Aldehídos y cetonas. Adición nucleofílica sobre el grupo carbonilo Nomenclatura IUPAC Nomenclatura de aldehídos O O H H O O HCCHCH Se toma como base el nombre de la cadena que contenga al grupo carbonilo y se remplaza la terminación –o del hidrocarburo por la terminación -al. IUPAC Nomenclatura de aldehídos O O H H 4,4-dimetilpentanal O 5-hexenal O HCCHCH 2-fenilpropanodial (se mantiene la terminación -o antes de la terminación -dial) IUPAC Nomenclatura de aldehídos O Cuando se nombra como un sustituyente Grupo formilo C H Cuando se nombra como un sufijo carbaldehído o carboxaldehído IUPAC Nomenclatura de cetonas O O CH3CH2CCH2CH2CH3 CH3CHCH2CCH3 CH3 H3C Se toma como base el nombre de la cadena que contenga al grupo O carbonilo y se reemplaza la terminación –o del alcano por –ona. La cadena se numera de tal manera que el carbonilo tenga el número más bajo IUPAC Nomenclatura común de aldehídos Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural HCOOH Ácido metanoico Ácido fórmico Procede de la destilación destructiva de hormigas (fórmica es hormiga en latín) Nomenclatura de los Ácidos Carboxílicos y Nitrilos COMÚN Ácido fórmico, el nombre viene del latín fórmica, hormiga. Este compuesto se encuentra en las hormigas, en las abejas El Ácido fórmico también se encuentra en la ortiga venenosa, que al rozarla causa escocimiento en la piel Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural CH3COOH Ácido etanoico Ácido acético Vinagre (acetum es vinagre en latín) Ácido acético. Proviene del latín acetum (vinagre), el cual a su vez proviene del latín acere (agriarse, hacerse ácido) Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural CH3CH2COOH Ácido propanoico Ácido propiónico Producción de lácteos (protos: primera pion: grasa, en griego) Ácido propiónico. Proviene del griego protos (el primero), y pión (grasa). Este es el primer ácido carboxílico que muestra un comportamiento similar a los ácidos grasos. Dumas, Malagute y Leblanc introdujeron la versión francesa del nombre: acide propionique en 1847. Hay otros nombres más antiguos: • Ácido metacetónico (ácido posterior al acético) • Ácido metacético Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural CH3CH2CH2COOH Ácido butanoico Ácido butírico Mantequilla (butyrum, mantequilla en latín) Ácido butírico, de latín butyrum (butter, mantequilla) este ácido se encuentra en la mantequilla rancia. El término fue inventado por Chevreul en 1826 Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural CH3(CH2)2CH2COOH Ácido pentanoíco Ácido valérico Valeriana officinalis El ácido Valerianico, ó ácido Valerico, es un ácido que tiene la misma relación con el alcohol amílico, de la misma manera que el ácido acético con el alcohol etílico o común. 1817 Se obtuvo por primera vez por Chevreul en de la grasa de delfín, Phocoena delphinum, y fue llamado ácido delfínico o ácido focenico. 1830 Grote obtuvo a partir de el aceite esencial de valeriana un ácido al cual llamó como ácido valerianico, y el cual fue demostrado por Trommsdorff y Ettling ser idéntico con el ácido delfínico de Chevreul. Fue producido por la oxidación después del alcohol amílico por Dumas y Stas, quienes señalaron su relación con este órgano y mostró su composición a C5H10O2. Se encuentra en muchos vegetales, como la valeriana, angélica, y varias otras raíces, en el fruto y la corteza de viburnum opulus Ácido valérico, se aíslo de la raíz de la Valeriana officinalis, la valeriana, es una planta perenne (del latín per, "por", annus, "año“, es una planta que vive durante más de dos años), perteneciente a la familia de las Valerianáceas. Se usa mucho como sedante y calmante en el histerismo Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural CH3(CH2)3CH2COOH Ácido hexanoíco Ácido cáprico Cáprico, del latín latín caper (cabra) CH3(CH2)4CH2COOH Ácido heptanoíco Ácido caproíco Capríco, del latín latín caper (cabra) CH3(CH2)5CH2COOH Ácido octanoíco Ácido caprílico Caprílico, del latín latín caper (cabra) Ácido cáprico Ácido capróico Ácido caprílico Derivan del latín caper (cabra). Éstos ácidos se encuentran como triglicéridos en la mantequilla, en especial la que se prepara a partir de la leche de cabra IUPAC Nomenclatura de cetonas O O CH3CH2CCH2CH2CH3 CH3CHCH2CCH3 CH3 3-hexanona 4-metil-2-pentanona H3C O 4-metilciclohexanona Nomenclatura común de cetonas O O CH3CH2CCH2CH2CH3 O H2C CHC CH CH2 CH2CCH2CH3 Se enlistan los grupos unidos al carbonilo por separado y en orden alfabético, se adiciona la palabra cetona. Nomenclatura común de cetonas O O CH3CH2CCH2CH2CH3 etil propil cetona CH2CCH2CH3 bencil etil cetona O divinil cetona H2C CHC CH CH2 Estructura y enlace: el grupo carbonilo Estructura del Formaldehído plana Ángulos de enlace: cercanos a 120° Distancia del enlace C=O : 122 pm El grupo carbonilo Doble enlace muy polar O 1-buteno propanal Momento dipolo = 0.3 D Momento dipolo = 2.5 D El grupo carbonilo de una cetona es más estable que el de un aldehído Calor de combustión O 2475 kJ/mol H 2442 kJ/mol O Los grupos alquilo estabilizan a los grupos carbonilo de la misma manera en la que ellos estabilizan a los dobles enlaces carbono-carbono, a los carbocationes y a los radicales libres La longitud es más grande para los aldehídos y las cetonas que para los alquenos Calores de combustión de alquenos isómeros C4H8 O CH3CH2CH=CH2 H 2475 kJ/mol 2717 kJ/mol cis-CH3CH=CHCH3 2710 kJ/mol trans-CH3CH=CHCH3 O 2442 kJ/mol 2707 kJ/mol (CH3)2C=CH2 2700 kJ/mol Descripción por resonancia del grupo carbonilo •• •• – O •• •• O •• C C + Los nucleofilos atacan al carbono; los electrófilos atacan al oxígeno Enlaces en el Formaldehído El carbono y el oxígeno tienen hibridación sp2 Estructura del Formaldehído Cada uno de los orbitales atómicos p (cada uno con 1 electrón) del carbono y del oxígeno, se traslapan para formar un enlace Propiedades físicas Los aldehídos y las cetonas tienen puntos de ebullición más altos que los alquenos, pero más bajos que los alcoholes Punto de ebullición –6°C O 49°C OH 97°C Son compuestos más polares que los alquenos, pero no pueden formar puentes de hidrógeno intermoleculares con otros grupos carbonilo Fuentes naturales de los aldehídos y las cetonas Muchos aldehídos y cetonas se encuentran en la naturaleza O 2-heptanona (componente de la feromona de alarma de las abejas) Muchos aldehídos y cetonas se encuentran en la naturaleza O H trans-2-hexenal (feromona de alarma de la hormiga americana mirmicina) Muchos aldehídos y cetonas se encuentran en la naturaleza O H citral (del aceite de la hierba del limón) Síntesis de aldehídos y cetonas A partir de alquenos Ozonolísis Estas reacciones permiten obtener A partir de alquinos aldehídos y cetonas con rendimientos Hidratación (via enol) aceptables A partir de arenos Acilación de Friedel-Crafts A partir de alcoholes Oxidación Interconversiones entre ácidos carboxílicos y los aldehídos Aldehídos a partir de ácidos carboxílicos R 1. LiAlH4 2. H2O O O C C R OH H PDC, CH2Cl2 RCH2OH (C5H5NH)2Cr2O7 Ejemplo Benzaldehído a partir de ácido benzoíco O O COH CH 1. LiAlH4 2. H2O (81%) CH2OH PDC CH2Cl2 (83%) Obtención de cetonas a partir de aldehídos cetonas a partir de aldehídos R 1. R'MgX 2. H3O+ O O C C R H OH RCHR' R' PDC, CH2Cl2 Obtención de cetonas a partir de aldehídos 3-heptanona a partir de propanal O O C CH3CH2 CH3CH2C(CH2)3 CH3 H (57%) 1. CH3(CH2)3MgX 2. H3 O+ OH CH3CH2CH(CH2)3 CH3 H2CrO4 Oxidación de un aldehído al ácido carboxílico con el reactivo de Jones O Cr O O O + H O S O H O O O S O H + O O H Cr O O O Cr O H O (1) R O O O + H O S O H H R O O S O H + H O O R H H (2) O H O H O S O H R O H (4) O O H + H O S O H O H O R O O H O H (3) H H H H H R O H H O + O Cr H O (4) (1) O H R O H O O Cr O H H O (5) -H +H H R O H O O Cr O H O (6) H H H O + H R O O Cr O H H H O H O H O H H O + + R Cr O O (7) (V) 2 H O Cr O O O H O (7) (6) O O (VI) (IV) H O Cr O H + H O Cr O H H O (8) O H H O (V) O H + H O S O H H O Cr O O H O O O S O H O O + H (V) H O Cr O O H H (8) O H (V) H O Cr O (9) O H H O H R O O O H + H (V) H O Cr O H H O H H H R O H O O O H R O Cr O H O O H H H O (12) H O H O S OH (10) H Cr O H H O (9) H H H + O H H R O H O O O Cr O H H O H (11) + H O O H H H O + H O S OH O H H R + O H O H O O Cr O H H O H H (V) O H H H + R O O + O (12) O 2 (III) Cr O O H H (13) H (III) Cr O H O H + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + H (13) (14) 6 H2O Oxidación de Jones Mecanismo de la oxidación de Jones OBTENCIÓN DEL n-BUTIRALDEHÍDO. OXIDACIÓN DE UN ALCOHOL PRIMARIO A UN ALDEHÍDO K2Cr2O7 CH3CH2CH2CH OH H H2SO4 (50%) o K2Cr2O7 CH3CH2CH2C O H p.e . 118.3o C P.M . = 74.12 g/mol H2SO4 (50%) OH o 100 C 100 C BUTANOL CH3CH2CH2C O BUTANAL p.e . 76o C P.M . = 72.10 g/mol ÁCIDO BUTANOÍCO o p.e . 164 C P.M. = 88.10 g/mol O O O (VI) (VI) H O Cr O H + H O Cr O H 2 H O Cr O H O O (7) R (V) + H O S O H H (8) O O O R O O S O H + R H H O O H H (2) O H O H O S O H R O H (4) O O H + H O S O H O H O R O O H O H (3) H H H O (V) O H + H O S O H H O Cr O O H O O O S O H O O + H (V) H O Cr O O H H (8) O H (V) H O Cr O (9) O H H O H R O O O H + H H (V) R H O Cr O H O H H H R O H O O O (12) H O O H O S OH (10) H Cr O H H O H Cr O H O H O H H O (9) H H H + O H H R O H O O O Cr O H H O H (11) + H O O H H H O + H O S OH O H H O R + H O O O Cr O H H H H O H (V) H REDOX O H H + R O O + O (12) O 2 (III) Cr O O H H (13) H (III) Cr O H O H + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + H (13) (14) 6 H2O Na2Cr2O7 SOLUCIÓN DE H2Cr2O4 + H2SO4 + H2O OH 90 o C (destilación) residuo destilado O O OH + Cr(OH)3 H O2N NHNH2 + H2SO4 NO2 H NO2 N N H NO2 Selective oxidation of allylic alcohols with chromic acid K. E. Harding, L. M. May, K. F. Dick, J. Org. Chem., 1975, 40, 1664-1665. A novel chromium trioxide catalyzed oxidation of primary alcohols to the carboxylic acids M. Zhao, J. Li, Z. Song, R. Desmond, D. M. Tschaen, E. J. J. Grabowski, P. J. Reider, Tetrahedron Lett., 1998, 39, 5323-5326. Selective Oxidation of Benzylic Alcohols and TBDMS Ethers to Carbonyl Compounds with CrO3-H5IO6 S. Zhang, L. Xu, M. L. Trudell, Synthesis, 2005, 1757-1760. Reactivo de Collins Una solución del complejo CrO3 • 2 Py (reactivo de Sarett) en cloruro de metileno se conoce como Reactivo de Collins Reagent". Una de las ventajas sobre el reactivo de Sarett es que la adición de un equivalente de trióxido de cromo a una solución bajo agitación de dos equivalentes de piridina en clopruro de metileno permite la preparación segura del agente oxidante. Además, el uso de cloruro de metileno como disolvente y el uso de la cantidad estequiométrica de la piridina, hace que el reactivo de Collins sea menos básico que el reactivo de Sarett, por que sustratos sensibles a medios ácidos y básicos puedan ser oxidados con el reactivo de Collins a diferencia de los reactivos de Jones y de Sarett 70–84% Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, p.644 (1988); Vol. 52, p.5 (1972). Clorocromato de Piridinio (PCC) Reactivo de Corey-Suggs Pyridinium chlorochromate. An efficient reagent for oxidation of primary and secondary alcohols to carbonyl compounds E. J. Corey, J. W. Suggs, Tetrahedron Lett., 1975, 16, 2647-2650. Domino Primary Alcohol Oxidation-Wittig Reaction: Total Synthesis of ABT-418 and (E)-4-Oxonon-2-enoic Acid J. Shet, V. Desai, S. Tilve, Synthesis, 2004, 1859-1863. Carboxylic Acids from Primary Alcohols and Aldehydes by a Pyridinium Chlorochromate Catalyzed Oxidation M. Hunsen, Synthesis, 2005, 2487-2490. The Peterson Olefination Using the tert-Butyldiphenylsilyl Group: Stereoselective Synthesis of Di- and Trisubstituted Alkenes A. Barbero, Y. Blanco, C. Garcia, Synthesis, 2000, 1223-1228. OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS CON COBRE METÁLICO. H R C OH + CuO H CALOR R C O + Cu H TEMPO NITRÓXIDO DE TETRAMETILPIPERIDINA Oxidación de Dess-Martin The Peryodinano de Dess-Martin (DMP), es un compuesto con un yodo hipervalente, el cual permite una oxidación suave y selectiva de alcoholes a los aldehídos o cetonas correspondientes La oxidación se lleva a cabo en diclorometano o cloroformo a temperatura ambiente, y es usual que se complete en tiempos de reacción de 0.5 - 2 horas. Los productos se separan con facilidad del subproducto de iodo después de un trabajo final en medio básico Acceleration of the Dess-Martin Oxidation by Water S. D. Meyer, S. L. Schreiber, J. Org. Chem., 1994, 59, 7549-7552. Hidrólisis parcial propuesta de DMP Recyclable 2nd generation ionic liquids as green solvents for the oxidation of alcohols with hypervalent iodine reagents J. S. Yadav, B. V. S. Reddy, A. K. Basak, A. V. Narsaiah, Tetrahedron, 2004, 60, 2131-2135. Oxidación de Swern El ion dimetiIclorosulfonio es generado in situ a partir de DMSO y el cloruro de oxalilo La reacción con un alcohol a -78 °C da lugar a un ion alcoxisulfonio: Una reacción ácido-base de este intermediario, da lugar a un ilido de azufre: Sobre el ilido de azufre ocurre una reacción ácido-base intramolecular a través de un estado de transición que implica la formación de un intermediario de 5 miembros para que ocurra una fragmentación y se forme el producto (el aldehído) y DMS (olor muy desagradable): Si la temperatura no se mantiene a -78°C, se puede obtener un tioacetal mixto: Tandem Oxidation/Halogenation of Aryl Allylic Alcohols under Moffatt-Swern Conditions J. Yin, C. E. Gallis, J. D. Chisholm, J. Org. Chem., 2007, 72, 7054-7057. Oxidación de Corey-Kim Se forma el ion dimetilclorosulfonio in situ a partir de la NCS y el DMS: New odorless method for the Corey–Kim and Swern oxidations utilizing dodecyl methyl sulfide (Dod-S-Me) S.-I. Ohsugi, K. Nishide, K. Oono, K. Okuyama, M. Fudesaka, S. Kodama, M. Node, Tetrahedron, 2003, 59, 8393-8398. The fluorous Swern and Corey-Kim reaction: scope and mechanism D. Crich, S. Neelamkavil, Tetrahedron, 2002, 58, 3865-3870. Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO+ H2O OH ! R 2 C R H + OCl - H+ O R! C R2 + H2O + Cl- Oxidatición de alcoholes primarios y éteres usando hipoclorito de sodio o hipoclorito de calcio Rendimientoa Ca(OCl)2 Rendimiento NaOCl Ref. 98% 98% 10 83% 91% 10 98% 98% 9e Isovalerato de 3metilbutilo 76% 87% 10 Alcohol etílico Acetato de etilo --- b 9b,10 6 etil éter Acetato de etilo b --- --- 7 butil éter Butanoato de butilo 40% --- 10 8 THF γ-butirolactona 68% --- 9b,10 9 Tetrahidropirano δ-valerolactona 56%c --- 9b,10 Corrida Substrate Product 1 Alcohol bencilico Benzaldehído 2 1-pentanol 3 1-hexanol 4 3-metilbutanol 5 Pentanoato de pentilo Hexanoato de hexilo a. Rendimiento como producto aislado b. El rendimiento no se calculó debido a la volatilidad de los productos pero se determinó una conversión significativa por IR y RMN c. Rendimiento determinado por análisis CGL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. M.F. Semmelhack and J.C. Tomesch, J. Org. Chem., 42, 2657 (1977) C.A. Grob and P.W. Schiess, Agnew. Chem. Int. Ed. Engl., 6, 1 (1967) The synthesis of this alcohol will be described in a forthcoming publication. The correct elemental analysis has been obtained. R.V. Stevens, K.T. Chapman and N.H. Weller, J. Org. Chem., 45, 2030 (1980) Obtained from Fisher Scientific Company, Typical analysis 67% Ca(OCl)2 Titrations were carried out over a period of two and one half months and there was no change in the concentration of the oxidant. Titrations were carried out as described in “A Textbook of Quantitative Inorganic Analysis”, 3rd ed. By Arthur I. Vogel. Published by J. Wiley and Sons, New York, N.Y. (1961) Both Chlorox (5.25% oxidant) and freshly prepared NaOCl were used without significant difference. NaOCl was prepared by bubbling chlorine into a solution of NaOH as described by V. Boido and O.E. Edwards, Can. J. Chem., 49, 2664 (1971) C.J. Pouchert, The Aldrich Library of Infrared Spectra, Second Edition, published by Aldrich Chemical Co., Inc, Milwaukee, Wisconsin, (1975) C.J. Pouchert, and John R. Campbell, The Aldrich Library of NMR Spectra Vol. II, published by Aldrich Chemical Co., Inc., Milwaukee, Wisconsin., (1974) The Merck Index, 8th ed., Merck and Co. Inc., N.J. (1968) The Merck Index, 9th ed. Merck and Co., Inc, N.J. (1976) Chem. Abs., 37, 5021 Dictionary of Organic Compounds, 5th ed. Oxford University Press, N.Y. (1969) C.Y. Meyers, J. Org. Chem. , 26, 1046 (1961) L.M. Berkowitz and P.N. Rylander, J. Am. Chem. Soc. , 80, 6682 (1958) Yoshiko Kamiya and S. Takemuro, Chem. Pharm. Bull. 21, 1401 (1973) N. C. Demo and N. H. Potter, J. Am. Chem. Soc. , 89, 3550 (1967) OBTENCIÓN DEL ALCANFOR. AcOH H OH + NaOCl + NaCl o 25 C PM = 74.4 g/MOL O Alcanfor Borneol C10H18O C10H16O PM = 154.25 g/MOL PM = 152.23 g/MOL FORMACIÓN ÁCIDO HIPOCLOROSO FORMACIÓN HPOCLORITO DE BORNEOILO redox OH + AcOH MEZCLA DE REACCIÓN H 1) NaOCl 25 oC, 60' 2) NaHSO3 3) FILTRAR FILTRADO PRECIPITADO OH + NaHSO3 + NaCl OH H + O 1) RECRISTALIZAR EtOH/H2O 2) FILTRAR FILTRADO PRECIPITADO H OH H NHNH2 O + H2SO4 O2N NO2 NO2 N N NO2 Principios de la adición nucleofílica a compuestos carbonílicos: CATALISIS BÁSICA CATALISIS BÁSICA REACCIONES DE ALDEHÍDOS Y CETONAS Reacciones con el reactivo de Grignard Reducciones François Auguste Victor Grignard Químico francés. Mayo 6, 1871 en Cherbourg – Diciembre 13, 1935 en Lyon. Ganó el premio Nobel de química en 1912. Formación del reactivo de Grignard. Mecanismo SET Reacción de Grignard Estructura estado sólido • Dieteratos (e.g. [MgBr(Ph)(OEt2)2]) existen como iunidades monoméricas aisladas • Mg se encuentra en el centro de un tetraedro distorsionado • Distancia Mg – C 2.1 – 2.2 Å (longitud de un enlace covalente 1.7 Å) • MgBrMe(THF)3 cristaliza como un complejo monomérico bipiramidal trigonal con tres ligandos de THF R OEt2 Mg X OEt2 O O Mg Br O Me Et Br Mg Mg Br S Et S • Bromoetilmagnesio cristaliza del diisopropil éter como un dímero [MgBr(Et)(OiPr2)]2 con Br como ligandos puente • Vcada uno de los Mg es 4 coordinado, O-Mg-C = 120.7°; Br-Mg-Br = 116.2° Formación del reactivo de Grignard Reacción del reactivo de Grignard con un aldehído Liberación del alcóxido. Reacción ácido-base Mecanismo SET Con cetonas impedidas, reacción ácido-base A reduction can also take place, in which a hydride is delivered from the β-carbon of the Grignard reagent to the carbonyl carbon via a cyclic six-membered transition state. EQUILIBRIO DE SCHLENK APLICACIÓN INDUSTRIAL. SÍNTESIS DEL TAMOXIFENO éter o THF pentano Sales de Li+ (ó éter) éter pentano (ó éter) éter o THF pentano (ó éter) Sales de Mg2+ CATALISIS BÁSICA REACCIONES DE ALDEHÍDOS Y CETONAS Reacciones con el reactivo de Grignard Reducciones éter o THF Sales de Li+ o Al3+ Na3BO3 Na3BO3 éter o THF ó ó Se reduce con mayor rapidez con BH3 Se reduce con mayor rapidez con NaBH4 Alcanfor