Me

    O O

    CO2EtB(C10H14O3)

    1)EtO_

    2)CH2OC(C11H16O4)

    H3O+

    D(C9H12O4)Q

    Me

    CH2

    O

    1)EtO_

    2) ?Me O

    Me

    CO2Et

    O

    E(C15H22O4)H3O+

    QF(C12H16O)

    12.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    Me Me

    CHO

    K2CO3CH2O

    A(C5H10O2)CN

    _B(C6H11O2N)

    HO_

    H2OHO2C OH

    OH

    Me Me

    EtOHH3O+

    CTsOH

    D1)C6H5MgBr

    2)H3O+?

    E

    Secuencia 2:

    EtO2C

    Me Me

    O

    EtO2C

    Me

    Me O

    Me

    2HO

    _

    A(C6H10O)CH2(CO2Et)2 + EtO

    _H3O+

    Q

    CN_

    B CH3O+

    Q

    O

    Me Me

    CO2H

    MeO

    12.16 Utiliza enaminas para realizar las sntesis siguientes. Sntesis 1:

    O O

    CO2Me

    Sntesis 2:

    ONH

    H3O+

    Me

    O

    O? O

    XII

  • 329

    Sntesis 3:

    O

    enamina OC6H5

    OC6H5

    OH

    1)

    2)H3O+ 12.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    Me

    MeCHO

    CH2O

    K2CO3A CNK B HCl

    H2O[C]

    O

    MeMe

    OH

    O

    Secuencia 2:

    OCH2C6H5

    CO2EtCO

    OEt

    OEt

    HNaA t

    -BuO K+_

    Me

    OB

    NaBH4 C

    1)NaOH, H2O

    2)H3O+[D] Q

    OMe O

    OCH2C6H5

    E

    Secuencia 3:

    MeCHO

    1)R2NH, H3O+

    2) CO2MeA(C8H14O3)

    1)R2NH, H3O+

    2)

    Me

    O

    H3O+ Me

    CO2Me

    OB(C12H20O4)

    Secuencia 4:

    C6H5 CO2MeCO2Me (exceso)

    MeO_

    [A(C13H16O4)] B(C17H22O6)MeO

    _ CO2Me

    C6H5 CO2Me

    O

    12.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:

    Me Me

    O

    Ba(OH)2 A(C6H10O)MeCOCH2CO2Et + EtO

    _HO

    _1)H3O+, Q

    2)RCO3HB(C12H20O4) C(C12H18O3)

    XII

  • 330

    MeMe

    MeO

    O Secuencia 2:

    CO2EtEtO2C MeCHCO2EtMe

    EtO_

    A(C12H20O6)CN

    EtO_

    EtOH

    H3O+B(C15H23O6N)

    EtO_ Me

    CO2Et

    CO2Et

    O

    EtO2C[C(C15H24O8)]

    Secuencia 3:

    EtO2C CO2Et C6H5CHOEtO

    _

    A(C14H18O5)H3O+

    H2OEtOHH3O+

    CB(C9H8O2)

    CH2(CO2Et)2 + EtO_

    C6H5NH2

    N

    C6H5CO2Et

    O OC6H5

    D(C18H24O6)

    Secuencia 4:

    CH2(CO2Et)21)EtO

    _

    2)IC2H5A

    1)EtO_

    CHO2)B

    NaBH4 C(C12H22O5)HO

    _

    C6H5CH2ClD(C19H28O5)

    1)HO_

    2)H3O+

    E(C15H20O5)Q F(C14H20O3)

    EtOHH3O+

    G1)(C6H5)3C Na

    2)Br CO2Et

    _ +

    Me

    CO2Et

    OCH2C6H5EtO2C

    12.19 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.

    H Me

    OMe2NH

    AcOH, AcONaA(C6H13N)

    CO2EtB(C11H21O2N)

    H2O

    H3O+

    C(C9H16O3)Me2NH

    AcOH, AcONaD(C11H21O2N)

    Me

    O

    E(C15H28O3N)H2O

    H3O+

    XII

  • 331

    CO2EtMe

    Me

    OH

    O AcO_

    [F(C13H22O4)] G(C13H20O3)HO

    OH

    H3O+H(C15H24O4)

    NH3H2O

    I(C13H21O3N)H4AlLi J(C13H23O2N)

    H2OH3O+,1)

    H2OHO ,2)_ K(C11H19ON)

    Me

    HN

    :

    O

    XII

  • 13. REACCIONES DE SUSTITUCIN ELECTRFILA Y SALES DE DIAZONIO

    GENERALIDADES El Benceno y la mayora los hidrocarburos bencenoides reaccionan con electrfilos (E+) dando lugar a hidrocarburos aromticos en los que el reactivo electrfilo sustituye a un tomo de hidrgeno:

    + E+

    E

    +

    H

    H+

    + E+

    EHH E

    + + H+

    Las reacciones de sustitucin electrfila transcurren a travs de los pasos siguientes:

    E+

    H EHH

    + **

    EH

    *

    *

    *

    HE

    *

    *

    *

    +H

    H ++ H+

    [catin arenio ; intermedio de Wheland ; complejo ]

    *

    E

    H

    + E+

    +

    +

    +

    H E

    H

    E

    E

    H

    E

    + H+

    E

    curso

    [catin arenonio]

    XIII

  • 333

    El paso ms lento de estas reacciones, la formacin del catin arenio, es el que determina la velocidad total de reaccin. La formacin de un catin arenio, a partir del hidrocarburo aromtico correspondiente, supone siempre una disminucin de la energa de enlace . Es decir, cualquier catin arenio es menos estable que el hidrocarburo del que proviene, y su inestabilidad ser tanto mayor cuanto ms pequea sea su energa de enlace . Esto es as porque el sistema conjugado del catin arenio tiene siempre un tomo de carbono menos que el hidrocarburo del que deriva. Los reactivos (E) implicados normalmente en las reacciones de sustitucin electrfila son los siguientes:

    E = R CO

    +R NO2 SO3 X++ +; ; ; ; Los carbocationes (R+) se obtienen por reaccin entre un derivado halogenado y un cido de Lewis:

    + AlCl3 R_CH_R + AlCl4+

    R CH RCl _

    Los cationes acilo (RCO+) resultan de la reaccin entre un haluro de cido y un cido de Lewis:

    + AlCl3 + AlCl4+R C

    OCl R C

    O _

    El cation nitronio (NO2+) surge de la reaccin entre los cidos ntrico y sulfrico:

    HNO3 + 2H2SO4 NO2+ + H3O+ + 2HSO4_

    El carcter electrfilo del SO3 se debe a la carga parcial positiva del tomo de azufre:

    ::

    : :_

    +S

    O

    OO ::

    : :

    S

    O

    OO ::

    : :

    S

    O

    OO ::

    : :

    S

    O

    OO_ _+ +

    Los cationes halogenonio (X+) se obtienen haciendo reaccionar el halgeno con hierro:

    3Br2 + 2Fe 2FeBr3

    2FeBr3 + Br2 Br+ + FeBr4

    _

    XIII

  • 334

    ENERGA DE ENLACE DE CATIONES ARENIO POLICCLICOS

    La variacin de energa (E) que tiene lugar cuando un hidrocarburo aromtico se transforma en un catin arenio, se puede estimar utilizando los coeficientes del orbital molecular no enlazante (ONE) de los tomos unidos al carbono que ha reaccionado con el electrfilo (ver Tema 5):

    E+

    H EHH

    + **E = 2(a + a) = 4a = 2,31

    a

    -a

    a

    3a =1/

    *

    En el modelo de Hckel, 2 es la energa del enlace del etileno Todos los tomos de carbono del benceno son equivalentes; esto significa que cuando el benceno se transforma en el catin arenio, la variacin de energa es independiente del tomo de carbono al que se une el reactivo electrfilo. Sin embargo, en los hidrocarburos aromticos policclicos, existen posiciones que no son equivalentes, es decir, tomos de carbono distintos. Cuando el reactivo electrfilo se une a estos tomos no equivalentes, la variacin de energa de enlace no es siempre la misma, originndose cationes arenio de diferente inestabilidad.

    H

    E++

    H E

    + *

    **

    * *a

    a -2a

    2a-a

    11a =1/

    (E)1 = 2(a + 2a) = 6a = 1,81

    [1]

    1 1

    Como los signos relativos de los coeficientes son arbitrarios, se eligen siempre positivos para calcular la variacin de energa de enlace :

    [2]

    E++**

    **

    8b =1/

    (E)2 = 2(b + 2b) = 6b = 2,12H

    H

    E

    +

    *

    -2bb

    b-b -b

    2 2

    En el naftaleno existen dos posiciones no equivalentes (tomos de carbono 1 y 2) Como el catin arenio [1] es menos inestable que el [2], el producto mayoritario de cualquier reaccin de sustitucin electrfila es el que surge de dicho catin:

    XIII

  • 335

    (E)1

    (E)2

    H

    E

    H E

    +

    +

    E

    cursocurso

    E+ H + H

    E

    1

    2

    2

    1

    (E)2 (E)1>

    + E+ +

    +

    H

    H E+

    (dE)1 = 1,81

    (dE)2 = 2,12

    H

    E

    +

    [menos inestable]

    E

    [producto mayoritario]

    [ms inestable]

    H12

    1

    2[producto minoritario]

    E

    1

    2

    Factor Parcial de Velocidad (FPV) El factor parcial de velocidad expresa las velocidades relativas de reaccin, determinadas experimentalmente, para las diferentes posiciones no equivalentes de un determinado hidrocarburo aromtico. El benceno se elige como molcula de referencia (FPV = 1) y el resto de los hidrocarburos se comparan con l. La reaccin empleada en la determinacin de los diferentes factores parciales de velocidad suele ser la destritiacin (sustitucin electrfila de tritio por hidrgeno) en tetrahidrofurano a 700 C:

    Ar-T + H+ Ar-H + T+

    XIII

  • 336

    Por ejemplo, en el naftaleno, la posicin 1 es 7,7 (1160/151) veces ms reactiva que la posicin 2:

    (FPV)1 = 1160

    (FPV)2 = 151

    Existe una relacin estrecha entre los distintos FPV de un determinado hidrocarburo aromtico y la disminucin de la energa de enlace en los diferentes cationes arenio. Por este motivo, emplearemos con frecuencia los factores parciales de velocidad para comprobar si las predicciones que hacemos son acertadas.

    SUSTITUCIN ELECTRFILA EN EL ANTRACENO En el antraceno existen tres posiciones no equivalentes, que dan lugar a tres productos de sustitucin diferentes:

    H HH1

    2

    9

    + E+

    EE

    E

    + +

    1 2 9

    Las estabilidades relativas de los tres cationes arenio son las siguientes:

    H1

    + E+

    EH+ *

    ***

    * * *a

    a-a

    -a 2a -3a

    3a(E)1 = 2(a + 3a) = 8a = 1,57

    26a =1/

    1

    + E+ (E)2 = 2(b + 3b) = 8b = 1,88

    H

    E

    +H2*

    **

    * * * *

    b

    bb-b

    -b

    -2b3b

    18b =1/

    2

    + E+

    ***

    * * *(E)9 = 2(c + c) = 4c = 1,26

    10c =1/

    H H E

    +c c*-c

    -c -c2c

    -c9 9

    Disminucin de la energa de enlace : (E)2 > (E)9(E)1 >

    Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C2

    Estos son los valores de los factores parciales de velocidad en el antraceno:

    XIII

  • 337

    (FPV)1 = 7900

    (FPV)2 = 1135

    (FPV)9 = 127 x 105

    Reactividades relativas (datos experimentales) : C9 > C1 > C2

    H HH1

    2

    9

    + E+

    E

    E

    E

    1

    2

    9

    EH

    (E)1 = 1,57

    (E)2 = 1,88

    H

    E

    (E)9 = 1,26

    H E+

    +

    +

    [mayoritario]

    [minoritario]

    [minoritario]

    9

    1

    2

    C9

    C1

    C2

    SUSTITUCIN ELECTRFILA EN EL FENANTRENO En el Fenantreno existen cinco posiciones no equivalentes, que dan lugar a cinco productos de sustitucin diferentes:

    12

    9H

    H

    HH

    H

    34

    EH

    H

    E

    EH

    HE

    HE

    +

    +

    +

    +

    +

    E

    E

    E

    E

    11

    2 2

    33

    4 4

    99

    E

    E+

    XIII

  • 338

    Estabilidades relativas de los cinco cationes arenio:

    a

    -a

    2a

    -2a

    3a

    -3a

    1

    H

    E

    H

    +

    1E+

    *

    **

    *

    **

    *

    a

    29a =1/

    (E)1 = 2(2a + 3a ) = 10a = 1,86

    *b-b

    2b-2b

    3b

    H

    E

    +

    2E+2

    H

    **

    *

    **

    *b

    -b

    21b =1/

    (E)2 = 2(2b + 3b ) = 10b = -2,18

    c

    -c

    2c-2c

    EH

    + 3

    E+

    H3

    *

    **

    **

    *

    *-c

    2c

    3c

    24c =1/

    (E)3 = 2(2c + 3c ) = 10c = -2,04

    HE

    +4

    E+

    H4

    *

    **

    *

    *

    **

    d-d

    2d

    3d

    -3d

    d

    -d

    (E)4 = 2(2d + 3d ) = 10d = -1,96

    26d =1/

    HE

    +9

    E+

    9H

    **

    **

    *

    *

    *e

    -e

    2e-2e

    4e

    e

    -2e(E)9 = 2(e + 4e ) = 10e = -1,80

    31e =1/

    Disminucin de la energa de enlace : (E)2 > (E)4 >(E)3 >

    Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C4 > C3 > C2

    (E)1 > (E)9

    Factores parciales de velocidad del fenantreno:

    (FPV)9 = 1630

    (FPV)1 = 900

    (FPV)2 = 173

    (FPV)3 = 385(FPV)4 = 810

    Reactividades relativas (datos experimentales): C9 > C1 > C4 > C3 > C2

    XIII

  • 339

    Ordena las posiciones 4, 4' y 5 del 1-Fenilnaftaleno, de acuerdo con su reactividad relativa en una reaccin de sustitucin electrfila.

    EJERCICIO 13.1

    4

    4'

    5

    REACCIONES DE SUSTITUCIN ELECTRFILA

    REACCIONES CON ELECTRFILOS DE CARBONO

    ALQUILACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS CON HALUROS DE ALQUILO (ALQUILACIN DE FRIEDEL-CRAFTS) La reaccin est catalizada por cidos de Lewis:

    AlBr3 > AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > TiCl4 > ZnCl2 > BF3

    H

    CH3Cl

    AlCl3

    CH3

    CH3 Cl

    H

    AlCl3 CH3.... Cl .... AlCl3

    ++

    +

    CH3 + Cl_AlCl3

    _

    +CH3

    Me+

    Cl AlCl3_

    H Me

    + H_Cl + AlCl3

    Cuando en las reacciones de alquilacin se originan carbocationes primarios, pueden tener lugar reacciones de transposicin de Wagner-Meerwein:

    CH2CH2CH3

    CH3_CH2_CH2Cl+AlCl35 h

    +

    t = -60C 60 % 40 %t = 350C 40 % 60 %

    CH3 CH CH3

    Si la temperatura se mantiene baja, la reaccin est sometida a control cintico y se obtiene como producto mayoritario el que surge del carbocatin primario (este carbocatin es el que se forma ms rpidamente) Por el contrario, a temperatura ms elevada, el producto mayoritario es el que se obtiene a travs del carbocatin ms estable (control termodinmico), es decir, del carbocatin que resulta de la reaccin de transposicin.

    XIII

  • 340

    AlCl3 Cl .... AlCl3++

    AlCl4_

    CH3CH2CH2+

    .... CH3CHCH2 +

    H

    CH3CHCH3+

    CH2CH2CH3

    CH[transp.]

    CH3CH2CH2 Cl

    CH3 CH3

    Escribe el mecanismo completo de la siguiente reaccin:EJERCICIO 13.2

    CH3 CCH3

    CH3

    CH2Cl +CCH3

    CH3CH2CH3AlCl3

    ALQUILACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS CON OLEFINAS Y ALCOHOLES Las olefinas y los alcoholes se protonan en medio cido, dando lugar a carbocationes: Reaccin con olefinas:

    CH3_CH_CH_CH3 CH3_C_CH2_CH3

    CH3

    + +

    (45 %) (55 %)

    CH3

    CH3 CHCH3

    CH CH2H_Cl / AlCl3

    00 C

    H___Cl

    [Regla de Markownikoff]

    CH3_CH_CHCH3

    CH2 CH3_CH_CH

    CH3

    CH3+

    AlCl3

    CHCH3 CH CH3

    CH3

    +

    [carbocatin ms estable]

    CH3_C___CH_CH3

    CH3

    H

    transposicin+

    CH3_C__CH2_CH3

    CH3CCH3

    CH3CH2CH3

    XIII

  • 341

    Reaccin con alcoholes:

    H2SO4+ +CH3_CH_CH_CH3

    CH3

    OH

    CHCH3 CHCH3

    CH3 CCH3

    CH3CH2CH3

    + transposicinCH3_CH_CH_CH3

    CH3

    OH:

    H O_SO3H

    SO4H_ _

    CH3_CH_CH_CH3

    CH3 H2O_

    CH3_C___CH_CH3

    CH3

    H+

    CH3_C__CH2_CH3

    CH3

    OH+

    ++

    H

    CHCH3

    CHCH3

    CH3

    CHCH3

    CHCH3

    CH3H+

    HO3S_O:_

    CHCH3 CHCH3

    CH3

    HO3S_OH

    +

    HH

    +HO3S_O:

    _CCH3 CH2 CH3

    HO3S_OHCCH3

    CH3

    CH2 CH3+

    Me Me Me

    CH3

    Las cadenas hidrocarbonadas unidas a los anillos aromticos pueden oxidarse fcilmente, dando lugar a cidos carboxlicos:

    CH3

    K2Cr2O7H2O / H2SO4

    CO2H CH2CH3

    KMnO4 / H2O

    CO2H

    Escribe el mecanismo completo de las siguientes reacciones:EJERCICIO 13.3

    Me

    MeMe Me

    H2SO4

    +H2SO4

    XIII

  • 342

    ACILACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS CON CLORUROS Y ANHIDRIDOS DE CIDO (ACILACIN DE FRIEDEL-CRAFTS) Los cloruros y anhidridos de los cidos carboxlicos reaccionan con cidos de Lewis, dando lugar a un catin acilo: Reaccin con haluros de cido:

    H

    RCOClAlCl3

    COR

    _+R C

    OCl: AlCl3 R C

    OCl AlCl3 R C

    O

    ++ AlCl4

    _

    [catin acilo]

    R CO

    ++

    CO_RHH

    _CO_R

    + HCl + AlCl3

    Cl3Al Cl

    Reaccin con anhidridos de cido:

    H

    AlCl3

    COR

    R C O C ROO

    [catin acilo]

    AlCl3_

    :R C

    O

    R CO

    OR C

    O

    O RCO

    AlCl3

    R CO

    +_

    O RCO

    AlCl3

    +

    CO

    ++

    CO_RHH CO_R

    + AlCl3

    R_CO_O___AlCl3_

    R R CO

    OH+

    Reactividades relativas en la acetilacin y benzoilacin del naftaleno:

    1,0

    0,31

    + MeCOClAlCl3

    CHCl3

    COMeCOMe

    +

    [mayoritario] [minoritario]

    1,0

    0,4

    + C6H5_COClAlCl3

    CHCl3

    CO_C6H5CO_C6H5

    +

    [mayoritario] [minoritario]

    XIII

  • 343

    Debido al impedimento estreo de C4, en la acetilacin del fenantreno se obtienen las siguientes reactividades relativas referidas al benceno (=1):

    0,615 (C9)

    0,293 (C1)

    0,122 (C2)

    0,643 (C3)0,0085 (C4)

    [acetilacin en CHCl3]

    reactividades: C3 > C9 > C1 > C2 > C4

    La reaccin de Gattermann - Koch permite introducir el grupo formilo en un hidrocarburo aromtico; el cloruro de formilo se obtiene haciendo reaccionar monxido de carbono y cloruro de hidrgeno en presencia de cloruro cuproso como catalizador:

    ArH + CO + HClAlCl3CuCl

    Ar_CHO

    AlCl3:: + AlCl4+CuCl C O

    H

    ClC O

    H

    ClH C

    O

    +H

    +

    CHO

    + HCl + AlCl3CO

    H CO

    HAlCl4

    _

    El grupo carbonilo de los aldehidos y las cetonas se puede transformar en un grupo metileno mediante la reduccin de Clemennsen. En esta reaccin se emplean amalgama de cinc (Zn + Hg) y cido clorhdrico. Los cidos carboxlicos no se reducen, lo cual permite realizar reducciones selectivas:

    C

    CO2H

    CH3O

    Zn-Hg / HCl

    CH2-CH3

    CO2H

    Escribe el mecanismo completo de las reacciones de Friedel - Crafts que aparecen a continuacin:EJERCICIO 13.4

    O

    O

    O

    +CO2H

    O1)SOCl22)AlCl3

    Zn-Hg / HCl CO2HH H

    O

    AlCl3 Q

    XIII

  • 344

    REACCIONES CON ELECTRFILOS DE NITRGENO (NITRACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS)

    Los hidrocarburos aromticos reaccionan con el catin nitrolo (nitronio) dando lugar a derivados nitrados:

    H

    HNO3 + H2SO4

    NO2

    El catin nitronio se genera por reaccin entre los cidos ntrico y sulfrico:

    :_

    ++ :

    _:N

    O

    OO

    HOH SO3H

    :_

    +:N

    O

    OO

    HO SO3H

    H:

    +

    ONO+

    + H2O

    [catin nitronio]

    :

    : :

    +

    HHO3S_O

    _ NO2H+

    NO2

    + HO3S_OHN

    O

    O Resultados experimentales obtenidos en la nitracin del fenantreno:

    (C9) 34 %27 % (C1)

    4 % (C2)

    25 % (C3) [impedimento estreo]

    +reactividades: C9 > C1 > C3 > C2

    0 % (C4)

    NO2

    NO2

    La nitracin de hidrocarburos abre un camino importante para la sntesis de aminas aromticas; la reduccin del grupo nitro puede realizarse de dos formas diferentes: a) Con estao o hierro en medio cido:

    NO2

    1)Sn / HCl

    NH2

    2)NaOH

    XIII

  • 345

    NO2

    2 + 3Sn + 14HCl

    NH3 Cl+ _

    2 + 3SnCl4 + 4H2O

    [hidrocloruro]

    NH3 Cl+ _

    NH2

    + NaCl + H2ONaOH

    b) Hidrogenacin cataltica:

    NO2 NH2

    CO2H CO2H

    H2Pd / C

    REACCIONES CON ELECTRFILOS DE AZUFRE (SULFONACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS) El Benceno reacciona con cido sulfrico originando cido bencenosulfnico:

    + H2SO4170-1800 C

    SO3H

    + H2O

    (95 %) Cuando se emplea cido sulfrico el electrfilo es el catin H3SO4+ :

    2H2SO4 H3SO4+ + HSO4

    _

    S OHOO

    OHSO OO

    OHH

    [cido] [base]

    SO OO

    OH:_

    + SO OH2

    O

    OH

    +

    +::

    lenta+ H3O+: _

    H+S

    O

    O

    O:

    SO

    O

    OH2

    O

    H: ::

    rpida

    :

    : _

    H+HSO4

    _

    SO3+ H2SO4

    _

    S

    O:

    O

    O:

    XIII

  • 346

    SO3_

    + H3O+SO3H

    + H2Orpida

    En las reacciones de sulfonacin, el equilibrio est normalmente desplazado hacia la izquierda; por consiguiente, para aumentar el rendimiento es necesario eliminar el agua del medio de reaccin. La sulfonacin puede realizarse tambin empleando trixido de azufre como electrfilo:

    ::

    : :

    ::

    : :_

    +::

    : :_ +

    ::

    : :

    _+S

    O

    OOS

    O

    OOS

    O

    OOS

    O

    OO El trixido de azufre se utiliza disuelto en cido sulfrico exento de agua; la disolucin recibe el nombre de oleum:

    ::

    : :

    S

    O

    OO

    H+

    S OO

    O

    H

    :::

    :_

    SO3HH2SO4

    Sulfonacin del naftaleno:

    H2SO4H2O (79%)

    SO3H

    (FPV)1 = 1020

    (FPV)2 = 180

    Si un cido sulfnico se calienta en presencia de agua se produce la reaccin inversa:

    SO3H

    + H2OQ

    H

    + H2SO4

    H2O + C6H5_SO3H H_OH2 + C6H5_SO3_+

    O

    O

    O:

    :::

    : :

    :

    _H2O___H+

    H+ H2O + SO3

    S

    SO3 + H2O SO4H2

    XIII

  • 347

    REACCIONES CON ELECTRFILOS DE HALGENOS (HALOGENACIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS)

    3Br2 + 2Fe 2FeBr3

    2FeBr3 + Br2 Br+ + FeBr4

    _

    H

    Br++

    Br FeBr3Br HBr

    + HBr + FeBr3

    _

    La cloracin se puede llevar a cabo empleando SnCl4 o ZnCl2 como catalizadores:

    Cl2 + ZnCl2 Cl+ + ZnCl3

    Cl2 + SnCl4 Cl+ + SnCl4

    _

    _

    EFECTO DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES DE SUSTITUCIN ELECTRFILA Si un hidrocarburo aromtico que tiene unido un sustituyente (Z) al ncleo, se somete a una reaccin de sustitucin electrfila a qu posicin se unir el nuevo sustituyente? Se obtendr una mezcla de todos los productos posibles?

    Z

    E+

    ZE

    Z

    E

    Z

    E

    ++ (?)

    Z

    E+

    ZE

    +

    Z

    E+

    Z

    E

    +

    Z

    E

    +

    Z

    E+

    E+

    ZE

    (?)Z

    La respuesta a las dos preguntas est directamente relacionada con la naturaleza del sustituyente Z, pero es poco dependiente del tipo de reactivo electrfilo que se utilice.

    XIII

  • 348

    Cuando el hidrocarburo es el benceno, hay sustituyentes que favorecen la entrada del electrfilo en las posiciones orto y para:

    CH3 CH3Br

    CH3

    Br

    +Br2 / Fe

    o-Bromotolueno p-Bromotolueno

    CH3 CH3COCH3

    CH3

    COCH3

    +

    o-Metilacetofenona p-Metilacetofenona

    CH3COCl

    AlCl3

    Otros sustituyentes provocan la entrada del electrfilo en posicin meta:

    CO2Et CO2Et

    NO2

    m-Nitrobenzoato de etiloH2SO4

    HNO3

    CO2Et

    Br

    m-Bromobenzoato de etiloBr2

    CO2Et

    [Fe]

    SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRFILO A LAS POSICIONES ORTO Y PARA

    _O _NR2 _NH2 _OH _NHCOR _OR _OCOR _CH3 _CH2CH3 _CHMe2 _CMe3 _CH=CH2 _Arilo _CH2CO2R

    SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRFILO A LA POSICION META

    _CH2Cl _CHCl2 _CCl3 _CONR2 _CO2R _CO2H _COR _CHO _SO3H _CN _CF3 _NO2 _NR3+

    Los sustituyentes que orientan a orto y para estabilizan el catin arenio intermedio; es decir, un compuesto que tenga uno de estos sustituyentes reaccionar con cualquier electrfilo ms fcilmente que el benceno. Por el contrario, los sustituyentes que orientan a meta, desestabilizan el catin arenio intermedio, y el compuesto portador de dicho sustituyente reaccionar con ms dificultad que el benceno. En general, los sustituyentes que ceden electrones estabilizan el catin arenio cuando estn unidos a tomos de carbono que tienen carga (posiciones activas); y a la inversa: los sustituyentes aceptores de electrones desestabilizan el catin arenio si estn unidos a carbonos con carga. Cualquier sustituyente que est unido a una posicin sin carga (inactiva) no tiene ningn efecto sobre la estabilidad del catin arenio.

    XIII

  • 349

    H NO2

    +

    + *

    *

    *H NO2

    +

    +

    *

    *

    *

    a

    -a-a

    Q = a2

    [catin arenonio estabilizado por el Me]

    [posicin activa]

    Menos inestable que:

    H NO2

    +

    CH3 CH3

    +

    NO2

    H

    +*

    * *Q = 0 [posicin inactiva]

    [catin arenonio no estabilizado por el Me]

    La misma inestabilidad que:

    + NO2

    H

    CH3

    H Br+ *

    *

    *H Br

    +

    *

    *

    *

    a

    -a-a

    Q = a2

    [catin arenonio desestabilizado por el NO2]

    [posicin activa]Ms inestable que:

    H Br+

    NO2 NO2

    Br

    H* *Q = 0 [posicin inactiva]

    Br

    H

    +Br

    H

    +*

    * *Q = 0

    [catin arenonio no desestabilizado por el NO2]

    La misma inestabilidad que:

    Br

    H

    +

    NO2NO2

    Para los hidrocarburos aromticos policclicos son vlidos los mismos principios:

    Br

    H

    +**

    *Q = 0 [posicin inactiva]

    [catin arenonio no desestabilizado por el NO2]

    La misma inestabilidad que:

    Br

    H

    +

    * *

    NO2

    H Br+ *

    **

    H Br

    +

    *

    *2a

    -2a

    Q = 4a2

    [catin arenonio desestabilizado por el NO2]

    [posicin activa]

    Ms inestable que:

    H Br+* * **

    *-a

    -aa

    NO2 NO2

    XIII

  • 350

    TIPOS DE SUSTITUYENTES

    Inductivos

    +I : Z C

    _

    + (Me, Et, etc. ; cualquier grupo alquilo)

    I : Z C_ +

    (-CX3, -CHX2, -CH2X, -CN)

    Electrmeros(mesmeros) +

    _+ M : _CH=CH2, C6H5_ (en general: Ar_)

    M : _NH2, _NHR, _OH, _OR, _O , _X (F, Cl, Br, I)

    M : _CHO, _COR, _CO2H, _CO2R, _CONH2, _CONHR, _NO2, _SO3H

    _

    Grupos estabilizantes del catin arenio Grupos desestabilizantes del catin arenio (orientacin o- y p- en el benceno) (orientacin m- en el benceno)

    O CH2Cl mxima

    estabilizacinmnima

    desestabilizacin NR2 I (*) NHR Cl (*) NH2 Br (*) OH CHCl2 NHCOR CCl3 OR CONR2 OCOR CO2R CH3 CO2H CH2CH3 COR CHMe2 CHO CMe3 SO3H CH=CH2 CN Arilo CF3 CO2 NO2 CH2CO2R (*) Los halgenos desestabilizan el catin arenio, pero orientan a o- y p-

    mnima estabilizacin

    mxima desestabilizacin NR3

    +

    XIII

  • 351

    SUSTITUYENTES INDUCTIVOS +I (GRUPOS ALQUILO) Todos los grupos alquilo son cesores de electrones (el enlace que une el grupo al ncleo aromtico est polarizado en el sentido Z C) Estos s