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CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
REACCIONES DE
ALCOHOLES
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HTipos de Reacciones de
Alcoholes
• Deshidración a un alqueno
• Oxidación a un aldehído o cetona
• Sustitución para formar un halogenuro
de alquilo
• Reducción a un alcano
• Esterificación (carboxilatos, tosilatos)
• Síntesis de éteres de Williamson
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
=>
Tipos de reacciones de alcoholes
tipo de reacción Producto
deshidratación
oxidación
sustitución
reducción
esterificación
esterificación
Formar un alcóxido
alquenos
cetonas. aldehídos
ácidos
halogenuros
alcanos
ésteres
carboxilato
ésteres
tosilato
éteres
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Estados de Oxidación
• Es fácil para sales inorgánicas
CrO42- es reducido a Cr2O3
KMnO4 es reducido a MnO2
• Oxidación: pérdida de H2, ganancia de O, O2, o
X2
• Reducción: ganancia de H2 o H-, pérdida de O,
O2, o X2
• Ningún cambio: ganancia o pérdida H+, H2O,
HX
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
OXIDACIÓN
REDUCCIÓN
alcano alcohol primario aldehido ácido carboxílico
alcano
alcano
alcohol secundario cetona
alcohol terciario
sin enlaces con O
sin enlaces con O
sin enlaces con O
un enlace con O
un enlace con O
un enlace con O
dos enlaces con O
dos enlaces con O
tres enlaces con O
(ya no se
puede oxidar)
(es usual que ya no se presente
oxidación)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HOxidación de alcoholes 2°
• Un alcohol 2° se convierte en una cetona
• El reactivo es Na2Cr2O7/H2SO4
• El reactivo activo es probable que sea H2CrO4
• Cambio de Color : anaranjado a verde azulado
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
ALCOHOL
SECUNDARIO
CICLOHEXANOL
CETONA
CICLOHEXANONA
(90%)
Oxidación con el reactivo de Jones
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
CH3CHCH2CH3
OHNa2Cr2O7 / H2SO4
CH3CCH2CH3
O
BUTANONA ALCOHOL sec-BUTÍLICO
2-BUTANOL
Oxidación con el reactivo de Jones
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HOxidación con el reactivo de Jones
Formación del éster cromato
Eliminación del ácido cromoso y oxidación del carbono del carbinol
ALCOHOL ÉSTER CROMATO ÁCIDO CRÓMICO
ÉSTER CROMATO
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HOxidación de alcoholes 1°
• Un alcohol 1° se puede convertir en un
aldehído o en un ácido carboxílico
• Es difícil detener la reacción en el aldehído
• Se usa clorocromato de piridinio (PCC) para
limitar la oxidación
• PCC también se puede usar para oxidar
alcoholes 2° a cetonas
CH3CH2CH2CH2
OH N H CrO3Cl
CH3CH2CH2CH
O
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
ALDEHÍDO
ALCOHOL PRIMARIO
1-HEPTANOL HEPTANAL (78%)
Oxidación de alcoholes 1°
Clorocromato de piridinio
CrO3 piridina HCl (PCC)
CrO3 piridina HCl (PCC)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
CICLOHEXILMETANOL ÁCIDO CICLOHEXANOCARBOXÍLICO
(92%)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HLos alcoholes 3° no se oxidan
• NO pueden perder 2 Hidrógenos
• Esta es la base para la prueba del´ácido crómico
RESUMEN DE REACCIONES DE ALCOHOLES
PARA OXIDAR PRODUCTO REACTIVO
Alcohol 2º.
Alcohol 1º.
Alcohol 1º.
Cetona
Aldehído
Ácido carboxílico
Ácido crómico (ó PCC)
PCC
Ácido crómico
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Otros agentes oxidantes
• Reactivo de Collins : Cr2O3 en piridina
• Reactivo de Jones: ácido crómico en acetona
• KMnO4 (oxidante fuerte)
• Ácido Nítrico HNO3 (oxidante fuerte)
• CuO, 300°C (deshidrogenación industrial)
• Oxidación de Swern: dimetilsulfóxido, con
cloruro de oxalilo y una base impedida, oxida
alcoholes 2os. a cetonas y a los alcoholes 1os. a
aldehídos.
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HOxidación de Swern
ALCOHOL
DMSO
DIMETIL-
SULFÓXIDO
CLORURO
DE
OXALILO ALDEHÍDO
O CETONA
SULFURO DE
DIMETILO
CICLOPENTANONA
(90%)
CICLOPENTANOL
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HOxidaciones Biológicas
• Catalizadas por ADH, la alcohol deshidrogenasa.
• El agente oxidante es la NAD+, el dinucleótido de la nicotinamida adenina.
• El etanol se oxida a acetaldehído, luego a ácido acético, un metabolito normal.
• El metanol se oxida a formaldehído, luego a ácido fórmico, el cual es más tóxico que el metanol.
• El etilénglicol se oxida a ácido oxálico, que es tóxico.
• El tratamiento para el envenenamiento es utilizar un exceso de etanol.
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
ETANOL
FORMA
REDUCIDA NAD+
forma oxidada
NADH forma reducida
NADH
NAD+
AZÚCAR
AZÚCAR
AZÚCAR
AZÚCAR
ADH
ADH = alcohol deshidrogenasa
ALDH = aldehído deshidrogenasa
ALDH
ACETALDEHÍDO
FORMA
OXIDADA
ÁCIDO ACÉTICO
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HUn alcohol como un Nucleófilo
• El ROH es un nucleófilo débil
• El RO- es un nucleófilo fuerte
• Se forma un nuevo enlace O-C, y se rompe un enlace O-H
CO
H
R X
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HAlcohol como un Electrófilo
• El OH- no es un buen grupo saliente.
• Si éste está protonado, la mayoría de los nucleófilos son
bases fuertes que podrían remover al H+.
Grupo saliente
débil
Buen grupo
saliente
ó
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HAlcohol como un Electrófilo
Reacción SN2
Se forma el enlace C-Nuc,
Se rompe el enlace C-O
H NuH
H
O + O
H
HH
Nu
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
• Si se convierte en un tosilato (un muy buen grupo
saliente) si puede reaccionar con un nucleófilo fuerte
(base)
Alcohol como un Electrófilo
CH3
S
O
OO
C
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
ETANOL
Tosilato de alquilo, ROTs
Un éster p-
toluénsulfonato
TsOH
Ácido p-toluensulfónico
Formacíon del éster tosilato
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HFormacíon del éster tosilato
Cloruro de p-toluenesulfonilo
TsCl, “cloruro de tosilo”
CO
H
CH3
S
Cl
OO N
CH3
S OO
OH
C
CH3
S
O
OO
C
ROTs,
Un éster tosilato
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HREACCIONES DE LOS ÉSTERES TOSILATOS
Ó ELIMINACIÓN
SUSTITUCIÓN
piridina (sustitución)
(eliminación)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HReacciones SN2 de Tosilatos
• Con un ion hidróxido produce un alcohol
• Con un ion cianuro produce un nitrilo
• Con un ion haluro produce un haluro de
alquilo
• Con un ion alcóxido produce un éter
• Con amoniaco produce una sal de amina
• Con LiAlH4 produce un alcano
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Resumen de las
reacciones de
los tosilatos
DEALQUILO
R OTs + O R' R O R' + OTs
ALCÓXIDO
R OTs + O R' R O + OTs
ALCÓXIDO ÉTER
NH3R OTs + R NH3 OTs
AMONIACO SAL DE AMINA
LiAlH4
DOBLE DE
LITIO Y
ALUMINIO
R OTs + O H R O H + OTs
HIDRÓXIDO ALCOHOL
R OTs + C N R C N + OTs
CIANURO NITRILO
R OTs + Br R Br + OTs
BROMURO BROMURO
R OTs + R H + OTs
HIDRURO ALCANO
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Transformación en alcanos
• Primero se deshidratan con H2SO4
concentrado y luego se adiciona H2
ALCOHOL
ALCOHOL
ALQUENO
TOSILATO
ALCANO
ALCANO
• Primero se tosilan, y luego se reducen con LiAlH4
Hay dos métodos
H3C CH
OH
CH3
H2SO4CH CH3H2C
H2CH CH3
HH
H2CPt
TsCl
H3C CH
OH
CH3 CH CH3
O Ts
H3C
LiAlH4CH CH3
H
H3C
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HReacción con HBr
• -OH del alcohol se protona
• -OH2+ es un buen grupo saliente
• Los alcoholes 3os y 2os reaccionan con
Br- a través de un mecanismo SN1
• Los alcoholes 1os reaccionan a través de
un mecanismo SN2
R O HH3O Br
R O H
H
BrRBr O H
H
+
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Alcohol 3º, reacciona a través de un
mecanismo SN1
Protonación y pérdida
del grupo hidroxilo Ataque del ion bromuro
ALCOHOL
ter-BUTÍLICO
ALCOHOL
PROTONADO
CARBOCATIÓN
TERCIARIO BROMURO DE
ter-BUTÍLO
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Alcohol 1º, reacciona a través de un
mecanismo SN2
Protonación del alcohol Desplazamiento por el ion bromuro
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Reacción con HCl
Prueba de Lucas
• El cloruro es un nucleófilo más débil que el
bromuro.
• Se adiciona ZnCl2, el cual forma enlaces
fuertes con el -OH, para promover la
reacción.
• El cloruro de alquilo correspondiente es
insoluble en el medio de reacción.
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Prueba de Lucas: ZnCl2 en HCl concentrado.
• Los alcoholes 1os. reaccionan lentamente (o de
plano no reaccionan).
• Los alcoholes 2os. reaccionan de 1 a 5 minutos.
• Los alcoholes 3os. reaccionan en menos de 1
minuto.
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HLimitaciones de las reacciones con HX
• No reacciona el HI
• Se obtienen los cloruros de alquilo 1os y 2os con bajos rendimientos
• Se puede obtener un alqueno (reacción de eliminación) en lugar de un halogenuro de alquilo (reacción de sustitución)
• Sin se forma como intermediario un carbocatión, se pueden presentar rearreglos
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HReacciones con halogenuros de
fósforo
• Buenos rendimientos con alcoholes 1os y 2os
• Se utiliza PCl3 para obtener cloruro de alquilo
(pero es mejor el SOCl2)
• Se utiliza PBr3 para obtener bromuro de alquilo
• Se utilizan P and I2 para obtener yoduro de
alquilo (el PI3 no es estable)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HMecanismo para la reacción con PBr3
Paso 1: Desplazamiento del ion bromuro
Paso 2: Reacción tipo SN2 sobre el grupo alquilo
Grupo saliente
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
• P forma un enlace fuerte con el -OH
cuando se sustituye por el Br-
• El Br- ataca al carbono del grupo
alquilo por el lado posterior al ser un
mecanismo concertado (SN2)
• Se genera HOPBr2
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HReacción con el cloruro de tionilo
• Los subproductos son un cloruro de alquilo, SO2 y HCl
• El átomo de S forma enlace con -OH, y sale el Cl-
• El Cl- abstrae H+ del OH
• Se rompe el enlace C-O conforme se forma el enlace Cl-C
calor
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HMecanismo para la reacción con
el cloruro de tionilo
cloruro de
tionilo
Éster
clorosulfito
Éster
clorosulfito Par ionico Cloruro
de alquilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Reacciones de Deshidratación
• El H2SO4 concentrado produce un alqueno
• Se forma como intermediario un carbocatión
• Se forma un producto Saytzeff
• Una deshidratación bimolecular produce un éter (Paracelso ya lo había reportado)
• Control de la temperatura:
• A baja temperatura, 140°C (o menor), se favorece el éter
• A alta temperatura, 180°C (o superior) y más arriba, se favorece el alqueno
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HMecanismo de la reacción de
deshidratación
protonación pérdida de
agua desprotonación ALQUENO
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HEjemplo del mecanismo de la
reacción de deshidratación
CH3CHCH3
OHH2SO4
alcohol
CH3CHCH3
OH
H
CH3CHCH3
CH2 CHCH3H2O
CH3OH
H3O+
CH3OH CH3 OH2 CH3 O
H
CH3
H2OCH3OCH3
Alcohol
isopropílico
propeno
180 ºC
140 ºC
dimetiléter
Alcohol
metílico
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HDiagrama de Energía, E1
Paso determinante de la
rapidez: formación del
carbocatión
en
erg
ía
Coordenada de reacción
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HReacciones características de dioles
• Rearreglo pinacólico
• Ruptura con ácido peryódico
• OBTENCIÓN DE COMPUESTOS
CARBONÍLICOS:
R C O
H
ALDEHÍDO CETONA
R C O
R'
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HRearreglo pinacólico
pinacol
(2,3-dimetil-2,3-butanodiol)
pinacolona
(3,3-dimetil-2-butanona)
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Mecanismo del rearreglo
pinacólico
~CH3
(migración
del metilo)
carbocatión estabilizado por resonancia
carbocatión estabilizado por resonancia pinacolona
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
•Ruptura con ácido peryódico
ALQUENO GLICOL CETONAS Y ALDEHÍDOS
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HRuptura de glicoles con ácido
peryódico
Se forman los mismos productos que en la ozonólisis
del alqueno correspondiente
CH3 C
H
OH OH
CH3
C CH3
HIO4
CH3 CH
O+ C
OCH3
CH3
C C
H3C
H CH3
CH3
OsO4
H2O2
O3
(CH3)2S
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HEsterificación
• Fischer: alcohol + ácido carboxílico
• Ésteres Tosilato
• Ésteres Sulfato
• Ésteres Nitrato
• Ésteres fosfato
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HFischer: alcohol + ácido carboxílico
alcohol ácido carboxílico éster agua
agua acetato de isopropilo ácido acético
Ejemplo
alcohol
isoamílico
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HEsterificación de Fischer
• Ácido + Alcohol produce Éster + agua
• El ácido sulfúrico es un catalizador
• Cada uno de los pasos elementales es reversible.
CH3 C OH
O
+ CH2CH2CHCH3
CH3
OHH
+
CH3C
O
OCH2CH2CHCH3
CH3
+ HOHalcohol
isoamílico ácido acético
acetato de isoamilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres tosilato
Alcohol + ácido p-toluenesulfónico, TsOH
CH3CH2 O H + HO S
O
O
CH3
CH3CH2 O S
O
O
CH3
HOH+
alcohol etílico ácido p-toluensulfónico
tosilato de etilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres tosilato
En realidad se usa el cloruro de ácido, TsCl
alcohol cloruro de ácido éster
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres sulfato
Alcohol + Ácido sulfúrico
+HO S
O
O
OH H O CH2CH3
H+
OCH2CH3
O
O
SHO
CH3CH2O H + OCH2CH3
O
O
SHOH
+
CH3CH2O S
O
O
OCH2CH3
alcohol etílico ácido sulfúrico sulfato ácido de etilo
sulfato ácido de etilo alcohol etílico
sulfato de dietilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres Nitrato
+ H O CH2CH3H
+
N OH
O
OOCH2CH3N
O
O
CH2
CH2
CH2
O H
O H
O H
+ 3 HO NO2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
nitroglycerineglycerinealcohol (triol)
glicerina
ácido nítrico nitroglicerina
alcohol etílico ácido nítrico nitrato de etilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres fosfato
P
O
OH
OH
HOCH3OH
P
O
OH
OH
CH3OCH3OH
P
O
OCH3
OH
CH3O
P
O
OCH3
OCH3
CH3O
CH3OHácido fosfórico
Alcohol
metílico fosfato diácido
de metilo
Alcohol
metílico
Alcohol
metílico
fosfato de
trimetilo
Fosfato
ácido de
dimetilo
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
HÉsteres fosfato en el ADN
OCH2
H
H
H
base
O
P
O
O O
OCH2
H
H
H
base
O
P
O
O O
OCH2
H
H
H
base
O
P
O
O O
O
OCH2
H
H
H
base
O
P
O
O O
CH3CH2CH2
C
HH
Br OH
H
Iones Alcóxido
• ROH + Na (o NaH) forma un alcóxido de
sodio
• RO- + haluro de alquilo 1° forma un éter
(síntesis de éteres de Williamson)
CH3CH2CHCH3
O
CH3CH2 Br+ CH2CH2CH
CH3
O CH2CH3