LECCIÓN 16 ALDEHÍDOS Y CETONAS

Química Orgánica 2º.
LECCIÓN 16
Antonio Galindo Brito 1
ALDEHÍDOS Y CETONAS
Objetivos
Formular y nombrar los aldehídos y cetonas. Predecir la reactividad de los aldehídos y cetonas en
base a la estructura electrónica del grupo carbonilo. Conocer sucintamente el mecanismo de las adiciones
nucleófilas y el papel catalítico jugado por los ácidos próticos y de Lewis en este tipo de reacciones.
Comparar la reactividad relativa de los aldehídos y cetonas en base a los efectos electrónicos y estéricos.
Conocer las más importantes reacciones de adición nucleófila de aldehídos y cetonas. Contrastar las
reacciones de condensación con las de adición nucleófila, examinando sus puntos comunes y viendo sus
diferencias. Conocer los diferentes métodos de oxidación y reducción de aldehídos y cetonas, poniendo
énfasis en los aspectos estereoquímicos de la reducción de las cetonas. Conocer los más importantes métodos
de preparación de aldehídos y de cetonas, escogiendo el más adecuado en función de la estructura del
compuesto carbonílico deseado. Finalmente, repasar la presencia de algunos aldehídos y cetonas en la
naturaleza destacando el papel que juegan.
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 2
Aldehídos y Cetonas: clasificación y nomenclatura
:O:
C
;
Grupo Carbonilo
;
C
R
:O :
:O :
:O :
R
;
C
R
R´
Cetona simétrica Cetona no simétrica
C
R
H
Aldehído
TABLA I. Prefijos para la nomenclatura común de aldehídos y cetona
Prefijo
R
Prefijo
R
Form-
H
Isobutir-
(CH3)2CH-
Acet-
CH3-
Valer-
n-C4H9-
Propion-
C2H5-
Isovaler-
(CH3)2CCH2-
Butir-
n-C3H7-
Benz-
C6H5-
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 3
: O:
Ejemplos de nomenclatura común de aldehídos y cetonas
:O :
:O:
H
H
;
:O :
:O
H
;
H
;
H
formaldehído acetaldehído propionaldehído
: O:
;
Valeraldehído
: O:
:O :
Butilmetilcetona
Benzaldehído
:O:
;
;
Dimetilcetona Etilmetilcetona Dietilcetona
: O:
;
H
;
: O:
;
:O :
: O:
Isovaleraldehído
:O :
;
H
Metilpropilcetona
Etilpropilcetona
:O :
:O :
;
;
Metilisopropilcetona
;
Butiraldehído Isobutiraldehído
:O:
H
H
Diisopropilcetona
Terc-butilisopropilcetona
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 4
Nomenclatura sistemática de aldehídos
:O:
:O :
H
H
;
..
Metanal
..
Br
:..
: OMe
:O :
:O :
H
Etanal
;
H;
Propanal
H
Butanal
;
..
:Cl
..
Pentanal
:O :
: O:
H
;
H
;
H2N H
H
..
(2S)-2-amino-3-trans,
(4R, 5R)- 6-bromo-4,5-dimetil5-metoxi-2-trans-hexenal
5-cis-heptadienal
:OHC
..
CHO :
..
..
CHO ;
..
:O :
..
CHO ;
..
ciclopropan2-Ciclobutencarboxaldehído carboxaldehído
;
H
H
..
H CHO
..
(2S, 5S)-2-butil-5-cloro3-trans, 6-heptadienal
..
Br :
..
(2S)-metil-3-ciclopenten- (3S)-bromo-1-ciclohexencarboxaldehído
carboxaldehído
..
CHO:
;
2,4,6-ciclopentatriencarboxaldehído
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 5
Nomenclatura sistemática de cetonas
..
:Br: :O :
:O:
;
: NH2
4-amino-7-metil-4Z, 6-octadien-2-ona
..
: Br
..
2-bromo-(5R)-etil-6-metilen2Z,7-octadien-4-ona
..
..
O:
H
CHO ;
:O :
..
O
..
;
(6S)-cloro-2,4ciclohexadienona
4-oxo-5-trans,
7-trans-nonadienal
:O :
3-etil-(6S, 7)-dimetil-4-octanona
:O:
:Cl :
;
(5R)-Bromo2-ciclopentenona
3-Oxo-pentanodial
;
H
H
..
OHC
..
:O:
H
H
meso-3,6-dimetil4-cicloheptenona
Ácido (6S)-formil-(4R)-metil3-oxo-octanoico
.. ..
OHC
CHO
;
.. ..
..
OH
..
: O : :O :
H H CH3
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
: O:
C
: O:
CH3
;
C
Acetofenona
fenilmetilcetona
Propiofenona
fenilpropilcetona
:O :
:O:
;
C
C
Butirofenona
butilfenilcetona
Benzofenona
Difenilcetona
..
OH
.. :O:
C
H3C
O2N
..
: Cl
..
:O :
C
:O :
C
CH3
2-hidroxi-4-metilacetofenona
(2-hidroxi-4-metilfenil), metil, cetona
O2N
Antonio Galindo Brito 6
;
..
:Br
; ..
3-nitrofenilpropiofenona
(3-nitrofenil), propil cetona
..
Br : O2N
.. :O:
C
O2N
4-cloro-3-nitrobutirofenona
(4-cloro-3-nitrofenil), butil, cetona
2,4-dibromo-2´,4´-dinitrobenzofenona
(2,4-dibromofenil), (2´,4´-dinitrofenil), cetona
LECCIÓN 16
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Antonio Galindo Brito 7
Radicales acilo
HO - CO - R
- OH
O
CH3CO - Radical acetilo
(Ar) (R´) - CO - R
- R´
R-C-
Cetona; eliminación
de un resto alquilo (arilo)
PhCO -
Estructura del grupo carbonilo
Enlace C=O
175-180 kcal/mol
Enlace pi (p-p)
Radical benzoilo
Enlace C=C
146 kcal/mol
Electrones sin compartir
del átomo de oxígeno
:
O
:
C
Radical formilo
Ácido carboxílico; eliminación
de un grupo hidroxilo
R - CO Radical acilo
HCO -
120º
120º
O
C
120º
Enlace sigma (sp2-sp2)
Enlace pi (p-p)
º
1,204 A
H
º
1,124 A
H3 C
C
..
O
..
º
1,500 A
121
H
114º
H3 C
C
125º
..
O
..
..
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
H
C
O:
¨
H3C
H
+
.. -
C
O:
H3C
;
Antonio Galindo Brito 8
δ+
..
C
O
¨
Propiedades físicas de los aldehídos y cetonas
δ
-
¨
µ aproximadamente 2,7 D
TABLA II. Momentos dipolares de aldehídos y cetonas comparados con otras sustancias
Sustancia
Tipo
Fórmula
µ (D)
G. Funcional
Metanal
Aldehído
HCHO
2,33
-CHO
Etanal
Aldehído
CH3CHO
2,72
-CHO
Propanal
Aldehído
CH3CH2CHO
2,52
-CHO
Propanona
Cetona
CH3COCH3
2,88
-CO-
Acetofenona
Cetona
CH3COPh
3,02
-CO-
Ciclobutanona
Cetona
C4H6O
2,99
-CO-
Ácido acético
A. Carboxílico
CH3COOH
1,74
-COOH
Cloruro de acetilo
Cloruro de ácido
CH3COCl
2,72
-COCl
Acetato de metilo
Éster
CH3COOCH3
1,72
-COOR
Acetamida
Amida
CH3CONH2
3,76
-CONH2
1-Buteno
Alqueno
CH3CH2CH=CH2
0,30
-C=C-
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Aldehídos
Cetonas
Antonio Galindo Brito 9
Fórmula
PF (ºC)
PE (ºC)
Solubilidad g/100ml agua
Metanal
HCHO
- 92
-21
Muy soluble
Etanal
CH3CHO
- 123,5
20,2
∞
Propanal
CH3CH2CHO
- 81
49,5
20
Butanal
CH3(CH2)2CHO
- 99
75,7
4
Pentanal
CH3(CH2)3CHO
- 92
103,4
Ligera
Hexanal
CH3(CH2)4CHO
131
Ligera
Heptanal
CH3(CH2)5CHO
- 42
155
0,1
Benzaldehído
PhCHO
- 28
178
0,3
o-Tolualdehído
(o-CH3)-PhCHO
196
m-Tolualdehído
(m-CH3)-PhCHO
199
p-Tolualdehído
(p-CH3)-PhCHO
205
Propanona
CH3COCH3
- 94, 8
56,2
∞
Butanona
CH3CH2COCH3
- 86,9
79,6
37
2-Pentanona
CH3(CH2)2COCH3
- 77,8
102,4
Ligera
3-Pentanona
CH3CH2COCH2CH3
- 39,9
102,0
4,7
2-Hexanona
CH3(CH2)3COCH3
- 35
150
2,0
3-Hexanona
CH3CH2CH2COCH2CH3
124
Ligera
Acetofenona
PhCOCH3
21
202
Insoluble
Benzofenona
PhCOPh
48
306
Insoluble
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 10
Los primeros aldehídos (metanal y etanal) polimerizan fácilmente en solución, pero se puede obtener la forma
monomérica destilándolos:
H
..
.. .. ..
CH2OCH2OCH2O
.. .. ..
Paraformaldehído
O:
;:O :
O:
..
Trioxano
Me
;
.. Ácidos ..
:O
3 CH3CHO
..
etanal
H
Me
..
O:
Me
H
O : trímero del
..
etanal
Reactividad química de los aldehídos y cetonas
Centro electrófilo
Atacado por nucleófilos
Centro nucleófilo y básico
: O : Atacado
por electrófilos y
ácidos (próticos y de Lewis)
C
(R) (H)
H
H Hidrógenos ácidos (pKA = 19-29)
Abstraidos por bases fuertes
Dado que el átomo de carbono del grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas es un centro deficiente en
electrones (un centro electrófilo), será atacado por nucleófilos y como el punto débil del grupo carbonilo es
el enlace pi (π), la reacción típica de los aldehídos y cetonas será la ruptura del doble enlace por ataque de
un nucleófilo, es decir, la formación de un enlace carbono-nucleófilo con ruptura del enlace pi, de modo,
que el proceso globalmente, es una adición nucleófila (AdN):
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 11
Adiciones nucleófilas: mecanismo y estereoquímica
..
.. -
:O
Nu :
nucleófilo
-
+
:O :
AdN
C
*C
R´
R
R´= H; aldehído
R´ = alquilo o arilo; cetona
(carbono proquiral)
Nu :
R
..
..
H
..
*C
R´
Nu
R
Nu
A
carbono proquiral
C
B
Nu :
(b)
..
O
..
A
B
A
B
H
-
+
OH
R´
Nu
(±) Mezcla racémica
(carbono quiral)
(a)
:O
O H
.. -
O:
* ..
.. O:
..
* Nu
H+
*
Nu
A
B
enantiómeros
H+
A
B
*
..
O H
..
..
O
..
carbono quiral Nu
H
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 12
Reacciones de condensación
R´= H; aldehído
R´ = alquilo o arilo; cetona
carbono quiral
..
:O
H2Nu :
+
R
(±) Mezcla racémica
.. -
C
*C
R´
carbono proquiral
R´
NuH2 R
+
R
..
+ H+
- H+
:O :
AdN
compuesto aquiral
carbono quiral
:O
*C
H
E2
R´
NuH
R
..
HOH +
.. R´
C = Nu
..
Reactividad relativa de aldehídos y cetonas en las reacciones AdN
Los aldehídos reaccionan más rápidamente que las cetonas en las reacciones AdN tanto por razones estéricas
como electrónicas
..
:O
Efectos estéricos
Nu:
-
.. δ :O
C
+
R
C
R´
R´= H; Alquilo; Arilo
El estado de transición está más apiñado
cuando R´es un grupo alquilo o arilo
R´
R
Nu
δ-
*
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
:O :
Efectos electrónicos
C
δ
R
+
+
+ δ < δ
1
2
1
:O:
C
+
δ2
H
R
R´
Antonio Galindo Brito 13
R y R´donan electrones al Carbono
El H no es donante electrónico,
por
DD
lo que las cetonas son menos reactivas
Efectos electrónicos de los sustituyentes (efecto – I)
Reactividad creciente
..
..
..
..
R -CH2 - CHO
R - CHCl - CH2 - CHO
>
..
R -CCl2 - CHO > R -CHCl - CHO
>
..
..
..
..
..
..
..
-R
- R > R - CH2 - CO
- R > R - CHCl - CH2 - CO
R - CCl2 - CO - R > R - CHCl - CO
..
..
..
..
El Cloro retira electrones por efecto -I
Reactividad creciente
Efectos estéricos
:O :
:O :
Dimetilcetona
Me
>>
>
Dietilcetona
:O :
:O :
Me
Me
Me H Me H
>>
Disopropilcetona
Me
Me MeMe Me
Diterc-butilcetona
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 14
Adiciones nucleófilas de aldehídos y cetonas
Catálisis ácida.- Los ácidos próticos y de Lewis aumentan la reactividad de los aldehídos y cetonas, porque
aumentan la deficiencia electrónica del carbono carbonílico. Sin embargo, la catálisis ácida debe hacerse con
cuidado para que el nucleófilo no se protone, porque ello disminuye la nucleofilia ralentizando la reacción:
La catálisis ácida hace al carbono
más deficiente en electrones
..
C
O:
+
+
H3 O :
..
H 2O :
+
Cetona o Aldehído Catión Hidronio
..
C
O:
..
C
O
+
..
C
+
H
Catión oxonio
O
H
¨
Carbocatión
Los ácidos de Lewis hacen
más deficiente al carbono
+
.. + -
BF3
C
O
+
C
BF3
La protonación del nucleófilo disminuye la nucleofilia
RH2Nu :
Nucleófilo
+
H3O
Catión hidronio
RH3Nu
O
..
carbocatión
catión oxonio
.. +
..
+
+
Nucleófilo protonado
..
H2O
..
BF3
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Adición de agua y alcoholes a aldehídos y cetonas
:O:
R´
R
H3O :
Catión Hidronio
Cetona o Aldehído
..
O:
+
..
R-O-H +
..
alcohol
+ R
H O
..
C
*
..
O
..
..
H2O: +
C
Catión oxonio
..
+
H3O :
C
C
O
+
H
R
Catión oxonio
C
R
+ ..
OR
Catión oxonio
O
+
..
H
Catión oxonio
R´
diol geminal R
(muy inestable)
R´= H; aldehído
Formación de hemiacetales
C
.. ..
HO::OH
+
..
+ H2O:
Antonio Galindo Brito 15
O:
..
+ ..
O
O
+
:
..
H + H2O :
..
C
O H
* ..
H
..
H2O : +
H
+
Catión oxonio
Catión oxonio
..
..
OR H2O:
..
C
OH2
..
* +
Catión oxonio
R
O
C
H
..
+
H3O :
+
C
..
OR
..
..
*
..
OH
Catión Hidronio Hemiacetal
..
OR
..
..+
Química Orgánica 2º.
Formación de acetales
C
LECCIÓN 16
Antonio Galindo Brito 16
..
C
..
+
H2O:
OH2
OR
+
Catión oxonio (quiral)
Catión oxonio (aquiral)
..
..
R-O-H+
..
alcohol
..
..
C
OR
+
+
C
Catión oxonio
(quiral)
..
+
H3O :
..
OHR
..
..
Catión oxonio
(aquiral)
OR
C
OR
+
H2O:
Catión hidronio
Catión oxonio(quiral)
(1 mol)
..
..
RCHO : + R´OH
..
..
..
RCHO + 2 R´OH
..
..
+
C
..
OR
....
OR
..
Acetal (aquiral)
..
.OH
.
..
RCH * . . + H2O:
OR´
..
acetal
..
(aquiral) OR´
..
..
RCH . . + 2 H2O:
.OR´
.
hemiacetal
(quiral)
(2 moles)
+
OHR
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 17
Acetales como grupo protectores de aldehídos, cetonas y 1,2-dioles
:O :
R´
R
..
OH
..
..
+ HO..
1,2-etanodiol
Aldehído (R´= H)
o Cetona (R´= alquilo, arilo)
R
R´
H
H
HO: :OH
:O
..
O
..:
R
R´
+
..
H2O:
Acetal (Aldehído o Cetona protegidos)
:O :
R
R´
H
+
H
:O
..
O:
..
+
..
H2O:
.. ..
Propanona
1,2-Diol
Acetal (1,2-diol protegido)
Eliminación del grupo carbonilo vía tioacetales
:O:
..
SH
..
..
R´ + HS
R
..
Aldehído o Cetona
:S
..
R
1,2-etanotiol
:S
..
..S :
R
R´
Tioacetal
+
R´
Tioacetal
Ni Raney
H2
..
.. + H2O:
S:
R
alcano
R´
..
+ NiS..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
:N
Adición de cianuro de hidrógeno
: O:
R´
R
:CN
+
R
R´´
+
R´
Cetona
H
R
+
Aldehído
R´ - MgX
.. O:
..
..
..
+ H2O: R´´ O
..
R´
..
CHO +
..
Aldehído
R
H
R´
- ..
+ :OH
..
( +- ) - Alcohol terciario
..
.. ..
H
R´ O : + H O :R´ O
..
..
R
Grignard
:OH
..
+
(±)-Cianhidrina
Grignard
..
:O
R
R´´ - MgX
- ..
R´
R
R´
Adición de organometálicos
..
:O
..
OH
..
.. C
.. NC O : + H2O:
..
R
Aldehído o Cetona
Antonio Galindo Brito 18
H
R
H
- ..
+ :OH
..
( +- ) - Alcohol secundario
..
H O: H
Li - Ar
C
R
Arilitio
( + ) - Alcohol secundario
-
- ..
+ :OH
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 19
Reacción de Wittig. Síntesis de olefinas
Las cetonas y los aldehídos se convierten en alquenos por acción de los iluros de fósforo (fosforanos), en un
proceso conocido como reacción de Wittig. Los iluros se preparan in situ por acción de trifenilfosfina sobre un
haluro de alquilo seguido de tratamiento básico:
..
.. -
:O
R
-
+
P (Ph)3
C
H
..
+
:O :
Betaína
C
C
C
Aldehído
Haluro de trifenilalquilfosfonio Cetona
H
R
H
C
..
R
H
C
Alqueno
H
C
O:
Ph3P
C
R
R
C
+
..
O = PPh3
..
Óxido de fosfina
+
P (Ph)3
Ph3P
+
C
:O :
- ..
Betaína
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Preparación de iluros de fósforo
Ph3P :
+ R - CH2 - X
Trifenilfosfina
- ..
+
R - CH - PPh3 : X :
..
R´Li
- ..
+
:
R - CH2 - PPh3 : X
..
SN2
Haluro de alquilo
.
Haluro de trifenilalquilfosfonio
-
R
+
R´H
H
..
C
H
-
+
P (Ph)3
Iluro de fósforo
+
P (Ph)3
C
..
H
+
LiX
Iluro de fósforo
Haluro de trifenilalquilfosfonio Alcano
R
Antonio Galindo Brito 20
R
C
H
P (Ph)3
Fosforano
Ventajas de la reacción de Wittig
:O:
Wittig
+
CH2 = PPh3
+
Butanona
..
:Br:CH
3
2-metil-1-buteno
..
+ NaOMe
..
(±)-2-bromo-butano
..
O=PPh
3
..
CH2
Óxido de
trifenilfosfina
CH2
+
2-metil-1-buteno
2-buteno
Mayoritario
..
+ HOMe
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 21
Reacciones de condensación
Formación
de iminas
..
O:
C
+
- ..
+
H3O+
: O : NH2R´´
: NH2R´´
R´
R
Aldehido R´= H
Cetonas
.. ..
HO : NHR´´
R
R´
R
R´
R
H 3 O+
..
H2O :
+
R´
+ .. H
..
H2 O NR´´ H2O:
..
R´
R
..
+
H3O +
H3O+
R´´ R´´
:N
;
+ H2O : +
R´
R
R
N:
C
C
:N
..
Imina
Heminal
Carbinolamina
R
..
Heminal
Carbinolamina
Amina primaria
..
.. ..
H O : NHR´´
Iminas diastereómeras
(syn y anti)
R´
R´´
(anti + syn)
C
R´
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
H3C
N:
CH3
:N
C
H3C
Antonio Galindo Brito 22
C
CH2CH3 H C
3
Imina anti
Imina syn
CH2CH3
Formación de sales de imonio y enaminas
..
CHO : + : NH(CH )
3 2
..
Benzaldehído
C
Dimetilamina
H
O:
C
..
+
Propanona
: NH(CH3)2
HO
NMe2
CH3
+
N
CH3
Sal de imonio
NMe2
+
Dimetilamina
Hemiaminal
Enamina
..
H2O:
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
..
pirrolidinenamina
de la ciclohexanona
O:
Antonio Galindo Brito 23
..
N
H
C
+
ciclohexanona
ácidos
C
..
N
H pirrolidina
Condensaciones con hidroxilamina e hidracinas
..
C
O:
+ : NH2 - Z
Ácidos
..
C
..
N - Z + H2O
..
El esquema anterior representa una reacción genérica entre un compuesto carbonílico (aldehído o
cetona) y una serie de derivados que contienen un grupo amino (-NH2) unido a un grupo Z variable. Así,
cuando Z = H el reactivo es el amoniaco, cuando Z = alquilo o arilo será una alquil- o arilamina primaria,
cuando Z = OH será la hidroxilamina, cuando Z = NH2 será la hidracina ( si Z= - NHPh será la
fenilhidracina) y finalmente, cuando Z = -NHCONH2 tendremos la semicarbacida.
Química Orgánica 2º.
LECCIÓN 16
Antonio Galindo Brito 24
TABLA IV
Z
Reactivo (NH2 – Z) (nucleófilo)
Producto (syn + anti)
-H
H2N – H (amoniaco)
C = N H2 (Iminas)
-R
H2N – (R, Ar) (amina primaria)
C = NH (R , Ar) (Base de Schiff)
- OH
H2N – OH (hidroxilamina)
C = N OH (Oximas)
- NH2
H2N – NH2 (hidracina)
C = N – NH2 (Hidrazonas)
- NHPh
H2N – NHPh (fenilhidracina)
C = N – NHPh (Fenilhidrazonas)
- NHCONH2
H2N – NHCONH2 (semicarbazida)
C = N – NHCONH2 (Semicarbazonas)
Las bases de Schiff, las oximas, las hidrazonas y las semicarbazonas pueden existir como dos
diastereómeros llamados anti y syn, de las que el más estable siempre es el diastereómero anti, pues coloca
a los grupos más voluminosos lo más alejados posible.
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
..
..
CHO + : NH2OH
..
..
Benzaldehído
Ciclohexanona
:O :
Butanona
..
Ph
OH
H Oxima anti del ..
..
Ph
Ácidos
H
N
C
H
Oxidaciones y Reducciones de aldehídos y cetonas
..
NHPh + H2O
..
..
.. .. .. .. + H O
2 ..
NHNHCONH2
..
Semicarbazona
anti de la butanona
..
Ácido carboxílico
O
Oxidante
..
R
..
(Hidrazona anti de
la ciclohexanona)
..
.. .. ÁcidosPh
+ : NH2NHCONH
.. 2
..
R - CHO
..
N
C
..
Aldehído
..
+ H2O
..
benzaldehído)
Fenilhidrazina
Semicarbazida
..
N
C
Ácido
Hidroxilamina
..
..
O + : NH2NHPh
..
Antonio Galindo Brito 25
C
Oxidante = K2Cr2O7; CrO3; KMnO4;Ag2O
..
OH
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 26
El Ag2O es un oxidante muy suave que oxida selectivamente los aldehídos a ácidos carboxílicos en
presencia de alcoholes. La reacción se conoce como prueba de Tollens y es usada como certeza de la
existencia de un grupo aldehído en la molécula. El reactivo en realidad es una solución amoniacal de sales de
plata y si el ensayo es positivo se deposita plata metálica en las paredes del tubo de ensayo (espejo de plata).
..
R - CHO
.. +
Aldehído
2 [Ag(NH3)2]
+
- ..
.. ..
RCOOH + 2 Ag(s) +
.. ..
+ 3 : ..OH
Reactivo de Tollens
..
4
..
NH3 + 2 H2O
..
Ácido carboxílico
Las cetonas en condiciones normales no se oxidan y si se fuerzan las condiciones experimentales se rompen
en dos fragmentos.
Reducciones de aldehídos y cetonas
R
C
..
O
..
R´
R´= H; aldehído
R´= Alquilo o Arilo;
Cetona
NaBH4
..
OH
..
R
C
R´
H
R´= H; Alcohol primario
R´= Alquilo o Arilo; Alcohol
secundario quiral ( +
-)
Las reducciones también pueden
hacerse con boranos (BHR2; BH2R; BH3)
y con hidrógeno molecular (H2) en
presencia de níquel como catalizador, pero
estos reactivos no son compatibles con la
presencia de dobles y triples enlaces en la
molécula que se hidrogenarían.
A efectos prácticos, el NaBH4 puede
considerarse como una fuente de aniones
hidruro (H: - ) y es preciso tener en cuenta
los aspectos estereoquímicos de la
reducción de cetonas ya comentados
anteriormente. Este reactivo no hidrogena
los dobles enlaces no conjugados.
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Butanal
:O :
1.- NaBH4
2.- H2O
H
Acetofenona
Fenilmetilcetona
..
O
..
1-Butanol
Antonio Galindo Brito 27
.. H
O
..
- (+-) -1-Feniletanol
:H
C
CH
CH3
H:
CH3
R prioritario sobre R´ alcoholes enantiómeros
..
(a) cara si
H
H
-
(a)
R
caras proquirales
C
O:
..
R´
H:
..
OH
..
(b)
(b) cara re
.. O:
..
.. O:
..
R
R´
R
R´
H
H O H
..
R
R´
..
R
H O H
..
R´
H
..
O
..
..
O
..
H
H
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 28
Reacciones de desoxigenación: conversión de aldehídos y cetonas en alcanos
Zn(Hg)-HCl
Reducción de Clemensen
C
R´
R
C
..
O
..
NH2 - NH2 , KOH
H
NaBH4
C
R´
H
R´= H; Alcohol primario
R´= alquilo o Arilo;
Alcohol secundario
LiAlH4
C
TsCl - Piridina
R´
H
..
OTs
..
R
..
R
C
R´ Alcano
..
OH
H
R
Alcano
Reducción de Wolff-Kishner
R´
R´= H aldehído
R´= Alquilo, Arilo;
Cetona
H
R
H
Tosilato de alquilo
Sustituciones en posición alfa: halogenaciones, enolatos
Los α-H (en relación al grupo carbonilo) de los aldehídos y cetonas son ácidos (pKA = 20) y son
abstraídos por bases tales como hidróxidos y alcóxidos, para formar una nueva entidad conocida como
enolato (un potente nucleófilo), aunque es preciso tener en cuenta que cuando se usan las bases citadas, en
el equilibrio la cantidad de enolato presente es muy pequeña:
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 29
: O:
C
(R´) (H)
H
H
Hidrógenos ácidos pKA = 20
Abstraidos por bases
..
..
:O
R
C
:O
H
C
- ..
R´
+: ..OR
H
Cetona o Aldehído; Alcóxido
pKA = 20;
Base más
débil
Ácido más débil
- ..
..
R
C
R´
:O
..
C
carbanión
H
R
oxanión
R´
C
C
H
..
+ R -O-H
..
Alcohol
Anión Enolato. Dos formas resonantes. Una es un
Ácido más
carbanión y otra un oxanión. Mayoritaria la oxanión,
fuerte
pues todos los átomos tienen su octete completo y
la carga se sitúa sobre el átomo (el oxígeno) más apto pKA = 16
para soportarla. Base más fuerte
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 30
Es posible transformar completamente una cetona o un aldehído en el correspondiente enolato usando
una base fuerte como un amiduro, siendo la más utilizada el LDA (LitioDiisopropilAmiduro) que puede
prepararse tratando el butilitio con diisopropilamina:
..
C4H9 - Li
..
:O
R
C
Butillitio
+
C4H10
H - N (Pr-i)2
..
:O
C
H
R´
+ LDA
..
R
C
Base más fuerte
Cetona o Aldehído
pKA = 30, Ácido más fuerte
R´
..:O
..
C
-
+
Li - N (Pr-i)2
Butano
Diisopropilamina
H
..
R
H
Li
LDA
+
C
..
R´
C
H
Enolato. Base más débil. Excelente nucleófilo
+
H - N - (isoPr)2
Diisopropilamina
pKA = 40
Ácido más débil
Halogenación promovida por bases
..
R - CO - CH2 - R´ + X2
..
cetona
..
+ KOH
..
..
..
..
KX: H O
R - CO
.. - CHX - R´ + .. + 2 ..
( +)−α-halocetona
)−α
-
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
..
:O
C
C
H
Cetona
- ..
+ :OH
..
.. :O
..
C
..
+ H2O
..
C
Anión enolato
Anión hidróxido
- ..
:O
..
Antonio Galindo Brito 31
O
C
C
.. ..
+ : ..X - X.. :
C
C
X
α-Halocetona
.. + : ..X :
Si la reacción se efectúa en medio alcalino puede ocurrir polihalogenación, es decir, la entrada de varios
átomos de halógeno. Es posible evitarlo efectuando la reacción en medio ácido (ácido acético) y en estas
condiciones el proceso transcurre a través del enol intermedio y no por el enolato:
3-Pentanona
..
+2
:O:
..
: Br
..
..
Br :
..
+
Br2 + 2 KOH
..
2,2-Dibromo3-pentanona
: O:
..
..
2 KBr : + 2 H2O:
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Tautomería ceto-enol
..
..
O:
H
H
H
+
H
2-pentanona
H
+
OH3
..
Hidronio
..
H2O :
+
H
H
H
2-pentanona
protonada
H
H
2-pentanona
protonada
H
C
+
..
:O
+ O H
H
..
H
: OH2 + H
:O
..
Antonio Galindo Brito 32
H
H
H
H
H
+
H 1-penten-2-ol
..
:O
R´= H; Aldehído
R´= Alquilo; Arilo; Cetona
..
:O H
Ácidos
R
Forma Ceto
+
:OH3
Hidronio
Un enol
H H
R´
H H
C
+
..
:O
R
R´
Forma Enol
H
H H
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Formas enol
Formas ceto
..
: O:
Antonio Galindo Brito 33
K
% Ceto
2. 10-5
100
0
1,5 . 10-7
100
0
98,8
1,2
76
24
% Enol
: OH
H
.. H
:O :
: OH
: O:
.. H
: OH
5 . 10-5
..
:O: : O:
: OH :O:
3,16
[Enol]
K =
[Ceto]
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 34
..
:O
3-Pentanona
..
O
..
+H
:O:
Cetona protonada
Ácido acético Un catión oxonio
C - CH3
:O
H H
:O
H
+
H
Agua
O:
..
H
+O
..
X
H
Anión acetato
H
+
Cetona protonada
Un catión oxonio
H
CH3 - C
.. O:
..
Enol de la 3-pentanona
..
+ OH
.. 2
+
+
+
O
O:
+ ..
OH3
Catión hidronio
..
H
.. ..
X
X-X
.. + : X.. :
.. ..
O+
H
..
H X
+
:O:
.. + : X.. :
..
H
X
..
:
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
:O:
Ácido carboxílico
Aldehído
R-C-H
+
X2
..
+ H2O
..
Antonio Galindo Brito 35
:O :
..
R - C - O -H +
..
..
2H-X :
..
Condensaciones aldólicas catalizadas por bases
(±)-3-hidroxi-butanal
Etanal
..
:O:
: OH : O :
KOH
2
H
H
Propanona
4-hidroxibutanona
..
:O :
KOH
2
: O : HO : CH3
Los aldehídos y las cetonas dan una reacción de
condensación en medio alcalino, proporcionando unos
aductos conocidos como aldoles, que en realidad son
β-hidroxi-aldehídos o β-hidroxicetonas. Los aldehídos
reaccionan más rápidamente que las cetonas por
razones fundamentalmente estéricas. En muchas
ocasiones los aldoles se deshidratan formando
compuestos carbonílicos α , β – insaturados, o sea,
aldehídos o cetonas α , β – insaturados.
Química Orgánica 2º.
LECCIÓN 16
..
: O:
: OH :O :
KOH
3-hidroxi-butanal; un aldol
.. ..
HO: CH3 KOH
..
+ H2O..
H
H
:O
Antonio Galindo Brito 36
2-trans-butenal
: O:
..
+ H2O..
4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona; 4-metil-3-penten-2-ona
un aldol
..
HO H
-
:O :
HO : +
H
..
HO
..
HO
..
carbanión
H H
O
H
..
H
-
2-trans-butenal
H
H
:O :
..
-
H
+
..
-
H
:O:
+
H
HO :
..
..
H2O :
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 37
Mecanismo de la condensación aldólica
: O : Acetaldehído
Anión hidróxido
Catalizador
.. HO: +
..
- ..
Enolato
: O:
+
H
H
H
..
H2O :
H
..
:O
.. -
Acetaldehído
H
H H
:O:
H
+ -H
:
..
H
:O :
..
H O
..
..
H
(+
- )-3-Hidroxibutanóxido
H
H
H
:O: H O : H2O:
C
.. -
O:
H H Enolato del acetaldehído
H
H
..
H
( + )-3-Hidroxi- butanal
.. HO:
+ ..
H
Anión hidróxido
Catalizador
La condensación aldólica es reversible y la reacción inversa es conocida como retro-aldólica.
:O :
H
..
OH
..
H
(+
- )-3-Hidroxi-butanal
.. HO:
.. 2
:O :
H
Acetaldehído
H
H H
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 38
Preparación de aldehídos y cetonas
Oxidación de alcoholes
R
..
OH
..
..
CCP
R
Aldehído
Alcohol primario
H
:O:
: OH
;
R
CrO3- piridina
R´
(±)-Alcohol secundario
R
R
1-butanol
..
OH
..
..
..
OH
..
Na2Cr2O7 - H2SO4
R
butanal
..
OH
Ácido carboxílico
+
+
: O:
:O :
..
OH
..
H
Ácido butanoico : O :
H2SO4
..
K2Cr2O7
OH
CCP
..
R´
Cetona
+ NH [CrO3Cl] = CCP = clorocromato de piridinio
Alcohol primario
:O:
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 39
Ozonólisis de alquenos
R
R
C
C
H
R
C
C
H
R
R´
C
H
R´´
R
R´´
C
R´
..
2 RCHO:
H
(1) O3
R´ (2) Me
2S ó (Zn-HOAc)
H
C
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)
C
R´´´
..
..
RCHO:
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)
+
R´CHO:
R´
..
..
RCHO :
+
:O
C
R´´
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)
R
..
:O
..
C
R´
+
:O
R´´
C
R´´´
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 40
Hidratación de alquinos
:O:
Hg+2-H2SO4
CH3
R
R
C
CH
..
OH
..
R
Alquino terminal
Metilalquilcetona
: O:
Aldehído
R
H
(1) R2BH-THF
(2) H2O2 - NaOH Enol (cis+trans)
Síntesis de arilcetonas por acilación de Friedel-Cratfs
R
R
R´COCl-AlCl3
: O:
+
R = alquilo
R´
R´
R
Aril, alquil, cetonas
O
.. :
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º.
Antonio Galindo Brito 41
Reducciones de ácidos carboxílicos y sus derivados ( Se estudiarán en la lección 18).
Aldehídos y cetonas en la naturaleza. Aldehídos de la corteza de la naranja
neral
dodecanal
geranial
.. ;
CHO
..
decanal
octanal
2-decenal
CHO
β -sinensal
;
.. perillaldehído
..OHC
;
;
..OHC
..
..
CHO
..
undecanal
..
CHO
..
nonanal
..
CHO
..
..
2-dodecenal
CHO
..
2-hexenal
..
CHO
..
citronelal
..
CHO
.. ;
..
CHO
.. ;
..
CHO
;
..
.. ;
CHO
..
α-sinensal
..OHC
..
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º
Antonio Galindo Brito 42
Componentes cetónicos del aceite de naranja
propanona
:O :
:O :
:O: 3-metil-3E-hepten-2-ona
2-decanona
;
;
Componentes cetónicos del aceite de vegetales
(+)-carvona
(semilla de
alcaravea)
(-)-carvona
(menta)
nootkatona
.. ..
O O
.. ..
..
O
..
H
H
Componentes del aroma de la margarina
:O:
:O :
H
etanal
:O :
;
;
:O :
2,3-butanodiona
(diacetilo)
H
4-cis-heptenal
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º
Antonio Galindo Brito 43
Componentes del aroma de especias
:O :
:O :
:O:
H
;
;
benzaldehído
(olor almendras amargas)
3-fenil-2-trans-propenal
(cinamaldehído; canela)
2-heptanona (clavo)
Cetonas en perfumería
α-irona
..
O
..
..
O
..
..
O
β -irona ..
;
..
O
..
;
;
..
O
..
γ-irona
2-metil-3-(p-t-butilfenil)-propanal
;
H
β -ionona
α-ionona
muscona
civetona
;
O:
..
:O :
..
O
..
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º
Antonio Galindo Brito 44
Aldehídos y cetonas del vino
:O:
etanal
propanal
butanal
H
H ;
;
:O:
: O:
propanona
H ;
H
: O:
:O :
decanal
;
H
H
: O:
2-pentanona
: O:
: O:
;
;
butanona
:O :
heptanal
;
: O:
;
;
nonanal
H
:O :
2-metil-butanal
H
:O : :O:
octanal
:O :
;
;
2-heptanona
2-hexanona
diacetilo
Aldehídos y cetonas del zumo de melocotón
:O:
etanal
: :
isopentanal O
:O:
3-trans-hexenal
:O :
:O:
;
H
;
3-cis-hexenal
H
:O:
2-trans-hexenal
H
;
H
nonanal
:O :
H ;
H ;
2-cis-hexenal
hexanal
H
: O:
;
2-trans-4-trans-decadiennal
H
: O:
furfaral
;
H
..
O
..
..
CHO
..
:O :
LECCIÓN 16
Química Orgánica 2º
Cetonas con esqueleto esteroidal
..
HO: H
testosterona
trans-androsterona
H
..
HO : H
H
H
H
: O:
estrona
H
..
O
..
H
aldosterona
progesterona
H
..
O
.. :
O:
H
H
corticosterona
..
..
HO:
H
H
;
..
O
..
H
H
..
.. O :
OH
..
H
:O
H
..
O
..
..H
OH
..
..
:O
;
H
H
..
:O
H
..
HO : H
H
H
H
..
HO
..
cis-androsterona
;
;
..
O
..
Antonio Galindo Brito 45
H
..
O
..