Embed Size (px)
Citation preview
HOCH2CH2OH +
O
+ H2O
H2C CH2
O O
C (78%)
C6H5CH2CCH3
CH3 C6H5CH2
Ejemplo
Ácido p-toluensulfónico
benceno
El primer paso es análogo a la hidratación
y da lugar a la formación del hemiacetal
consiste en la adición nucleofílica catalizada
con ácido de un alcohol al grupo C=O
Mecanismo para la formación de acetales
Mecanismo
C O ••
• •
H
H
R
+ O • •
C O ••
H
R
O • •
H
+ • •
Mecanismo
C O ••
H
+
R
H
O • • • •
Mecanismo
C O ••
O • •
H +
•• R
H
O R H
••
••
Mecanismo
+
H
O R H ••
C O ••
O • •
H
••
R
••
Mecanismo
El segundo paso es la conversión del hemiacetal
a un acetal
involucra la química de los carbocationes
Mecanismo de la formación de Acetales
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
O • •
H
•• R
••
H
H
R
+ O • •
H
R
O • • • • C O ••
O
H
••
R
••
H
+
Paso del hemiacetales a acetales
O ••
O
H
•• R
•• +
H
C
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
H
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• +
El carbocatión es estabilizado por medio de la deslocalización del par de electrones del átomo de oxígeno
C O
R
••
+
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
O ••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
+ H O
••
H
R C O ••
R
•• O ••
R
••
Paso del hemiacetales a acetales
C
R R'
O
2 R"OH +
OR"
R R' C
OR"
+ H2O
mecanismo:
Es el inverso de la formación de los acetales;
el intermediario es el hemiacetal
aplicación:
Los aldehídos y las cetonas se pueden
"proteger" como acetales.
Hidrólisis de Acetales
Algunas reacciones de los aldehídos y las cetonas progresan más allá del paso de adición nucleofílica
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
Las reacción de Wittig
Acetales como grupos protectores
La siguiente conversión no se puede llevar a
cabo directamente
CH CH3CCH2CH2C
O
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
1. NaNH2
2. CH3I
Ejemplo
Debido a que el grupo carbonilo y el carbanión son grupos funcionales imcompatibles.
C: CH3CCH2CH2C
O –
1) proteger al C=O
2) alquilar
3) restaurar al C=O
Estrategia
HOCH2CH2OH +
H2C CH2
O O
C
CH3
CH3CCH2CH2C
O
CH
CH2CH2C CH
Ejemplo: Protección
Ácido p-toluensulfónico
benceno
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CH
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
Ejemplo: Alquilación
1. NaNH2
2. CH3I
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
H2O
HCl
HOCH2CH2OH
(96%)
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
+
Ejemplo: Desprotección
Algunas reacciones de los aldehídos y las cetonas progresan más allá del paso de adición nucleofílica
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Reacción con
aminas primarias: Formación de iminas
H2N
R
C O ••
+ • •
• • H
una carbinolamina
C O HN
R
••
••
••
N
R
C + H2O (imina) ••
Formación de Iminas (Bases de Schiff‘s)
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidénmetilamina (70%)
Ejemplo
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidénmetilamina (70%)
CH
OH
NHCH3
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidénisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidénisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
OH
NHCH2CH(CH3)2
Ejemplo
Algunas reacciones de los aldehídos y las cetonas progresan más allá del paso de adición nucleofílica
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
CH3(CH2)5CH + H2NOH
O
CH3(CH2)5CH + H2O
NOH
(81-93%)
Ejemplo
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
H2N NH2 R2C NNH2
hidracina hidrazona
etc.
+ H2NNH2
+ H2O
(73%)
O
C
NNH2
C
Ejemplo
CCH3
O
+ H2NNH
fenilhidracina
+ H2O
CCH3
NNH
una fenilhidrazona (87-91%)
Ejemplo
CH3(CH2)9CCH3
O
H2NNHCNH2
O
+
H2O CH3(CH2)9CCH3
NNHCNH2
O
+
semicarbazida
una semicarbazona (93%)
Ejemplo
Reacción de aminación reductica
Formación de la
Base de Schiff
Reducción de la imina
Algunas reacciones de los aldehídos y las cetonas progresan más allá del paso de adición nucleofílica
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Reacción con aminas
secundarias:
Enaminas
R2NH ••
+ H2O
(enamina)
C ••
R2N
C
Formación de Enaminas
C •• O R2N H
H C
•• •• C O
••
H C
• • +
+
calor
O
N H
A través de
(80-90%)
N
Ejemplo
benceno
Algunas reacciones de los aldehídos y las cetonas progresan más allá del paso de adición nucleofílica
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
La reacción de Wittig
La reacción de Wittig
Es un método sintético para preparar alquenos.
Uno de los reactivos es un aldehído o una cetona.
El otro de los reactivos es un iluro de fósforo
(C6H5)3P C +
A
B
• •
– (C6H5)3P C
A
B
Una propiedad clave de los iluros es que ellos
tienen un átomo de carbono con carga negativa
y en consecuencia pueden actuar como nucleofilos
Distribución de la carga en un iluro
(C6H5)3P C +
A
B
• •
– +
+ C C
R
R'
A
B
(C6H5)3P O +
• •
– ••
••
C O
R
R'
••
••
La reacción de Wittig
+
+ (C6H5)3P O +
• •
– ••
••
(C6H5)3P CH2
+ –
•• O ••
••
CH2
DMSO
(86%)
El dimetil sulfóxido (DMSO) o el tetrahidrofurano (THF) son
los disolventes más utilizados
Ejemplo
Mecanismo
C O
R
R'
••
••
P(C6H5)3
+ C
A
B –
••
O C
C P(C6H5)3
R
R'
B
A
•• • •
Paso 1
Mecanismo
O C
C P(C6H5)3
R
R'
B
A
•• • •
Paso 2
P(C6H5)3 +
– O ••
• •
• •
R' R
A B
C
C
+
Planeando la síntesis de un
alqueno a través de la
síntesis de Wittig
Análisis retrosintético
Siempre hay dos rutas posibles para obtener un alqueno por
medio de la síntesis de Wittig.
Se debe analizar la estructura por retrosíntesis.
Se desconectan los carbonos del doble enlace:
Uno de ellos se convertirá en el aldehído o la cetona;
el otro en el iluro
C C
R
R'
A
B
C6H5CH CH2
HCH
O
+ (C6H5)3P CHC6H5
+ –
••
C6H5CH
O
+ (C6H5)3P CH2
+ –
••
Ambas rutas son aceptables.
Análisis retrosintético para el estireno
Preparación de los iluros
Los iluros se preparan a partir de halogenuros de alquilo a través
de un proceso en dos pasos.
El primer paso consiste en una sustitución nucleofílica.
La trifenilfosfina es el nucleófilo.
(C6H5)3P • • + CH
A
B
X
+ (C6H5)3P CH
A
B
+ X–
En el segundo paso, la sal de fosfonio se trata con una
base fuerte para eliminar un protón del carbono
directamente unido al fósforo
(C6H5)3P C
A
B
+ H
base • • –
(C6H5)3P C
A
B
+ • •
–
H base
Preparación de los iluros
(C6H5)3P C
A
B
+ H
base • • –
(C6H5)3P C
A
B
+ • •
–
H base
Preparación de los iluros
La bases fuertes más usadas incluyen a reactivos
organolitiados (RLi), y a la base conjugada del
dimetilsulfóxido como su sal de sodio [NaCH2S(O)CH3].
Reducción de C=O a CH2
Reducción de Clemmensen
Reducción de Wolff-Kishner
Reducción de C=O a CHOH
adición de reactivos de Grignard y de organolitio
adición de hidruros metálicos
Reacciones de los aldehídos y las cetonas
Clemmensen, E. Ber. 1913, 46, 1837. Clemmensen, E. Ber. 1914, 47, 51. Clemmensen, E. Ber. 1914, 47, 681.
Erik Christian Clemmensen
Reducción de Clemmensen
Reducción de Clemmensen
Nicolai Kishner J. Russ. Chem. Soc. 1911, 43, 582.
Ludwig Wolff (1912). "Chemischen Institut der Universität Jena: Methode
zum Ersatz des Sauerstoffatoms der Ketone und Aldehyde durch
Wasserstoff". Justus Liebigs Annalen der Chemie 394 (1): 86–108.
Reducción de Wolff-Kishner
Huang Minlon (chino tradicional: 黃鳴龍; chino
smplificado: 黄鸣龙; aka Huang Minglong, Huang Ming
Long, Huang Min-lon) (03 julio 1898 - 01 julio 1979), fue
un reconocido químico orgánico chino y un científico
farmaceútico. Huang es considerado como el pionero y
fundador de la industria farmacéutica moderna en China
Adición estereoselectiva a compuestos carbonílicos
La adición nucleofílica a compuestos carbonílicos
en algunas ocasiones de lugar a una mezcla
de productos estereoisomericos
20 %
Ejemplo CH3 H3C
O
80 %
OH
H
CH3 H3C
OH
H
CH3 H3C
NaBH4
H3B—H –
Hay impedimento estérico hacia la
aproximación del reactivo
La dirección preferida de la
aproximación es por la cara menos
impedida (inferior) del grupo carbonilo
Este grupo metilo impide
la aproximación del
nucleófilo por arriba
Las reducciones biológicas presentan una
estereoselectividad alta
ácido pirúvico ácido S-(+)-lactico
O
CH3CCO2H NADH
H+
La enzima es la lactato deshidrogenasa
CO2H
HO H
CH3
Interacción sustrato-receptor
Una de las caras del
sustrato se puede unir a
la enzima (receptor) de
una mejor manera que
la otra cara
El cambio en la geometría
de trigonal a tetragonal es
estereoselectiva. La
formación del enlace se lleva
a cabo preferentemente más
en un lado que en el otro.
Interacción sustrato-receptor
en solución acuosa
RCH RCH RCOH
O OH
OH
H2O O
Oxidación de aldehídos
K2Cr2O7
H2SO4
H2O
O
O
CH
O
O
COH
(75%)
A través de
O
OH
CH
OH
Ejemplo
Oxidación de Baeyer-Villiger
de cetonas
La oxidación de cetonas con peroxiácidos
da lugar a ésteres por medio de un reordenamiento
R"COOH
O
RCR'
O
+ R"COH
O
+
Cetona Éster
ROCR'
O
En general
C6H5COOH
O
(67%)
La inserción del oxígeno se lleva a cabo entre el carbono del grupo carbonilo y el grupo más grande. Las metilcetonas dan ésteres acetato
CHCl3
Ejemplo
CCH3
O
OCCH3
O
C6H5COOH
O
(66%)
La reacción es estereoespecífica. La inserción del oxígeno se lleva a
cabo con retención de la configuración.
CHCl3
Estereoquímica
O
CCH3 H3C
H H
OCCH3
O
H3C
H H
R"COOH
O
RCR'
O
+ ROCR'
O
R"COH
O
+
El primer paso es la
adición nucleofílica del
peroxiácido al grupo carbonilo
de la cetona
O
O
C
O H
R R'
OCR"
Mecanismo
R"COOH
O
RCR'
O
+ ROCR'
O
R"COH
O
+
O
O
C
O H
R R'
OCR"
El segundo paso consiste en la
migración del grupo R del
carbono al oxígeno. El enlace
débil O—O se rompe en este
paso.
Mecanismo
Ciertas bacterias usan a los hidrocarburos como una fuente de
carbon. La oxidación procede a través de cetonas, las cuales
experimentan una oxidación tipo Baeyer-Villiger.
Oxidación biológica tipo Baeyer-Villliger
O Oxidación
bacterial
O
O
O2.
coenzimas
ciclohexanona
monooxigenasa
Análisis espectroscópico de
Aldehídos y cetonas
La presencia de un grupo C=O se identifica con
facilidad en el espectro de infrarrojo
El alargamiento del enlace C=O da lugar a una
absorción intensa en el intervalo 1710-1750 cm-1
Además de la señal del grupo C=O, los aldehídos
dan lugar a dos señales débiles cercanas a 2720 y a
2820 nm para el enlace H—C=O
Espectroscopía de Infrarrojo
2000 3500 3000 2500 1000 1500 500
Número de onda, cm-1
Espectro de Infrarrojo del Butanal
C=O
CH3CH2CH2CH=O
H—C=O
2720 cm-1
2820 cm-1
1720 cm-1
Aldehídos: El protón del H—C=O esta muy desprotegido y se encuentra a campo muy bajo ( 9 a 10 ppm).
Metil cetonas: CH3 aparece como un singulete cercano a 2 ppm.
RMN 1H
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
Desplazamiento químico (, ppm)
H C
O
CH(CH3)2
Espectro de RMN 1H del 2-metilpropanal
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
CH3 C
O
CH3CH2
Desplazamiento químico (, ppm)
Espectro de RMN 1H
de la 2-butanona
El carbono del grupo carbonilo se encuentra a
campo muy bajo, cercano a 200 ppm
La intensidada de la señal del carbono del
grupo carbonilo es usualmente débil (carbono
ipso)
RMN 13C
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
CH3CH2CCH2CH2CH2CH3
O
Desplazamiento químico (, ppm)
Espectro de RMN 13C de la 3-heptanona
Los aldehídos y las cetonas tienen dos bandas en la
región de UV:
* y n*
*: excitación de un electrón de enlace hacia
un orbital de antienlace *
*: excitación de un electrón de no enlace en el
oxígeno hacia un orbital de antienlace *
UV-VIS
H3C
H3C
C O ••
• •
* max 187 nm
n* max 270 nm
UV-VIS
El ion molecular se fragmenta para dar un catión acilo
m/z 86
+
m/z 57
CH2CH3 •
CH3CH2CCH2CH3
•+ O • •
CH3CH2C O • • +
Espectrometría de Masas
