Año Cátedra de Química Orgánica I Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia

Transcripción

1 Año 2009 átedra de Química rgánica I Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia

2 ALLES Los alcoholes son compuestos cuyo grupo funcional es el hidroxilo (). Tienen fórmula general n 2n2 ; también se puede representar la fórmula general como n 2n1. Pueden considerarse como derivados orgánicos del agua. Los alcoholes abundan en la naturaleza y aparecen en un gran número de estructuras como, por ejemplo, el colesterol y el mentol. (Fig. 1). olesterol Testosterona (hormona sexual masculina) 3 ( 3 ) 2 Mentol (del aceite esencial de menta: se usa como saborizante de alimento y del tabaco) Geraniol (componente del aceite fragante de muchas flores) Mioinositol (un ciclohexanohexol de origen natural, un factor de crecimiento) Fig. 1. Algunos alcoholes de origen natural. 2 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

3 Fuentes naturales de alcoholes Antiguamente la fuente principal de metanol era como subproducto en la producción de carbón vegetal a partir de la madera; de ahí el nombre de alcohol de madera. Ahora la mayor parte se produce por reducción de monóxido de carbono con hidrógeno. El monóxido de carbono se obtiene, por lo general, del metano. 2 2 Zn / r Monóxido de idrógeno Metanol carbono El metanol se usa principalmente en la preparación de formaldehído y éter tbutilmetílico (conocido comercialmente como MTBE). También se usa el metanol, en cantidades menores, como solvente y combustible líquido de encendido limpio. Esta última propiedad lo hace un combustible adecuado para automóviles. El metanol es un líquido incoloro, que hierve a 65 y es totalmente soluble en agua. Es tóxico; beber apenas 30 ml es fatal y, en cantidades menores, puede producir ceguera. uando el material vegetal se fermenta, sus carbohidratos se convierten en etanol y dióxido de carbono por las enzimas presentes en la levadura. La fermentación de la cebada produce cerveza; la de las uvas, vino. El contenido máximo de etanol es del orden de 15%, debido a que concentraciones mayores inactivan las enzimas, deteniendo la fermentación. omo el etanol hierve a 78 y el agua a 100, la destilación del caldo de fermentación produce, licores de destilación con mayor contenido de etanol. El whisky es el destilado añejado de granos fermentados y contiene poco menos que 50% de etanol. El brandy y el coñac se hacen añejando los licores destilados de uvas fermentadas y otras frutas. Los sabores, olores y colores característicos de las diversas bebidas alcohólicas dependen tanto de su origen como de la forma en que son añejadas. Enzima de la levadura glucosa etano etanol 2 2 n El etanol sintético se deriva del petróleo por hidratación del etileno. Es relativamente barato y útil para aplicaciones industriales. Nuestro cuerpo está razonablemente bien preparado para metabolizar etanol, lo que lo hace menos peligroso que el metanol. El abuso del alcohol y el alcoholismo, sin embargo, han sido y son problemas persistentes. El alcohol isopropílico (2propanol) se prepara a partir de petróleo por hidratación de propeno. on un punto de ebullición de 82, el alcohol isopropílico se evapora rápido de la piel, 3 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

4 produciendo un efecto de enfriamiento. on aceites y fragancias disueltos, con frecuencia es el principal componente del alcohol para frotar. El alcohol isopropílico tiene propiedades antibacterianas débiles y se usa para esterilizar los instrumentos médicos y para limpiar la piel antes de cirugías menores. La mayoría de los alcoholes de seis carbonos o menos, al igual que muchos alcoholes superiores, están disponibles en forma comercial a bajo costo. Algunos son de origen natural; otros son los productos de síntesis eficientes. lasificación de los alcoholes Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios y terciarios, según el grupo funcional se encuentre en un carbono primario, secundario o terciario, respectivamente. ' ' primario secundario " terciario propanol 2butanol 2metil2propanol Muchas de las propiedades de los alcoholes se ven afectadas si el hidroxilo está unido a carbono primario, secundario o terciario. En algunos casos es más reactivo cuando está unido a un primario, que cuando está unido a un secundario o un terciario y, en otros casos, sucede lo contrario. Estructura de los alcoholes Tanto el carbono como el oxígeno tienen hibridación sp 3. A continuación se muestra una representación del metanol mediante modelado molecular; se señalan longitudes y ángulos de enlace y se observa la hibridación sp 3 de carbono y oxígeno (Fig. 2). 1,10 Å 1,43 Å pares de electrones no compartidos 109º 108,9º 0,96 Å Fig. 2. Estructura del metanol. 4 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

5 Momento dipolar Los alcoholes tienen enlaces polares (, ), por lo que, presentan un momento dipolar elevado, similar al del agua. La polarización de enlace hacia el oxígeno y sus pares de electrones no compartidos contribuye a la concentración de la carga negativa sobre el oxígeno. agua µ = 1,8 Debye 3 metanol µ = 1,7 Debye epresentación de la polaridad del enlace δ δ = o grupo alquilo PPIEDADES FÍSIAS DE LS ALLES Punto de ebullición Si se considera tres compuestos similares en tamaño y forma, el propano, el fluoroetano y el etanol (Fig. 3), se observa que los dos compuestos polares tienen puntos de ebullición mayores que el propano que es no polar. Esto se atribuye a una combinación de fuerzas de atracción dipolodipolo inducido y dipolodipolo que están presentes en los estados líquidos del etanol y el fluoroetano, pero ausentes en el propano. Pero la diferencia entre el punto de ebullición entre el fluoroetano y el etanol es sorprendente a pesar de la semejanza en sus momentos dipolares. El etanol tiene un punto de ebullición mucho mayor que el fluoroetano, por lo que se deduce que las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de etanol son muy fuertes. Este tipo especial de atracción dipolodipolo se denomina puente de hidrógeno y se produce entre el hidrógeno polarizado en forma positiva del grupo de una molécula de alcohol, con el oxígeno polarizado negativamente de otra. Debido a la formación de puente de hidrógeno con otras moléculas de la misma especie, los alcoholes tienen elevado punto de ebullición si se los compara con otros compuestos orgánicos de igual número de átomos de carbono. En la Tabla 1 se muestran constantes físicas de algunos alcoholes y de otros compuestos orgánicos. 5 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

6 Propano (µ = 0 D) Fluoroetano (µ = 1,9 D) Etanol (µ = 1,7 D) p.e. 42º p.e. 32º p.e. 78º Fig. 3. epresentaciones de distintas moléculas. δ δ δ δ δ δ 2 3 Puente de hidrógeno Tabla 1. onstantes físicas de alcoholes y otros compuestos orgánicos. Nombre IUPA Fórmula Punto de fusión [ ] Punto de ebullición [ ] Metanol 3 97,8 65,0 Etanol ,7 78,5 1propanol ,7 97,4 2propanol ,5 82,4 1butanol 3 ( 2 ) ,5 117,3 2metil2propanol ( 3 ) 3 25,5 82,2 1pentanol 3 ( 2 ) ,0 138,0 Metano 4 182,5 161,7 Etano ,3 88,6 lorometano 3 l 97,7 24,2 loroetano 3 2 l 136,4 12,3 Éter metílico ,0 24,9 Éter etílico ,2 34,6 Propanona ,35 56,2 Entre los compuestos orgánicos, el puente de hidrógeno implica sólo protones de o de N, como en: N N N N El hidrógeno debe estar unido a un elemento fuertemente electronegativo a fin de que el enlace sea lo bastante polar para formar puente de hidrógeno. Por consiguiente, los grupos no participan en los enlaces de hidrógeno. La formación de puente de hidrógeno explica que el etanol ( 2 6 ) es líquido mientras que su isómero, el éter metílico es un gas. 6 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

7 puente de hidrógeno no hay puente de hidrógeno Solubilidad Los alcoholes también pueden formar puente de hidrógeno con moléculas de agua por lo que los alcoholes de hasta cuatro átomos de carbono son solubles en agua. A medida que aumenta la masa molecular disminuye la solubilidad debido a que adquiere importancia la cadena carbonada que es no polar y, por lo tanto, hidrofóbica. (Fig. 4). δ δ 3 δ δ δ δ δ δ 3 Puente de hidrógeno Parte hidrofílica Parte hidrofílica Parte hidrofóbica Parte hidrofóbica Fig. 4. El grupo funcional polar domina las propiedades físicas del metanol: la molécula es completamente soluble en agua, pero parcialmente soluble en hexano. Sin embargo, en el 1pentanol la parte hidrofóbica es más voluminosa, y éste resulta más soluble en hexano y parcialmente soluble en agua. En la Tabla 2 se muestran datos de solubilidad de algunos alcoholes y se comparan con otros compuestos orgánicos. 7 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

8 Tabla 2. Datos de solubilidad de alcoholes y otros compuestos orgánicos. Nombre Fórmula Solubilidad en 2 Metanol 3 Total Etanol 3 2 Total 1propanol Total 2propanol 3 3 Total 1butanol ,0 g / 100 ml 2metil2propanol ( 3 ) 3 Total 1pentanol ,2 g / 100 ml Metano 4 0,74 g / 100 ml Etano 3 3 0,447 g / 100 ml lorometano 3 l 3,5 g / 100 ml loroetano 3 2 l 4,7 g / 100 ml Éter metílico 3 3 Total Éter etílico ,0 g / 100 ml Propanona 3 3 Total PPIEDADES QUÍMIAS DE LS ALLES Acidez y basicidad de los alcoholes Los alcoholes son anfóteros: Se comportan como ácidos débiles: reaccionan con bases fuertes dando lugar a iones alcóxidos. Debido a los pares de electrones no compartidos del oxígeno, pueden actuar como bases, dando iones alquiloxonios. Acidez de los alcoholes. Los alcoholes son ácidos débiles. Son ligeramente menos ácidos que el agua. B alcohol ion alcóxido B La acidez de los alcoholes varía ampliamente, desde los alcoholes que tienen una acidez parecida a la del agua hasta algunos que son muchos más ácidos. La constante de disociación ácida, K a, de un alcohol viene definida por el equilibrio: 2 K a 3 Ka = [ 3 ][ ] [] pka = log (Ka) 8 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

9 En la Tabla 3 se comparan las constantes de disociación ácida de algunos alcoholes con las del agua y otros ácidos. Tabla 3. onstantes de disociación ácida de algunos alcoholes representativos y otros compuestos. Nombre Fórmula K a pk a Metanol 3 3, ,5 Etanol 3 2 1, ,9 2cloroetanol l 2 2 5, ,3 2,2,2tricloroetanol l 3 2 6, ,2 2,2,2trifluoroetanol F 3 2 4, ,4 3,3,3trifluoro1propanol F , ,6 4,4,4trifluoro1butanol F , ,4 2propanol ( 3 ) 2 3, ,5 2metil2propanol ( 3 ) 3 1, ,0 iclohexanol , ,0 Fenol 6 5 1, ,0 Agua 2 1, ,7 Ácido acético 3 1, ,8 Ácido clorhídrico l 1, ,2 Para desplazar el equilibrio entre el alcohol y el alcóxido hacia la base conjugada es necesario emplear una base más fuerte que el alcóxido que se desea formar, es decir, una base derivada de un ácido más débil que el alcohol, por ejemplo, amiduro de sodio ya que esta base proviene del amoníaco, ácido más débil que el alcohol. alcohol Na N 2 Na amiduro de sodio alcóxido de sodio N 3 amoníaco rden de acidez relativa 2 > > > N 3 > A mayor estabilidad de la base, mayor acidez del compuesto del cual proviene. Base más estable: el oxígeno más electronegativo soporta mejor la carga negativa. Base menos estable: la carga negativa se localiza sobre un átomo de carbono. Para poner en evidencia la acidez de los alcoholes se emplean bases fuertes como los metales alcalinos (sodio o potasio) o un hidruro de estos metales; se produce el desprendimiento de hidrógeno molecular. 9 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

10 Na Na ½ 2 alcohol sodio alcóxido de sodio hidrógeno alcohol Na hidruro de sodio Na 2 alcóxido de sodio hidrógeno Los alcoholes primarios reaccionan más rápidamente con el sodio que los secundarios y éstos a su vez, reaccionan más rápidamente que los terciarios, es decir, que el orden de acidez para los alcoholes es el siguiente: 3 < 2 < 2 < 3 terciario secundario primario metanol Incremento de acidez de alcoholes Esto se explica por el efecto de solvatación de la base conjugada, el ion alcóxido: a mayor impedimento estérico, menor solvatación, por lo tanto, mayor basicidad del alcóxido y menor acidez del alcohol; en cambio, menor impedimento estérico, mayor solvatación, y por lo tanto, mayor acidez del alcohol. (Fig. 5). Alcóxido más pequeño Mayor solvatación Alcóxido más voluminoso Menor solvatación Fig. 5. Efecto de la solvatación sobre los iones alcóxidos. Si en el alcohol hay sustituyentes atractores de electrones como los halógenos, la acidez se incrementa. Se debe a que el grupo atractor de electrones contribuye a estabilizar la base conjugada dispersando la carga negativa. 10 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

11 l l 2 l 2,2,2tricloroetanol l > 2 > 2 2cloroetanol etanol El efecto inductivo de un sustituyente atractor de electrones estabiliza la base; a mayor número de halógenos, mayor la estabilidad de la base. l l 2 2 l 2 Base menos estable l Base más estable El alcance del efecto inductivo disminuye con la distancia. F F F F 2 F 2 2 F F Base más estable F F Base menos estable Basicidad de los alcoholes. uptura del enlace omo bases Brönsted y Lowry, los alcoholes aceptan un protón de ácidos fuertes, para formar iones alquiloxonio. Según las condiciones de reacción, en especial la temperatura, la protonación puede ir seguida de las siguientes reacciones: Sustitución de la molécula de agua por un anión: reacción de sustitución nucleofílica. Deshidratación intramolecular para formar un alqueno: reacción de eliminación. eacción con hidrácidos Los alcoholes reaccionan con los halogenuros de hidrógeno para formar halogenuros de alquilo. El orden de reacción de los halogenuros de hidrógeno es I > Br > l, (el F generalmente no reacciona) y el orden de reactividad de los alcoholes es 3º > bencílico alílico > 2º > 1º. X X 2 Por ejemplo, la reacción de un alcohol con Br produce un bromuro de alquilo Br Br 2 1butanol 1bromobutano 11 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

12 Br 3 3 Br metil2propanol 2bromo2metilpropano eactivo de Lucas uando se utiliza l es necesario la presencia de un catalizador para que se produzca la reacción; el catalizador que se utiliza es cloruro de zinc. El Znl 2 forma un complejo con el alcohol por asociación con un par de electrones no compartido del átomo de oxígeno. Ésto debilita el enlace carbonooxígeno que se rompe generando el carbocatión, el que es luego atacado por el cloruro para dar el cloruro de alquilo. Los alcoholes terciarios reaccionan inmediatamente, los secundarios tardan en reaccionar de 5 a 10 minutos, mientras que los primarios no reaccionan a temperatura ambiente; es por esto que esta reacción sirve para diferenciar los distintos tipos de alcoholes. Lo que se observa cuando el ensayo da positivo es la aparición de fases por la formación del cloruro de alquilo que es insoluble en agua. Este ensayo es de utilidad para alcoholes con menos de 6 átomos de carbono, los de mayor masa molecular son insolubles en el reactivo. l Znl l metil2propanol 2cloro2metilpropano inmediatamente l Znl 2 l a 10 minutos 2butanol 2clorobutano Znl l No reacciona 1butanol El orden de velocidad de reacción es la que corresponde a un sustrato en la sustitución nucleofílica unimolecular (S N 1): 3 > 2 > 2. Esto se debe a que en la etapa determinante de la velocidad de reacción se forma un carbocatión como intermediario cuyo orden de estabilidad es: > > 12 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

13 En la Fig. 6 se observan las estructuras de distintos carbocationes y su estabilización por efecto de hiperconjugación. iperconjugación:superposición del orbital p y el orbital ssp arbocatión tbutilo: 9 est ructuras de hiperconjugación 3 arbocatión isopropilo: 6 est ructuras de hiperconjugación Fig. 6. Estructuras de carbocationes primario, secundario y terciario. arbocatión etilo: 3 est ructuras de hiperconjugación on ácido clorhídrico concentrado, los alcoholes terciarios reaccionan inmediatamente, mientras que los alcoholes secundarios no reaccionan a temperatura ambiente, lo que permite diferenciarlos, si es que aún queda alguna duda en el tiempo de reacción después de efectuar el ensayo de Lucas. Deshidratación de alcoholes La deshidratación de alcoholes es un método común de obtención de alquenos. La palabra deshidratación significa literalmente pérdida de agua. Se necesita la presencia de un ácido como catalizador y calentamiento. catálisis ácida, calor 2 La deshidratación de alcoholes es reversible y en la mayoría de los casos la constante de equilibrio es grande. De hecho, la reacción opuesta (la hidratación) es un método de obtención de alcoholes. La deshidratación puede ser forzada a completarse por el retiro de productos de la reacción a medida que se van formando. El alqueno tiene un punto de ebullición menor que el alcohol de partida ya que el alcohol presenta puente de hidrógeno. Una destilación cuidadosamente controlada permite separar el alqueno del alcohol de la mezcla de reacción. Los ácidos que se usan generalmente son el ácido sulfúrico ( 2 S 4 ) y el ácido fosfórico ( 3 P 4 ) concentrado. Estos ácidos actúan como catalizadores y agentes deshidratantes. El mecanismo es una eliminación unimolecular (E1). El grupo hidroxilo es un mal grupo saliente ( ), pero la protonación por el catalizador ácido lo convierte en un buen grupo saliente ( 2 ). En el segundo paso la pérdida de agua del alcohol protonado (ion oxonio) da lugar a un 13 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

14 carbocatión. El carbocatión es un ácido muy fuerte: cualquier base débil como el agua o el ion hidrógeno sulfato pueden abstraer el protón en el paso final para formar el alqueno. Paso 1. Protonación del grupo hidroxilo (equilibrio rápido) 2 2 alcohol ion alquiloxonio Paso 2. uptura heterolítica del enlace : formación del carbocatión (lento: limitante de la velocidad). 2 Paso 3. Sustracción del protón (rápido) del carbono adyacente al cabono de que tiene carga positiva. 2 3 ciclopentanol 2 S 4 ciclopenteno Deshidratación de un alcohol primario Paso 1. Protonación del alcohol Paso 2. La ionización a carbocatión formaría un carbocatión primario; sin embargo los carbocationes primarios son muy inestables, por lo tanto se produce una transposición del metilo con el par de electrones (metiluro) cuando se desprende el agua formándose un carbocatión terciario. (Si se prefiere se puede visualizar en dos pasos). 14 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

15 saliente con transposición de 3 (~ 3 ) Paso 3. Es la pérdida del protón hacia una base débil, como el ion hidrógeno sulfato o el agua (pero no, que es incompatible con la solución ácida). ualquiera de los dos protones (1 ó 2) podría perderse para generar el alqueno. La pérdida del protón 1 da lugar al producto mayoritario, de acuerdo con la regla de Saytzeff Producto observado eacciones de oxidación La mayoría de los compuestos orgánicos no tienen carga, por lo que no es muy intuitivo hablar de ganancia o pérdida de electrones en la reacciones de óxidoreducción como sucede en la química inorgánica. En química orgánica se puede interpretar la oxidación como consecuencia de la adición de agentes oxidantes ( 2, Br 2, etc.) y la reducción como adición de agentes reductores ( 2, NaB 4, etc.). Se pueden utilizar las siguientes reglas: XIDAIÓN: Adición de o de 2, pérdida de 2, adición de halógeno (X 2 ). EDUIÓN: adición de 2 (o de : ), pérdida de o de 2 : pérdida de halógeno. La adición o pérdida de, 2, X, etc., nunca es una oxidación ni reducción. Los alcoholes primarios y secundarios pueden oxidarse con los oxidantes habituales. Los alcoholes terciarios carecen de hidrógeno unido al carbono carbinólico por lo que se hace imposible su oxidación; sin embargo, cuando las condiciones de reacción son enérgicas (agentes oxidantes fuertes, medio ácido y elevadas temperaturas), se produce una ruptura oxidativa del enlace carbonocarbono. Los productos de la oxidación de alcoholes son aldehídos, cetonas o ácidos. xidación de alcoholes primarios omo oxidantes se emplea el ácido crómico que se prepara disolviendo dicromato de sodio o de potasio (Na 2 r 2 7 ó K 2 r 2 7 ) en una solución de ácido sulfúrico. Probablemente la 15 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

16 especie activa es el ácido crómico, 2 r 4, o el ion hidrógeno cromato, r 4. El mismo resultado se obtiene en si se añade óxido de cromo (VI) a ácido sulfúrico diluido. También se puede utilizar el reactivo de Jones que es una forma suave de ácido crómico: es una solución de ácido crómico diluido en acetona. Na 2 r S 4 2 r 2 Na 2 S 4 dicromato de sodio r 3 2 r óxido de cromo (VI) ácido crómico r ácido crómico ion hidrógeno cromato En una primera etapa de oxidación del alcohol primario se forma el aldehído, el cual se oxida con mayor facilidad que el alcohol; por esta razón, la oxidación del aldehído a ácido carboxílico continúa aún agregando la cantidad estequiométrica de oxidante. [] [] alcohol primario aldehído ácido F fluoro1propanol K 2 r S 4, 2 F 2 2 ácido 3fluoropropanoico Las condiciones que permiten el aislamiento fácil de aldehídos con un buen rendimiento por oxidación de alcoholes primarios, emplean varias especies de r (VI) como oxidantes en medios anhidros. Dos de tales reactivos son clorocromato de piridinio (P), 5 5 N lr 3, llamado 2 reactivo de Sarrettollins y dicromato de piridinio (PD), ( 5 5 N) 2 r 2 7 ; ambos se usan en diclorometano. N r 3 l clorocromato de piridinio (P) 3 ( 2 ) 5 2 1heptanol P 2 l 2 3 ( 2 ) 4 2 heptanal 16 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

17 ( 3 ) 3 2 alcohol ptbutilbencílico PD 2 l 2 ( 3 ) 3 ptbutilbenzaldehído También puede evitarse la sobreoxidación sustrayendo el aldehído del seno de la reacción a medida que se va formando. En general, los aldehídos son más volátiles que los alcoholes de igual número de átomos de carbono debido a que no pueden formar puente de hidrógeno, y por lo tanto, se pueden separar por destilación. xidación de alcoholes secundarios Los alcoholes secundarios son oxidados a cetonas por los mismos reactivos que oxidan a los alcoholes primarios. alcohol secundario [] cetona ciclohexanol Na 2 r S 4, 2 ciclohexanona K 2 r S 4, 2 2propanol propanona Dado que los alcoholes terciarios no se oxidan el ensayo con ácido crómico sirve para diferenciar alcoholes primarios y secundarios de los terciarios. uando se añade ácido crómico (r 6 ) a alcoholes primarios o secundarios el color naranja cambia a verde o azul (r 3 ). uando esta sustancia se agrega a una sustancia no oxidable como el alcohol terciario, no se observa un cambio inmediato de color. 17 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

18 MÉTDS DE BTENIÓN DE ALLES idratación de alquenos en medios ácidos Unos de los métodos utilizados para obtener alcoholes es la hidratación de alquenos. Se realiza en medio ácido diluido Alqueno Agua Alcohol Los elementos del agua se adicionan al doble enlace de acuerdo con la regla de Markovnikov. 3 ( 3 ) metil2buteno 2 S metil2butanol Esta reacción no es utilizada con frecuencia en el laboratorio, debido que el mecanismo involucra un carbocatión intermediario y pueden ocurrir transposiciones. 2, 2 S 4 3,3dimetil1buteno 3,3dimetil2butanol 2,3dimetil2butanol (PDUT DE TANSPSIIÓN) El mecanismo de hidratación implica tres pasos o etapas: Paso 1. Es lenta, por lo que es la etapa determinante de la velocidad de reacción. Se genera un carbocatión alquílico Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

19 Paso 2. ápida. Se produce el ataque nucleofílico del agua al carbocatión alquílico y se genera el ion alquiloxonio Paso 3. ápida. Es una reacción ácidobase donde se desprotona el ion alquiloxonio generando el alcohol ()3metil3hexanol (S)3metil3hexanol uando el carbono es proquiral se forma una mezcla racémica, como en el ejemplo dado anteriormente. ximercuriacióndesmercuriación ) g( 2 3 ) 2, TF, 2 2 ) NaB 4, 2 2 curre una adición con orientación Markovnikov de los elementos del agua al doble enlace. Es una reacción sintética muy utilizada en el laboratorio. A diferencia de lo que ocurre en la hidratación catalizada por ácidos, no hay transposiciones. 1 ) g(ac) 2, TF, 2 2 ) NaB 4, 3,3dimetil1buteno 3,3dimetil2butanol La primera etapa se denomina oximercuriación y consiste en una adición electrofílica de acetato de mercurio (II) en presencia de agua a un alqueno para dar el producto de adición. El mercurio se elimina posteriormente mediante reducción con borhidruro de sodio en medio alcalino (desmercuriación). 19 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

20 ximercuriación 3 2 g(ac) 2, TF, 2 2 gac 3 Desmercuriación 3 2 gac NaB 4,, La oximercuriación es normalmente estereoespecífica anti y regioselectiva. 3 3 gac 3 gac 3 1,2dimetilciclopenteno g(ac) 2, TF, gac 3 3 gac 3 NaB 4,, (1, 2S)1,2dimetilciclopentanol (1S, 2)1,2dimetilciclopentanol g g(ac) Acetato de mercurio (II) idroboraciónoxidación de alquenos curre una adición del agua al doble enlace con regioselectividad opuesta a la regla de MarkovniKov. Es un método de síntesis muy bueno: la adición es syn y no hay transposiciones ) B ) 2 2, ( 2 ) ) B ) 2 2, 3 ( 2 ) 8 2 1deceno 1decanol 20 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

21 idrólisis de halogenuros de alquilo X X Una reacción que es útil sólo con sustratos que no sufren fácilmente eliminación E2. ara vez se utiliza en síntesis de alcoholes ya que normalmente los halogenuros de alquilo se preparan a partir de alcoholes. Se da un ejemplo de reacción S N 2. S Br 2, Py S N 2 95% Esteroide presente en el cordón umbilical humano La reacción que se da a continuación es una solvólisis; sigue un mecanismo S N 1. En este caso se observa estereoselectividad debido a que la cara inferior de la molécula se encuentra considerablemente menos impedida que la superior. 3 Br , TF S N % Precursor en la síntesis de antibióticos antitumorales eacción de reactivos de Grignard con aldehídos y cetonas Los compuestos organomagnésicos, MgX, son llamados también reactivo de Grignard en honor a su descubridor, Víctor Grignard. Se pueden obtener a partir de haloalcanos primarios, secundarios y terciarios, como así también de haloalquenos y halobencenos. Se preparan por reacción directa del haloalcano suspendido en éter etílico o tetrahidrofurano. La reactividad de los alcanos aumenta en el orden l < Br < I; los fluoruros no suelen utilizarse como materiales de partida en estas reacciones. X Mg Et 2 MgX Et l Mg 2 Mgl lorociclohexano loruro de ciclohexilmagnesio 21 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

22 Estos compuestos raramente se aíslan; se obtienen en solución y se usan inmediatamente en la reacción deseada. Son sensibles al aire y a la humedad, por lo tanto, deben ser preparados y manejados en atmósfera inerte y condiciones anhidras. La fórmula MgX es una simplificación de la estructura real del reactivo. En dicha fórmula, el metal aparece como altamente deficiente de electrones. Para conseguir la estructura favorable del octeto, actúa como ácido de Lewis y se une a solventes que actúan como base de Lewis. Por ejemplo, los halogenuros de alquilmagnesio se estabilizan formando enlaces con dos moléculas de éter. Se dice que el solvente se encuentra coordinado al metal. Las fórmulas que suelen utilizarse para representar los reactivos de Grignard rara vez muestran dicha coordinación, pero ésta es crucial ya que la reacción es muy difícil en su ausencia ( Mg 3 2 ) 2 X Mg X Los reactivos de Grignard tienen moléculas de solvente coordinadas. X Mg Solvatación de un halogenuro de alquilmagnesio por el dietil éter., X y las dos moléculas de dietil éter adoptan una geometría tetraédrica alrededor del magnesio. El alquilmagnesio posee enlaces carbonometal muy polarizados en los que el metal muy electropositivo, constituye el extremo positivo del dipolo. El porcentaje de polarización se describe a menudo como porcentaje de carácter iónico del enlace. El enlace carbonomagnesio tiene un 35% de carácter iónico. Estos sistemas reaccionan químicamente como si tuvieran un carbono cargado negativamente. δ Mg δ Al tratarlo con un metal la polaridad del enlace δ X δ se convierte en δ M δ. Es decir que la polaridad del enlace se ha invertido. La metalación ha convertido un carbono electrofílico en un centro nucleofílico. Los carbaniones son bases muy fuertes. De hecho, los reactivos organometálicos son mucho más básicos que los amiduros o alcóxidos, ya que el carbono es considerablemente menos electronegativo que el nitrógeno o el oxígeno y, por lo tanto, mucho menos capaz de estabilizar la carga negativa. 22 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

23 La basicidad de los reactivos organometálicos provocan que sean sensibles a la humedad e incompatibles con grupos u otros de similar acidez. En presencia de agua, el reactivo de Grignard se hidroliza para dar alcano. Por esta razón, el éter que se utiliza debe ser absoluto, es decir, sin trazas de agua ni de alcohol. δ δ Mg X Mg()X δ eactivo de Grignard δ Alcano aluro básico de magnesio Una de las distintas aplicaciones del reactivo de Grignard es la reacción con compuestos carbonílicos (aldehídos y cetonas) para formar alcoholes. En este proceso se forma un enlace carbonocarbono. Mecanismo Paso 1. Adición nucleofílica del reactivo de Grignard al carbono deficiente del carbonilo, generando un enlace carbonocarbono. Da como resultado el halogenuro de alcoximagnesio. eacción rápida y exotérmica. δ δ δ δ MgX MgX haluro de alcoximagnesio Paso 2. La hidrólisis del halogenuro de alcoximagnesio genera el alcohol. MgX 3 Mg 2 X 2 La reacción de un reactivo de Grignard con metanal produce un alcohol primario. MgX MgX 3 2 Alcohol primario Mgl cloruro de ciclohexilmagnesio metanal 1 ) éter étilico 2 ) 3 2 ciclohexilmetanol 23 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

24 La reacción de un reactivo de Grignard con un aldehído distinto de metanal produce un alcohol secundario. MgX ' ' MgX ' 3 Alcohol secundario 3 ( 2 ) 4 2 MgX bromuro de hexilmagnesio 3 etanal 1 ) éter étilico 2 ) 3 3 ( 2 ) octanol La reacción de un reactivo de Grignard con una cetona produce un alcohol terciario. MgX ' '' '' ' MgX '' 3 ' Alcohol terciario 3 Mgl 1 ) éter étilico 2 ) 3 3 cloruro de metilmagnesio ciclopentanona 1metilciclopentanol educción de aldehídos y cetonas omo ya se vio, en los compuestos orgánicos es más difícil ver si los compuestos han ganado o perdido electrones, por lo que los químicos orgánicos suelen definir las reacciones de oxidoreducción en otros términos. Una oxidación es un proceso en el cual a la molécula se adicionan átomos electronegativos como oxígeno o halógenos. La reducción es la eliminación de oxígeno o la adición de hidrógeno a una molécula. La adición de dos átomos de hidrógeno al doble enlace del grupo carbonilo constituye una reducción al correspondiente alcohol. A partir de aldehídos se obtienen alcoholes primarios, mientras que las cetonas forman alcoholes secundarios. El proceso inverso, la eliminación de hidrógeno que conduce a la formación de compuestos carbonílicos, es un ejemplo de oxidación. En conjunto estas reacciones se agrupan bajo en nombre de reacciones redox. 24 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

25 Aldehído ' etona educción xidación educción xidación Alcohol primario ' Alcohol secundario La reducción de compuestos carbonílicos puede llevarse a cabo por la adición de hidrógeno molecular o por la reacción con hidruros. idrogenación catalítica La reducción con hidrógeno molecular es lenta en ausencia de catalizadores. Se utilizan catalizadores y en muchas ocasiones requiere de altas presiones para ocurra a velocidad razonable. Son catalizadores eficaces: Pt, Pd, Ni, u. 2, Pt iclohexanona iclohexanol metilbutanal 2, Pd metil1butanol educción con hidruros (LiAl 4 ). Se realiza la reducción con borohidruro de sodio (NaB 4 ) e hidruro de aluminio y litio Na B Li Al borohidruro de sodio hidruro de aluminio y litio 25 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

26 Utilización de borohidruro de sodio El NaB 4 es fácil de usar. Se añade a una solución acuosa o alcohólica de un aldehído o una cetona. 2 N NaB 4 2 N 2 3 mnitrobenzaldehído Alcohol mnitrobencílico Mecanismo El NaB4 transfiere un hidrógeno con el par de electrones al carbono polarizado positivamente del carbonilo. El oxígeno polarizado negativamente ataca al boro. Finalmente, los cuatro hidrógeno del NaB 4 se transfieren y se forma el tetraalcoxiborato. δ δ B 3 B = ( 2 ) 4 B tetraalcoxiborato La hidrólisis o alcohólisis convierte al tetraalcoxiborato en el alcohol. A continuación se muestra el proceso cuando se trata al tetraalcoxiborato con agua; de forma similar se hace la reacción con alcohol. B( 2 ) 3 2 B( 2 ) () 4 B 2 Utilización de hidruro de aluminio y litio El LiAl 4 reacciona violentamente con el agua y los alcoholes, por lo tanto, debe usarse con solventes tales como éter etílico o tetrahidrofurano. A continuación de la reducción se realiza una etapa de hidrólisis para liberar el alcohol. 3 ( 2 ) 5 heptanal 1 ) LiAl 4, dietil éter 2 ) 2 3 ( 2 ) 5 2 1heptanol 1 ) LiAl ( 6 5 ) 2 4, dietil éter 3 2 ) 2 1,1difenilpropanona ( 6 5 ) 2 3 1,1difenil2propanol 26 Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán

27 Mecanismo El mecanismo es similar al del borohidruro de sodio. δ δ Al 3 Al 3 tetraalcoxialuminato 3 2 = ( 2 ) 4 Al tetraalcoxialuminato ( 2 ) 4 Al Al() 4 alcohol A partir de epóxidos y reactivos de Grignard Los reactivos de Grignard reaccionan con óxido de etileno para dar alcoholes primarios que contienen dos átomos de carbono más que el haluro de alquilo a partir del cuál se preparó el compuesto organometálico. MgX 2 2 eactivo de Grignard Óxido de etileno 1 ) Et 2 2 ) Alcohol primario 1 ) Et MgBr ) 3 Bromuro de butilmagnesio Óxido de etileno hexanol El anillo del epóxido se abre fácilmente por ruptura del enlace carbonooxígeno cuando es atacado por nucleófilos. El reactivo de Grignard y los reactivos organolíticos sirven de fuente de carbono nucleófilo cuando reaccionan con el óxido de etileno. δ δ Et 2 MgX MgX BIBLIGAFÍA arey, F. Química rgánica. Ed. Mc Graw ill. 6 ed Vollhardt, K., Schore, N. Química rgánica. Ed. mega, S.A. 3 ed Wade, L.G. Jr Química rgánica. Ed. Pearson, 5º Ed Mag. armen oronel Dr. Bernardo Guzmán