Alcohol como un Electrófilo

CH3CH2CH2
Br
REACCIONES DE
ALCOHOLES
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Tipos de Reacciones de
Alcoholes
Br
H
C O
H
H H
• 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
Br
H
C O
H
H H
Tipos de reacciones de alcoholes
tipo de reacción
deshidratación
oxidación
Producto
esterificación
alquenos
ésteres
carboxilato
cetonas. aldehídos
ácidos
esterificación
sustitución
ésteres
tosilato
halogenuros
Formar un alcóxido
reducción
alcanos
éteres
=>
CH3CH2CH2
Br
Estados de Oxidación
H
C O
H
H H
• 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
OXIDACIÓN
Br
alcano
sin enlaces con O
alcohol primario
un enlace con O
aldehido
dos enlaces con O
ácido carboxílico
tres enlaces con O
(ya no se
puede oxidar)
alcano
sin enlaces con O
alcohol secundario
un enlace con O
cetona
dos enlaces con O
(es usual que ya no se presente
oxidación)
alcano
sin enlaces con O
alcohol terciario
un enlace con O
REDUCCIÓN
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Oxidación de alcoholes 2°
•
•
•
•
H
C O
H
H H
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
Oxidación con el reactivo de Jones
ALCOHOL
SECUNDARIO
CICLOHEXANOL
Br
CETONA
CICLOHEXANONA
(90%)
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Oxidación con el reactivo de Jones
OH
CH3CHCH2CH3
Na2Cr2O7 / H2SO4
ALCOHOL sec-BUTÍLICO
2-BUTANOL
Br
H
C O
H
H H
O
CH3CCH2CH3
BUTANONA
CH3CH2CH2
Oxidación con el reactivo de Jones
Br
H
C O
H
H H
Formación del éster cromato
ALCOHOL
ÁCIDO CRÓMICO
ÉSTER CROMATO
Eliminación del ácido cromoso y oxidación del carbono del carbinol
ÉSTER CROMATO
CH3CH2CH2
Oxidación de alcoholes 1°
Br
H
C O
H
H H
• 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
OH
CH3CH2CH2CH2
N H CrO3Cl
O
CH3CH2CH2CH
CH3CH2CH2
Oxidación de alcoholes 1°
Clorocromato de piridinio
Br
H
C O
H
H H
CrO3 piridina HCl (PCC)
ALDEHÍDO
ALCOHOL PRIMARIO
CrO3 piridina HCl (PCC)
1-HEPTANOL
HEPTANAL (78%)
CH3CH2CH2
Br
CICLOHEXILMETANOL
H
C O
H
H H
ÁCIDO CICLOHEXANOCARBOXÍLICO
(92%)
CH3CH2CH2
Los alcoholes 3° no se oxidan
Br
H
C O
H
H H
• NO pueden perder 2 Hidrógenos
• Esta es la base para la prueba del´ácido
crómico
RESUMEN DE REACCIONES DE ALCOHOLES
PARA OXIDAR
Alcohol 2º.
Alcohol 1º.
Alcohol 1º.
PRODUCTO
REACTIVO
Cetona
Ácido crómico (ó PCC)
Aldehído
PCC
Ácido carboxílico
Ácido crómico
CH3CH2CH2
Br
Otros agentes oxidantes
•
•
•
•
•
•
H
C O
H
H H
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
Br
Oxidación de Swern
ALCOHOL
DMSO
DIMETILSULFÓXIDO
CLORURO
DE
OXALILO
CICLOPENTANOL
H
C O
H
H H
ALDEHÍDO SULFURO DE
O CETONA
DIMETILO
CICLOPENTANONA
(90%)
CH3CH2CH2
Oxidaciones Biológicas
Br
H
C O
H
H H
• 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
Br
ADH
ETANOL
FORMA
REDUCIDA
AZÚCAR
ADH = alcohol deshidrogenasa
+
NAD
forma oxidada
ACETALDEHÍDO
FORMA
OXIDADA
ALDH
AZÚCAR
AZÚCAR
NADH
forma reducida
ALDH = aldehído deshidrogenasa
+
NAD
ÁCIDO ACÉTICO
AZÚCAR
NADH
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Un alcohol como un Nucleófilo
Br
H
C O
H
H H
H
C
O
R X
• 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
CH3CH2CH2
Alcohol como un Electrófilo
Br
H
C O
H
H H
• 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+.
ó
Grupo saliente
débil
Buen grupo
saliente
CH3CH2CH2
Br
Alcohol como un Electrófilo
H
C O
H
H H
Reacción SN2
H Nu
O
H
H
Se forma el enlace C-Nuc,
Se rompe el enlace C-O
H
Nu
+ O
H
H
CH3CH2CH2
Alcohol como un Electrófilo
Br
• Si se convierte en un tosilato (un muy buen grupo
saliente) si puede reaccionar con un nucleófilo fuerte
(base)
C
O
O
S
O
CH3
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Formacíon del éster tosilato
H
C O
H
H H
ETANOL
TsOH
Ácido p-toluensulfónico
Tosilato de alquilo, ROTs
Un éster ptoluénsulfonato
CH3CH2CH2
Br
Formacíon del éster tosilato
H
C O
H
H H
H
C
O
C
C
H O
O
Cl
O
S
O
N
CH3
Cloruro de p-toluenesulfonilo
TsCl, “cloruro de tosilo”
O
S
O
CH3
O
S
O
CH3
ROTs,
Un éster tosilato
CH3CH2CH2
REACCIONES DE LOS ÉSTERES TOSILATOS
SUSTITUCIÓN
piridina
Ó ELIMINACIÓN
(eliminación)
(sustitución)
Br
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Reacciones 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
H
C O
H
H H
Resumen de las
reacciones de
los tosilatos
R OTs
O H
+
HIDRÓXIDO
3CH
RCHO
H2CH
+ 2 OTs
ALCOHOL
Br C
H H
R OTs
R OTs
R OTs
R OTs
R OTs
C N
+
CIANURO
Br
+
BROMURO
O R'
+
ALCÓXIDO
+
NH3
AMONIACO
+ LiAlH4
HIDRURO
DOBLE DE
LITIO Y
ALUMINIO
R C N +
O
H
H
OTs
NITRILO
R Br
+
OTs
BROMURO
DE
ALQUILO
R O R' +
OTs
ÉTER
R NH3
OTs
SAL DE AMINA
R H
ALCANO
+
OTs
CH3CH2CH2
Transformación en alcanos
Br
Hay dos métodos
• Primero se deshidratan con H2SO4
concentrado y luego se adiciona H2
OH
H2
H2SO4
H2C CH CH3
H3C CH CH3
Pt
ALQUENO
ALCOHOL
H
C O
H
H H
H2C CH CH3
H H
ALCANO
• Primero se tosilan, y luego se reducen con LiAlH4
OH
TsCl
O Ts
H 3C CH CH 3
H 3C CH CH 3
ALCOHOL
TOSILATO
LiAlH 4
H 3C CH CH 3
H
ALCANO
CH3CH2CH2
Br
Reacción con HBr
H
C O
H
H H
• -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 H
H 3O
Br
Br
R O H
H
Br
R + O H
H
CH3CH2CH2
Br
H
C O
H
H H
Alcohol 3º, reacciona a través de un
mecanismo SN1
Protonación y pérdida
del grupo hidroxilo
ALCOHOL
ter-BUTÍLICO
ALCOHOL
PROTONADO
Ataque del ion bromuro
CARBOCATIÓN
TERCIARIO
BROMURO DE
ter-BUTÍLO
CH3CH2CH2
Br
Alcohol 1º, reacciona a través de un
mecanismo SN2
Protonación del alcohol
Desplazamiento por el ion bromuro
H
C O
H
H H
Reacción con HCl
Prueba de Lucas
CH3CH2CH2
Br
• 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.
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
H
C O
H
H 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
Br
Limitaciones 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
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Reacciones con halogenuros de
fósforo
Br
H
C O
H
H H
• 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
Mecanismo para la reacción con PBr3
Br
H
C O
H
H H
Paso 1: Desplazamiento del ion bromuro
Paso 2: Reacción tipo SN2 sobre el grupo alquilo
Grupo saliente
CH3CH2CH2
Br
• 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
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Reacción con el cloruro de tionilo
Br
H
C O
H
H H
calor
• 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
Mecanismo para la reacción con
el cloruro de tionilo
CH3CH2CH2
Br
H
C O
H
H H
Éster
clorosulfito
cloruro de
tionilo
Éster
clorosulfito
Par ionico
Cloruro
de alquilo
CH3CH2CH2
Br
Reacciones de Deshidratación
•
•
•
•
H
C O
H
H H
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
Mecanismo de la reacción de
deshidratación
protonación
pérdida de
agua
desprotonación
Br
H
C O
H
H H
ALQUENO
CH3CH2CH2
Ejemplo del mecanismo de la
reacción de deshidratación
Br
H
C O
H
H H
H
OH
CH3CHCH3
H2SO4
OH
180 ºC
alcohol
Alcohol
isopropílico
CH3OH
Alcohol
metílico
CH3CHCH3
CH3CHCH3
H2O
H3O
+
CH2
CHCH3
propeno
CH3
OH2
CH3
140 ºC
O CH3
H
CH3OH
H2O
CH3OCH3
dimetiléter
CH3CH2CH2
Diagrama de Energía, E1
energía
Paso determinante de la
rapidez: formación del
carbocatión
Coordenada de reacción
Br
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Reacciones características de dioles
• Rearreglo pinacólico
• Ruptura con ácido peryódico
• OBTENCIÓN DE COMPUESTOS
CARBONÍLICOS:
R C O
R C O
H
R'
ALDEHÍDO
CETONA
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Rearreglo pinacólico
pinacol
(2,3-dimetil-2,3-butanodiol)
pinacolona
(3,3-dimetil-2-butanona)
Br
H
C O
H
H H
Mecanismo del rearreglo
pinacólico
CH3CH2CH2
~CH3
(migración
del metilo)
carbocatión estabilizado por resonancia
carbocatión estabilizado por resonancia
pinacolona
Br
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
•Ruptura con ácido peryódico
ALQUENO
GLICOL
H
C O
H
H H
CETONAS Y ALDEHÍDOS
CH3CH2CH2
Ruptura de glicoles con ácido
peryódico
Br
H
C O
H
H H
Se forman los mismos productos que en la ozonólisis
del alqueno correspondiente
CH3
H
CH3
C
C CH3
OH
OH
HIO4
CH3
H
C
O
O3
(CH3)2S
OsO4
H2O2
H
C
H3C
C
CH3
CH3
CH3
+
O
C CH3
CH3CH2CH2
Esterificación
•
•
•
•
•
Fischer: alcohol + ácido carboxílico
Ésteres Tosilato
Ésteres Sulfato
Ésteres Nitrato
Ésteres fosfato
Br
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Fischer: alcohol + ácido carboxílico
alcohol
ácido carboxílico
éster
Br
H
C O
H
H H
agua
Ejemplo
alcohol
isoamílico
ácido acético
acetato de isopropilo
agua
CH3CH2CH2
Br
Esterificación de Fischer
H
C O
H
H H
• Ácido + Alcohol produce Éster + agua
• El ácido sulfúrico es un catalizador
• Cada uno de los pasos elementales es
reversible.
O
CH3
C OH
ácido acético
CH3
+ H O CH2CH2CHCH3
alcohol
isoamílico
+
H
O
CH3
CH3C OCH2CH2CHCH3
acetato de isoamilo
+ HOH
CH3CH2CH2
Br
Ésteres tosilato
H
C O
H
H H
Alcohol + ácido p-toluenesulfónico, TsOH
O
CH3CH2
O H
alcohol etílico
+
HO
S
CH3
O
ácido p-toluensulfónico
O
CH3CH2
O
S
O
tosilato de etilo
CH3
+ HOH
CH3CH2CH2
Br
Ésteres tosilato
En realidad se usa el cloruro de ácido, TsCl
alcohol
cloruro de ácido
éster
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Ésteres sulfato
H
C O
H
H H
Alcohol + Ácido sulfúrico
O
HO
S
OH
H
+ H O CH2CH3
O
HO
S
OCH2CH3
O
alcohol etílico
ácido sulfúrico
O
CH3CH2O H + HO
alcohol etílico
O
+
S OCH2CH3
O
sulfato ácido de etilo
sulfato ácido de etilo
O
+
H
CH3CH2O
S OCH2CH3
O
sulfato de dietilo
CH3CH2CH2
Br
Ésteres Nitrato
O
O
+
N OH
+
H O CH2CH3
H
O
H
C O
H
H H
N OCH2CH3
O
ácido nítrico
CH2
O H
CH2
O H
CH2
O H
alcohol
(triol)
glycerine
glicerina
alcohol etílico
+
3 HO NO2
ácido nítrico
nitrato de etilo
CH2
O NO2
CH2
O NO2
CH2
O NO2
nitroglycerine
nitroglicerina
CH3CH2CH2
Br
Ésteres fosfato
O
HO
P
O
OH
OH
ácido fosfórico
CH3OH
Alcohol
metílico
CH3O
P
OH
CH3OH
O
CH3O
Alcohol
metílico
OH
fosfato diácido
de metilo
P
OCH3
OH
Fosfato
ácido de
dimetilo
CH3OH
Alcohol
metílico
O
CH3O
H
C O
H
H H
P
OCH3
OCH3
fosfato de
trimetilo
CH3CH2CH2
Ésteres fosfato en el ADN
O CH2
base
O
H
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
CH2
O
H
P
O
base
O
H
H
O
O
P
O
O
Br
H
C O
H
H H
CH3CH2CH2
Br
Iones Alcóxido
H
C O
H
H H
• ROH + Na (o NaH) forma un alcóxido de
sodio
• RO- + haluro de alquilo 1° forma un éter
(síntesis de éteres de Williamson)
CH3
CH3CH2CHCH3
O
+ CH3CH2
Br
CH2CH2CH O CH2CH3