Trabajo 3. Éteres y Epóxidos.

Transcripción

1 Universidad Central del Ecuador 1 Trabajo 3. Éteres y Epóxidos. - Resolución de Problemas Francis Carey Cap. 16 (pág ) Cuando se deja reposar el (R)-(+)-2-fenil-2-butanol en metanol que contienen unas gotas de ácido sulfúrico, se forma el 2-fenil-2-metoxibutano racémico. Sugiera un mecanimo razonable para esta reacción. (R)- (+)-2-fenil-2-butanol (Carbocation quiral) 2-Metoxi-2-fenilbutano (Mezcla racémica) Seleccione las condiciones de reacción que le pueda permitir efectuar cada una de las siguientes transformaciones estereoespecíficas: a) (R)-1, 2 propanodiol (R)-1,2-Epoxipropano b) (R)-1,2-Propanodiol (S)-1, 2 propanodiol (S)-1,2-Propanodiol

2 El último paso en la síntesis del éter divinílico (que se usa como anestésico bajo el nombre de vineteno) es calentar ClCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 Cl con hidróxido de potasio. Indique cómo se podría preparar la materia prima necesaria, ClCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 Cl, a partir de etileno. El intermedio importante en la preparación de bis (2-cloroetil) éter a partir de etileno es el 2-cloroetanol, formados por la reacción con cloro y agua; calentando 2-cloroetanol en ácido da el éter deseado. Etileno 2-Cloroetanol Bis (2-cloro etil) éter Sugiera secuencias cortas y eficientes, adecuadas para preparar cada uno de los siguientes compuestos a partir de los materiales mencionados y de cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico necesarios: a) a partir de Benzoato de metilo Alcohol bencílico Metanol Metóxido de sodio Alcohol bencílico Bromuro de bencilo

3 3 Bromuro de bencilo Metil bencil éter b) a partir de bromobenceno y ciclohexanol Ciclohexanol Ciclohexanona Bromobenceno 1-fenilciclohexanol c) a partir de bromobenceno y alcohol isopropílicco Bromuro de fenil magnesio 1-fenil-2-propanol Alcohol isopropílico Propeno 1, 2-epoxipropano d) a partir de alcohol bencílico y etanol

4 4 Alcohol bencílico bromuro de bencilo 3-fenil-1propanol 3-fenil-1propanol 1-bromo-3-fenilpropano Etil 3-fenilpropil éter e) a partir de 1,3-ciclohexadieno y etanol Biciclo [2.2.2] oct-2-eno 2,3-Epoxibiciclo [2.2.2] octano 1,3-Ciclohexadieno Etileno Biciclo [2.2.2] oct-2-eno Etanol Etileno f) a partir de estireno y etanol Estireno Ácido Peroxiacético Óxido de estireno Ácido acético

5 5 Etanol Etanotiol Etanotiolato de sodio Óxido de estireno El propanolol es un fármaco para tratar arritmias cardiacas y dolor de angina; así como para disminuir la presión sanguínea. Es quiral, y uno de los enantiómeros es el responsable de los efectos terapéuticos. Ese enantiómero se puede sintetizar con un proceso que se describe en el esquema siguiente, en el que el primer paso es una epoxidación de Sharpless, para formar (S)-glicidol. Cuál es la configuración del propanolol que se forma con esta secuencia? (No sucede rearreglos.) Un enlace de tipo indica que la estereoquímica no está especificada. Compuesto (S) Se desea preparar (R)-2-butanol y (S)-2-butanol, y se dispone de los epóxidos que tienen las configuraciones absolutas que se ven abajo. Escoja el epóxido adecuado para cada síntesis, y escriba una ecuación química que describa cómo se haría la transformación que se desea, en una solo operación.

6 6 (S)-2-butanol (R)-2-butanol Entre las maneras como se puede preparar el 1,4-dioxano están los métodos representados por las siguientes ecuaciones. Sugiera mecanismos razonables para cada una de estas reacciones. a) Etilenglicol 1,4-Dioxano Agua Etilenglicol Dietilen glicol b) Éter bis (2-cloroetílico) 1,4-Dioxano Éter bis (2-cloroetílico)

7 7 1,4-Dioxano Se ha mencionado la siguiente reacción en las publicaciones químicas. Sugiera un mecanismo razonable Deduzca la identidad de los compuestos faltantes en las siguientes secuencias de reacciones. Muestre la estereoquímica en las partes b) a d). a) Bromuro de alilo 3-Buten-1-ol (compuesto A) 3-Buten-1-ol 3,4-Dibromo-1-butanol (compuesto B)

8 8 3,4-Dibromo-1-butanol 3-bromotetrahidrofurano Compuesto D Compuesto B Compuesto C Compuesto B Compuesto C b) (S)-2-cloro-1-propanol Compuesto E (R)-1,2-epoxipropano Compuesto F c) 2R, 3S)-3-Cloro-2-butanol trans-2,3-epoxibutano Compuesto G Compuesto G Compuesto H

9 9 d) 1,2-Dimetilciclopenteno Compuesto I 1,2-Dimetil-1,2-epoxiciclopentano Compuesto K 1,2-Dimetilciclopenteno Compuesto I Cis-1,2-Dimetilciclopentano-1,2-diol Compuesto J Trans-1, 2-Dimetilciclopentano-1, 2-diol Compuesto L El cineol o eucalipto es el componente principal del aceite; su fórmula molecular es C 10 H 18 O, y no contiene enlaces dobles ni triples. Reacciona con ácido clorhídrico formando el dicloruro siguiente: Deduzca la estructura dl cineol

10 10 El Cineol no contiene dobles o triples enlaces y por lo que se presume que este compuesto está formado por un biciclo, en base a su fórmula molecular (C 10 H 18 O, el índice de deficiencia de hidrógeno es 2); cuando el cineol reacciona con ácido clorhídrico, uno de los anillos se rompe y se forma agua. Cineol El p-toluensulfonato de abajo sufre una reacción de Williamson intramolecular, al tratarlo con una base, y forma un éter espirocíclico. Demuestre que se comprende la tecnología usada en la frase anterior, escribiendo la estructura y la estereoquímica del producto. El grupo tosilato es un buen grupo saliente para este tipo de reacciones. El producto es un éter cíclico, y la naturaleza de la unión de dos anillos es que son espirociclicos Dado que:

11 11 El producto de la reacción análoga, cuando se usa LiAID 4 contiene un deuterio axial o un ecuatorial? El nombre del heterociclo base de seis miembros con azufre, es tiano. Se numera comenzando en el azufre. La incorporación de varios átomos de azufre en el anillo se indica con los prefijos di-, tri-, etc. a) Cuántos tianos sustituidos con metilo hay? Cuáles son quirales? 2-metil tiano 3-metil tiano 4-metil tiano (Quiral) (Quiral) (Aquiral) b) Escriba las fórmulas estructurales del 1,4-ditiano y del 1, 3, 5-tritiano. 1, 4-di tiano 1, 3, 5-tri tiano c) Qué isómeros del ditiano es un disulfuro (1,2-, 1,3-, 1,4-)? d) Dibuje las dos conformaciones más estables del sulfóxido derivado del tiano La oxidación del 4-ter-butiltiano con metapermanganato de sodio produce una mezcla de dos compuestos con fórmula molecular C 9 H 18 OS. Ambos productos forman la misma sulfona al oxidarlos con peróxido de hidrógeno. Cuál es la relación entre los dos compuestos?

12 Este problema está adaptado de un experimento diseñado para laboratorios de química orgánica con licenciatura, publicado en la edición de enero de 2001 del Journal of Chemical Education, pp a) La reacción del (E)-1-(p-metoxifenil) propeno con ácido m-cloroperoxibenzoico convirtió al alqueno en su epóxido correspondiente. Muestre la estructura con la estereoquímica de ese epóxido. b) Asigne las señales del espectro de RMN de 1 H del epóxido a los hidrógenos correspondientes. a) 1.4 (doblete, 3H) d) 3.8 (singulete, 3H) b) 3.0 (cuarteto de dobletes, 1H) e) 6.9 (doblete, 2H) c) 3.5 (doblete, 1H) f) 7,2 (doblete, 2H) Señal c Señal a Señal e Señal f Señal d Señal e Señal f Señal b

13 13 c) Aparecen tres señales en el intervalo 55 a 60 en el espectro RMN de 13 C del epóxido. A cuáles carbonos del epóxido corresponden estas señales? d) El epóxido se aísla sólo cuando la reacción se hace bajo condiciones (agregando Na 2 CO 3 ) que aseguran que la mezcla de reacción no se vuelva ácida. A menos que se tome esta precaución, el producto aislado tiene la fórmula molecular C 17 H 17 Cl. Sugiera una estructura razonable para este producto, y escriba un mecanismo razonable para su formación Todas las siguientes preguntas se refieren a espectros de RMN de 1 H de éteres isoméricos cuya fórmula molecular es C 5 H 12 O. a) Cuál muestra sólo singuletes en su espectro de RMN de 1 H? Todos los picos del espectro de RMN de 1 H son singuletes, el único éter con fórmula C 5 H 12 O que se ajusta a este requerimiento es el ter-butilmetil éter. Singulete a 3.2 ppm Singulete a 1.2 ppm b) Junto con otras señales, este éter muestra un patrón de acoplamiento de septeto de dobletes. Ninguno de los protones responsables de este patrón está acoplada con protones en lugar alguno de la molécula. Identifique este éter.

14 14 El acoplamiento de un septeto de dobletes es característico de un grupo del isopropil; dos isómeros del C 5 H 12 O contienen un grupo del isopropil los cuales son: etil-isopropil éter y isobutil-metil éter Etil isopropil éter Isobutil metil éter La señal del protón del metino en el isobutil metil éter se divide en más de un septeto, sin embargo, se acopla a los dos protones en el grupo del metileno; de acuerdo a esto el éter que muestra el patrón de acoplamiento de un septeto de dobletes es el etil isopropil éter. c) Además de otras señales en su espectro de RMN de 1 H, este éter muestra dos señales a campo relativamente bajo. Una es un triplete y la otra es un cuarteto. Cuál éter es? Las señales en campos bajos son debidas a los protones de los átomos de carbono de la unión de C O C. Doblete a campos bajos Esta estructura parcial contiene todos los átomos de carbono en la molécula; siendo la opción correcta el isobutil metil éter. Singulete a campos bajos Doblete a campos bajos d) Además de otras señales en su espectro de RMN de 1 H, este éter muestra dos señales a campo relativamente bajo. Una es un triplete y la otra es un cuarteto. Cuál éter es? La señales a campo bajo surgen de los protones de los carbonos del grupo C O C; una de estas señales es un cuarteto la cual corresponde a un protón en el carbono que lleva el grupo del metilo. Cuarteto El otro carbono del grupo C O C tiene un hidrógeno cuya señal está dividida en un triplete. Cuarteto Triplete

15 15 Estos datos nos permiten completar la estructura agregando un carbono adicional y el número requerido de hidrógenos de tal manera que las señales de los protones de los carbonos de la unión éter no se encuentran tan alejados; por lo tanto la estructura correcta es el etil propil éter. Cuarteto Triplete El espectro de RMN de 1 H del compuesto A (C 8 H 8 O) consiste en dos singuletes de áreas iguales, en 5.1 ppm (agudo) y 7.2 ppm (ancho). Al tratarlo con bromuro de hidrógeno en exceso, el compuesto A se convierte en un solo dibromuro (C 8 H 8 Br 2 ). El espectro de RMN de 1 H del dibromuro es parecido al de A porque tiene dos singuletes de áreas iguales en 4.7 ppm (agudo) y 7.3 ppm (ancho). Sugiera estructuras razonables para el compuesto A y el dibromuro derivado del mismo. La presencia de una señal en el RMN equivalente a cuatro protones en el aromático en la región de 7.3 ppm indica que el dibromuro contiene un anillo aromático disustituido. Los cuatro protones restantes aparecen como un singulete a 4.7 ppm y con dos metilenos equivalentes se agrupa el tipo ArCH 2 Br. El dibromuro contiene todos los carbonos e hidrógenos y se deriva de él por el tratamiento con bromuro hidrógeno, es probable que el compuesto A es un éter cíclico en que una unidad de CH 2 OCH 2 abarca dos de los carbonos del anillo de benceno. Esto sólo puede ocurrir cuando las posiciones involucradas son la posición orto; por lo que: Compuesto A En la figura se muestra el espectro de RMN 1 H de un compuesto (C 10 H 13 BrO). Cuando el compuesto se calienta con HBr forma bromuro de bencilo y un segundo compuesto C 3 H 6 Br 2. Cuál es el primer compuesto?

16 16 De acuerdo a la fórmula molecular C 10 H 13 BrO se puede calcular un índice de deficiencia de hidrógeno igual a 4. Uno de los productos obtenidos en el tratamiento del compuesto con HBr es el bromuro de bencilo C 6 H 5 CH 2 Br. Así, el compuesto es un bencil éter que tiene la fórmula C 6 H 5 CH 2 OC 3 H 6 Br. El RMN de 1 H incluye una señal a 7.4 ppm para un anillo bencénico monosustituido y un singulete a 4.6 ppm para los protones bencílicos; este singulete aparece a campos bajos porque los protones bencílicos se unen al oxígeno. Los 6 protones restantes aparecen como dos solapamientos de 2 protones de superposición a 3.6 y 3.7 ppm, dos protones a 2.2 ppm, consistente con la unidad OCH 2 CH 2 CH 2 Br. El será compuesto es C 6 H 5 CH 2 OCH 2 CH 2 CH 2 Br Un compuesto es un éter cíclico, de fórmula molecular C 9 H 10 O. Su espectro de RMN de 13 C se muestra en la figura. Por oxidación del compuesto con dicromato de sodio y ácido sulfúrico se obtuvo ácido 1,2-bencenodicarboxílico. Cuál es el compuesto? El índice de deficiencia de hidrógeno es igual a 5, el cual corresponde al compuesto C 9 H 10 O que es desconocido; la presencia de 6 señales a ppm en la región del espectro de RMN de 13 C hace pensar en la presencia de un anillo aromático. Los datos proporcionados orientan a que el compuesto es un éter cíclico, el átomo de oxígeno se encuentra en un segundo anillo unido al anillo del benceno. Con la oxidación del ácido 1,2-bencenodicarboxílico el segundo anillo debe unirse al anillo del benceno por los átomos de carbono. Existen dos estructuras posibles con la información proporcionada; sin embargo, el único compuesto consistente en la presencia de tres CH 2 que se agrupan; por lo que el compuesto es: