DERIVADOS DE ACIDOS. Química Orgánica I. Dra. Ana M. Bruno

Transcripción

1 DEIVADS DE ACIDS Química rgánica I Dra. Ana M. Bruno Año 2015

2 DEIVADS DE ACIDS CABXÍLICS Son aquellos compuestos que por hidrólisis generan un ácido carboxílico N Nitrilos 2 alogenuros de ácido X 2 N 2 2 N ' '' Amidas 2 2 Esteres ' Anhídridos de ácido

3 AGENTES ACILANTES Son compuestos capaces de reaccionar fácilmente con compuestos nucleofílicos ( 2,, Ar, S, N 3, Aminas primarias, secundarias) sustituyendo un por un resto ACIL - esto Acilo Los agentes de acilación clásicos son los cloruros de ácido, los anhídridos y los ésteres (según orden decreciente de reactividad) ecordemos que la acilación de Friedel-Craft es un caso particular de acilación

4 N Nitrilos 2 alogenuros de ácido X 2 N 2 2 N ' '' Amidas 2 2 Esteres ' Anhídridos de ácido

5 Cómo se nombran los restos acilo? Cambia terminación IC (del ácido) por IL Ácido etanoico ó ácido acético esto etanoílo ó acetilo C esto benzoílo N CNFUNDI C CN C 2 (esto bencilo)

6 NMENCLATUA DE LS DEIVADS DE ACID alogenuros de ácido: CX alogenuro + identificar el grupo acilo (deriva del nombre del ácido)+ ilo Cl Cloruro de acetilo Cloruro de etanoílo Br Bromuro de benzoílo Anhídridos de ácido: C 2 C Simétricos ( y iguales; de ácidos dicarboxílicos) cambiando la palabra ácido por anhídrido Anhídrido acético Anhídrido benzoico

7 Anhídrido succínico Anhídrido butanodioco Anhídrido ftálico Anhídrido 1,2-benceno dicarboxílico Asimétrico: (mixtos) Anhídrido + el nombre original de cada ácido Anhídrido acético propanoico Anhídrido acético fórmico

8 Amidas: CN Se elimina la palabra ácido, reemplazo ico por amida, o terminación carboxílico por carboxamida Acetamida N 2 N 2 ciclopentanocarboxamida Cuando el N está sustituido: sustituyentes precedidos por la letra N- N N N-fenilacetamida (acetanilida) N,N-dimetilbenzamida

9 Lactamas (amidas cíclicas) b g a N g-butirolactama 2-aza-ciclopentanona 2-pirrolidona Esteres: C CN N S b-lactama Penicilina C 2 Individualizo el ácido y grupo alquilo unido al oxigeno ico carboxílico ato carboxilato + de + grupo alquilo Acetato de etilo ciclohexanocarboxilato de terbutilo

10 Benzoato de ter-butilo Benzoato de t-butilo C ciclopentanocarboxilato de fenilo En algunos casos conviene nombrar al resto acetoxi como sustituyente 2-acetoxiciclohexanona

11 Lactonas (ésteres cíclicos) b g a g-butirolactona 2-oxa-ciclopentanona Derivado del furano (dihidrofuranona) 5-hidroxi-4-metilfuran-2(5-)-ona Nitrilos: CN Se elimina la palabra ácido, reemplazo ico por nitrilo, o terminación carboxílico por carbonitrilos C 3 C 2 C 2 CN CN CN butanonitrilo benzonitrilo ciclohexanocarbonitrilo

12 NMENCLATUA DE LS DEIVADS DE ACID GUP FUNCINAL ESTUCTUA TEMINACIN Ácido Carboxílico Ácido - ico alogenuro de ácido X alogenuro de -ilo Anhídrido de ácido Anhidrido Amida N 2 -amida (carboxamida) Esteres ' -ato de (carboxilato) Nitrilo C N -onitrilo (carbonitrilo)

13 SUSTITUCIÓN NUCLEFÍLICA EN EL ACIL Todos estos agentes acilantes actúan por un mismo mecanismo Los grupos carbonilos son electrófilos y potencialmente pueden ser atacados por nucleófilos ' () + :Nu C Nu sp 2 ' () - + C Nu ' () Adición ALDEÍD CETNA + NUCLEÓFIL INTEMEDIAI TETAÉDIC ALCL C = Nu

14 MECANISM GENEAL DE LA SUSTITUCIÓN NUCLEFÍLICA EN EL ACIL Adición - L : -Cl ; -C; - ; -N 2 Intermediario tetraédrico Eliminación Nucleófugo (grupo saliente) Se generó un compuesto carbonílico

15 Diferencia en el comportamiento grupo saliente N ES un grupo saliente derivado de ácido aldehído cetona Adición + Eliminación = Sustitución SN 2 : ocurre en un paso, ataque lateral al grupo saliente SN en el acilo comprende dos pasos y un intermediario tetraédrico

16 EACTIVIDAD ELATIVA DE LS DEIVADS DE ACIDS CABXILICS 1 Etapa: Adición (etapa limitante de la velocidad) 2 Etapa: Eliminación 1 Etapa: Adición Cualquier factor que facilite el ataque al grupo carbonilo por el nucleófilo favorecerá la reacción: Factores Estéricos Factores Electrónicos

17 Factores Estéricos Los grupos carbonilos sin impedimento, accesibles, reaccionan con nucleófilo más rápido que los grupos con obstáculos estéricos C C < C C < C C < C C MENS EACTIV EACTIVIDAD MÁS EACTIV A mayor impedimento estérico menor reactividad

18 Factores electrónicos Los derivados de ácido fuertemente polarizados reaccionan con mayor facilidad (Efecto Inductivo y Mesomérico estabilizando o desestabilizando el producto de partida o el intermediario) En cloruros de acilo - Cl - Cl + Nu - No contribuyente Cl Nu Fuerte efecto inductivo, activa al grupo carbonilo, estabiliza al intermediario

19 En ésteres y amidas: N N 2 Predomina el efecto mesomérico: producto de partida estabilizado Compuestos aromáticos < Compuestos alifáticos L - L - L - L + + Sustrato estabilizado +

20 2 Etapa: Eliminación Capacidad del grupo saliente Carácter básico del nucleófugo: Cl - < C - < - < - N 2 Carácter de buen grupo saliente: Cl - > C - > - > - N 2 Y los ácidos son agentes acilantes?? No, ya que el grupo es muy básico y resulta un mal grupo saliente. La reacción de un ácido con alcohol para producir un éster, tiene características mecanísticas propias. (Esterificación de Fischer)

21 X > > ' > N 2 MÁS EACTIV EACTIVIDAD MENS EACTIV Consecuencias: Es posible transformar un derivado de ácido más reactivo en otro menos reactivo Sólo los ésteres y las amidas se hallan en la naturaleza

22 Es posible transformar un derivado de ácido más reactivo en otro menos reactivo Más reactivo X haluros de ácido ' anhidridos de ácido ' éster N 2 Menos reactivo amida

23 Clases de sustituciones nucleofílicas de acilo 1. idrólisis 2. Alcohólisis 3. Aminólisis 4. educción 5. eacción de Grignard Acilación del alcohol ' Alcohólisis Acilación de amoníaco ó aminas N 2 Aminólisis N 3 Sigue el proceso (alcohol) educción ' X Derivado de ácido [ - ] 2 'MgX Acilación del agua idrólisis ' eacción de Grignard Sigue el proceso

24 CLUS DE ACID Síntesis: Cl 2 S Cl + Cl + S 2 Aislamiento y purificación por destilación al vacío, los de alto PM se descomponen al destilarlos. Cl 2 S puede reemplazarse por Cl 5 P, PCl 3. Limitaciones: Presencia de otros grupos funcionales en la misma molécula que son incompatibles pues también se cloran (- alcohólico). Incompatibilidad funcional: El cloruro de ácido se obtiene pero reacciona posteriormente C Cl2 S 0 C CCl calor Ácido salicílico autoacilación

25 Cloruros de ácido Deben ser protegidos de la humedad (reaccionan rápidamente con agua) Solventes apróticos (benceno, cloroformo, dioxano) Mecanismo La acilación de un alcohol es enérgica y se desprende Cl La acilación de un fenol es débil, se facilita utilizando fenóxido (mejor Nu) Si = (hidrólisis) Si = alquilo (alcohólisis) Base: piridina, Na

26 ACÓLISIS SELECTIVA C 2 + C 3 CCl Piridina C 2 CC 3 + N Cl - rden de reactividad de alcoholes: 1 > 2 > 3 Con Fenoles: La reacción es más lenta. Se acelera en medio alcalino. - Na + Naac

27 Cloruros de ácido CCl Cl N' + ' N 2 En la aminólisis: eactivo: N 3, N 2, N La liberación de Cl es un inconveniente. Se usa NaC 3, K 2 C 3 (medio acuoso) o Et 3 N, Piridina (medio no acuoso) 3 C 3 C C Cl + N Nasn 3 C 3 C C N + NaCl 3 C 3 C Trimetocina (sedante) Cl N N 2 N N Cl

28 Cloruros de ácido Acilación de Friedel-Craft + CCl E + : C + Ion acilio Cl 3 Al SEA =C

29 Cloruros de ácido educción con idruros Aldehído no aislable Con LiAl[C(C 3 ) 3 ] 3 Alcohol Aldehído Cl C Cl 1-4 LiAl C Cl - Aldehído no aislable eacción con Grignard Cetona No aislable Alcohol 3 eactivo de Gilman No reacciona con ácidos, ésteres Anhidridos, amidas Cl + ' 2 CuLi ' Cetona

30 ANÍDIDS DE ÁCID Síntesis Industrial: 200 C C C + (C 3 C) C Síntesis Laboratorio: Cl + ' Na SN ' Carece de sentido práctico Demuestra inequívocamente la estructura del anhídrido Se emplea para obtener anhídridos mixtos del ácido carbónico

31 ANÍDIDS DE ÁCID N 2 Aminólisis 2 Alcohol 1 '' Alcohólisis N 3 [ - ] '' C' [ - ] educción 2 / AlCl 3 C idrólisis

32 ANÍDIDS DE ÁCID Son agentes acilantes más débiles que los cloruros de acilo, de utilización muy práctica: 1. Un exceso de anhídrido constituye un excelente solvente polar de compuestos poco solubles en solventes apróticos 2. Liberan un ácido carboxílico, que no bloquea totalmente la reactividad como Nu de las aminas, ya que se establece un equilibrio: + '-N 2-3 N-' ace innecesario utilizar fijadores de ácido 3. No es necesario operar dentro de una campana (No se libera Cl), no es tan crítica la protección de la humedad. 4. La aminólisis es más fácil que la alcohólisis y puede lograrse acilación selectiva.

33 mayor carácter nucleofílico N 2 Na sn + N + - Anhídrido acético Acilación selectiva Síntesis de Aspirina C C + + +

34 ÉSTEES Son de gran importancia biológica ya que se encuentran en las grasas: glicéridos Son responsables de aromas de flores y frutos Esencias naturales Butanoato de metilo (ananá) Acetato de isoamilo (bananas, olor y sabor) Isovalerianato de isoamilo (manzanas, olor y sabor) Propionato de isobutilo (olor a ron) Acetato de octilo (naranja, pulpa) Antranilato de metilo (azahar) Acetato de bencilo (durazno) Acetato de n-propilo (peras) Butirato de metilo (manzana) Fenilacetato de etilo (miel) C 2 C 2 C(C 3 ) 2 C 3 Son buenos solventes (Acetato de Etilo) Son plastificantes, para conservar los polímeros y evitar que se vuelvan quebradizos Ftalato dibutílico

35 ÉSTEES Síntesis: Conversión de C mediante reacción de esterificación + + C 3 C Por reacción SN 2 entre un carboxilato y halogenuro de alquilo C 3 C 2 C 2 C - Na + + C 3 I SN 2 C 3 C 2 C 2 CC 3 + NaI 97 % Br Bromuro de fenacilo (2-bromo-1-feniletanona) Ester fenacílico

36 ÉSTEES CM AGENTES ACILANTES Son los acilantes más débiles pero más selectivos: reaccionan lentamente con los nucleófilos más fuertes, particularmente, N 3, aminas alifáticas primarias CEt + '-N 2 CN' + Et Se usan los ésteres etílicos o metílicos que son los más fáciles de obtener por esterificación y son los más reactivos (grupo saliente: un alcohol no interfieren en la reacción y son fáciles de eliminar). La destilación del alcohol puede servir para acelerar y completar las reacciones de acilación de aminas poco reactivas. Los ésteres reaccionan frente a un exceso de otro alcohol, por catálisis ácida, intercambiando el resto acilo (proceso de alcohólisis). eacción útil para la obtención de ésteres de alcoholes de elevado n de carbonos. Analgésico de uso externo

37 IDÓLISIS a- ácida (inversa de la esterificación) b- alcalina (saponificación) C ' - C ' - ' sal alcohol La adición nucleofílica de un ion hidróxido al grupo éster da el intermediario usual: alcóxido tetraédrico. La eliminación del ión alcóxido genera el ácido carboxílico. El ion alcóxido extrae el protón acídico del ácido carboxílico y produce un ion carboxilato. La protonación del ion carboxilato por adición de un ácido mineral acuoso en una etapa de separación produce el ácido carboxílico libre. + Ácido Qué pasa si produce la hidrólisis alcalina de una lactona?

38 EDUCCIÓN DE ESTEES Se obtienen alcoholes 1. a- idrogenación catalítica. idrogenólisis Método industrial Cromito de cobre (catalizador) C' Cu.CuCr C Atm C 2 + ' b- educción química C 3 (C 2 ) 7 C=C(C 2 ) 7 CC 3 oleato de metilo 1- LiAl 4 /éter anhidro C 3 (C 2 ) 7 C=C(C 2 ) 7 C 2 (reducción selectiva)

39 1- LiAl 4 /éter anhidro C 2 C 2 C 2 C()C 3 diol éster cíclico Con condiciones suaves de reducción obtención de aldehídos idruro de diisobutilaluminio (C 3 C(C 3 )C 2 ) 2 Al DIBAL C 3 C(C 3 )CC 2 C metilpropanoato de etilo (C 3 C(C 3 )C 2 ) 2 Al hidruro bis(2-metilpropil)aluminio DIBAL 1- Tolueno, -60 C 2- +, 2 C 3 C(C 3 )C

40 eacción con organometálicos Con reactivo de Grignard (utilizando dos equivalentes) se convierten en alcoholes 3 SN AN ALCL 3 CC 3 Br y (C 6 5 ) 3 C? Condensación de Claisen de esteres con a

41 Anhídridos Mixtos derivados de ácido carbónico Forma práctica de obtener una amida cuando sólo se dispone del ácido Especialmente indicada para la obtención de amidas de biomoléculas (péptidos, penicilinas semi-sintéticas) o fármacos cuya estructura molecular es de alta complejidad La amina a acilar es inestable térmicamente -C + (C 2 5 ) 3 N Cl 3 C -C - + N(C 2 5 ) 3 -C - + N(C 2 5 ) 3 + Cl-CEt 0 C Anhídrido Mixto No aislable + 'N 2 -CN' + C 2 + Et

42 C N Et 2 NC N Formación de amida a través de anhídrido mixto N N Ácido lisérgico LSD Alucinaciones, Convulsiones,Delirio, Epilepsia y Muerte Dosis efectiva oral: 0,05 mg

43 AMIDAS Alto PE por formación de Puentes de hidrógeno N C N C Polaridad debido a la resonancia del grupo carboxamida que determina rotación restringida parcialmente de la unión C-N - C N 2 C N Soluble en agua y solventes orgánicos Alto poder solvente: se emplea formamida, DMF y DMA C C C 3 N C 3 3 C C N C 3 N 2 3 C

44 Tautomería Migración de un como protón y corrimiento de un doble enlace C N 2 C N Forma amida Forma imidica Síntesis de Amidas 1- No se pueden obtener por SN del acilo de un ácido, ya que se obtiene la sal de amonio C 2 N' C SAL DE AMNI - 3 N + ' 2- Pirólisis de la sal de amonio C D C 3- A través de anhídridos mixtos - N 4 + N 2

45 AMIDAS son mucho menos reactivas que los otros derivados de ácido sirven como la unidad básica a partir de la cual se forman las proteínas la condiciones de hidrólisis deben ser más severas que para los otros derivados Ácidas: ácido + N 3 ( adición nucleofílica del agua a la amida protonada con pérdida de N 3 Básicas: carboxilato + amina (adición nucleofilica del ión hidróxido al grupo carbonilo con la eliminación del ión N 2 - educción: se obtienen aminas idruro de Litio y Aluminio en éter/ luego agua **Carácter básico disminuido con respecto a la aminas. Con ácidos fuertes se protona en el. Comportamiento como ácido: son ácidos débiles. eaccionan con bases fuertes. Basandose en esta propiedad puede alquilarse en el N Las amidas no sust. por deshidratación originan nitrilos (método de obtención de nitrilo) Degradación de offman:se obtienen aminas con un C menos por la acción de Br 2 en Na

46 AMIDAS El grupo amida es planar.. N.. N 1 par de electrones libres en un orbital p buen solapamiento con el grupo carbonilo.. N - + N deslocalización del par de electrones del N en el sistema **Esta deslocalización resulta en una menor basicidad. Por esta razón las amidas no se protonan en el nitrógeno

47 Las amidas no se protonan en el nitrógeno Cuando se protona el N hay una carga positiva en ese átomo.. N -A X N + El grupo carbonilo adyacente cuyo C es electrodeficiente, hace que no sea energéticamente favorable.

48 La protonación ocurre en el.... N -A + A -.. N A - + N Estabilizandose por resonancia el catión generado Estas flechas enfatizan la contribución del par de electrones libres del N. Si la amida se protonara en el N lo electrones no podrían deslocalizarse sobre el. Los electrones puede deslocalizarse formando un catión más estable cuando se protona el

49 AMIDINAS Son bases más fuertes que las amidas.. La protonación ocurre en el N sp 2 sp 2 N +.. N N 2 sp 3 N GUANIDINAS: + catión amidinio Son bases muy fuertes, son tan básicas como el Na!!!.. 2 N.. La protonación ocurre en el N sp 2 + N.. N + 2 N N 2 + catión guanidinio N

50 NITILS SINTESIS a) A partir de derivados halogenados y cianuros de metales alcalinos (SN 2 ) -X + NaCN -CN Puedo usar derivado halogenado arílico?? b) Deshidratación de amidas primarias no sustituidas (método general) deshidratantes: Cl 2 S, Cl 3 P, P 2 5, Ac 2 P 2 5 N 2 -CN Propiedades: 2 La reactividad es parecida a los compuestos carbonílicos El grupo nitrilo está polarizado y el carbono es netamente electrofílico y susceptible de ser atacado por reactivos nucleofílicos dando reacciones de adición.

51 NITILS 1- idrólisis Ácido 2- educción: idruro de Litio y Aluminio (amina primaria) DIBAL (aldehído) C N + 4 LiAl C 2 N 2 3- eactivo de Grignard (cetona) luego C N + 'MgI hidrólisis '

52 I

53 Esteres

54 Anhidridos

55 AMIDAS