Química Orgánica II - Departamento de Química Orgánica

Universidad de Buenos Aires
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Química Orgánica II
Guía de Problemas
2º cuatrimestre 2011
Profesores:
Dr. Juan Bautista Rodríguez
Dra. Alicia Couto
Docentes Auxiliares:
Dra. Andrea Brutomesso
Dra. Rosalía Agustí
Química Orgánica II - 2º Cuatrimestre 2011
Carácter: Obligatoria
Profesores Responsables:
Docentes Auxiliares :
Duración: 16 semanas (cuatrimestral)
Dr. Juan Bautista Rodríguez
Dra. Alicia Couto
Dra. Andrea Brutomesso
Dra. Rosalía Agustí
Carga horaria semanal: 14 horas
Materias correlativas: Trabajos Prácticos de Química Orgánica I y Final de Química
Inorgánica II
1. Reacciones de funcionalización e interconversión de grupos funcionales.
Reacciones de oxidación y reducción de alcoholes y compuestos carbonílicos.
Reacciones específicas (Baeyer-Villiger, Oppenauer, Clemmensen, Wolff - Kishner).
Reacciones de sustitución en el acilo. Ácidos carboxílicos y derivados: halogenuros
de acilo, cetenas, anhídridos, ésteres, amidas. Hidrólisis. Saponificación.
Reactividad de los distintos derivados. Reacciones de reducción. Degradación de
amidas. Reacciones de halogenación en C-α de compuestos carbonílicos y ácidos.
Reacción de Hell - Vollhard - Zelinsky.
2. Reacciones de formación del enlace C-C. Reacciones de enolización de
compuestos carbonílicos, sustitución en C-α. Reacciones de condensación de
compuestos carbonílicos y carboxílicos. Condensación aldólica y relacionadas
(Claisen, Perkin, Knoevenagel, Dieckman). Síntesis malónica y acetoacética.
Alquilación de compuestos carbonílicos. Enaminas. Reacciones de compuestos
carbonílicos con iluros (Wittig) y con compuestos organometálicos de magnesio, litio,
cadmio, etc. Reacciones de anelación. Anelación de Robinson. Aplicación de la
reacción de Diels-Alder.
3. Funciones nitrogenadas. Aminas. Relación entre basicidad y estructura. Formación
de sales. Reacciones de las aminas y de sus sales de diazonio. Eliminación de
Hoffmann. Nitrilos. Nitrocompuestos alifáticos y aromáticos.
4. Introducción a la síntesis orgánica. Planeamiento de una síntesis. Síntesis
convergente y síntesis lineal. Camino retrosintético. Sintones. Concepto de grupo
protector.Estrategia en síntesis orgánica: Inducción asimétrica. Quimio-, regio- y
estereo- (enantio- y diastereo- ) selectividad. Moldes quirales. Quirones. Ejemplos.
5. Compuestos heterocíclicos. Sistemas aromáticos π -excesivos (pirrol, furano,
tiofeno) y π-deficientes (piridina) y sus análogos saturados. Basicidad y reacciones.
Anillos benzocondensados (indol, quinolina, etc.). Compuestos heterocíclicos con
más de un heteroátomo. Heterosistemas policíclicos.
6. Polímeros. Polimerización por condensación y por adición: mecanismos.
Copolímeros.
Configuración
de
las
cadenas
poliméricas:
polímeros
estereoespecíficos (catalizadores de Ziegler-Natta).
7. Hidratos de carbono. Monosacáridos. Configuraciones furanósica y piranósica.
Mutarrotación. Análisis conformacional. Reacciones. Glicósidos. Determinación
1
estructural de oligosacáridos y polisacáridos. Ácidos Nucleicos.
8. Lípidos. Grasas y aceites. Jabones y detergentes. Lípidos complejos, fosfolípidos,
glicolípidos y esfingolípidos.
9. Aminoácidos y proteínas. Aminoácidos. Propiedades físicas. Unión peptídica.
Determinación estructural de péptidos. Síntesis de péptidos. Proteínas.
Bibliografía
1. F. A. Carey. “Química Orgánica”.Editorial Mc Graw Hill. 3ra Edición, 1999.
2. R.T. Morrison; R.N. Boyd. “Química Orgánica”. Editorial Addison. Wesley
Iberoamericana. 5ta Edición, 1990.
3. J. Mc Murry. “Organic Chemistry”, Brooks/Cole Publishing Company, 2007. La
edición en español fue impresa por el grupo Cengage Learning en 2008.
4. S. H. Pine; J. B. Hendrikson; D. J. Cram; G. S. Hammond. “Química Orgánica”,
McGraw - Hill, 1982.
5. R.J. Fessenden; J.S. Fessenden. “Química Orgánica”, Grupo Editorial
Iberoamerica, 1996.
6. K. P. C. Vollhardt. “Química Orgánica”. Ediciones Omega S. A. 3ra Edición,
2000.
7. H. Beyer; W. Walter. “Manual de Química Orgánica”, Editorial Reverté S. A.
,1987.
8. F. A. Carey; R. J. Sundberg. “Advance Organic Chemistry” Part B Plenum Press,
1990.
9. T. W. G. Solomons. “Fundamentals of organic chemistry”, Editorial Wiley. 5ta
Edición, 1997.
10. N.L. Allinger, “Química Orgánica”, Editorial Reverté. 2da Edición, 1979.
11. M.A.Fox; J.K.Whitesell. “Química Orgánica”, Addison Wesley Longman, 2da
Edición, México, 2000.
12. L.G. Wade. “Química Orgánica”, Pearson, 5ta Edición, 2004.
Parte Práctica
Los libros de técnicas más utilizados en un laboratorio de Química Orgánica son:
1. A.I. Vogel. “A textbook of practical organic chemistry”, Longmans, 1996.
2. L.F. Fieser. “Experiments in Organic Chemistry”, Heath & Co. 2da Edición, 1941.
3. R.L.Shriner; R.C. Fuson; D.Y. Curtin, “Identificación sistemática de compuestos
orgánicos”, México, DF: Limusa (1966, reimpr. 1995)
4. D.W. Mayo; R.M. Pike; P.K. Trumper. “Microscale organic laboratory: with
multistep and multiscale syntheses”, 3ra edición. Editorial Wiley, Nueva York,
1994
5. J. Leonard; B. Lygo; G. Procter. “Advanced practical organic chemistry”, 2da
edición. Blackie Academic & Professional (1995, reimpr.1996)
6. K.B.Wiberg, “Laboratory technique in organic chemistry”, McGraw-Hill, 1960.
7. W.J. Hickinbotton, “Reactions of Organic Compounds”, Longmans, 1936.
8. F. Giral; C.A.Rojanh. “Productos Químicos y Químico-farmacéuticos”, Ed.
Atlante, 1956.
2
9. L.R. Galagovsky Kurman. “Química Orgánica. Fundamentos teórico-prácticos
para el laboratorio”, Serie Cuadernos Universitarios, EUDEBA, (1999,
reimpr.2000).
10. A.B. Pomilio; A.A. Vitale. “Métodos Experimentales de Laboratorio en Química
Orgánica”, OEA, Monografía N° 33, Serie de Química, 1988.
RÉGIMEN DE APROBACIÓN DE TRABAJOS PRÁCTICOS
La materia Química Orgánica II consta de clases Teóricas y de Trabajos Prácticos, los cuales a
su vez se dividen en clases de problemas y de laboratorio. Es importante recalcar que para la
firma de los Trabajos Prácticos se requiere la aprobación SIMULTÁNEA de los cursos de
Laboratorio y de Problemas. Estos cursos tendrán el siguiente régimen de aprobación:
A. Laboratorio
Se permitirá un máximo de dos (2) ausentes durante el cuatrimestre (cuatro (4) en los
turnos de dos días). La asistencia se tomará 15 minutos después del comienzo de la clase;
a los alumnos que lleguen más tarde se les podrá permitir realizar los trabajos prácticos pero
se los considerará como ausentes.
Se requiere la aprobación de TODOS los trabajos prácticos, lo cual incluye evaluación de
manualidad, informes y conocimientos demostrados sobre el tema de cada práctica
(fundamento de las tareas en realización, técnicas, reacciones, etc.); los alumnos podrán
orientarse a través de los temarios preparados a tal efecto. La práctica se dará por aprobada
cuando el alumno haya demostrado conocimientos suficientes sobre los temas del trabajo
práctico realizado. Durante las prácticas de laboratorio, cada alumno deberá tener su
cuaderno de laboratorio completo y al día, el cual deberá ser entregado cada vez que se lo
solicite.
No se permitirá comenzar un nuevo trabajo práctico si no se ha aprobado el precedente. Se
seguirá un cronograma de realización de los trabajos prácticos, el cual se dará a conocer
desde el comienzo de las clases en la cartelera de información del laboratorio. Los alumnos
que no hayan aprobado una práctica pasadas dos (2) semanas desde la fecha de
finalización establecida para la misma no podrán continuar la materia ni rendir exámenes
parciales.
La firma de los Trabajos Prácticos quedará sujeta a la entrega del cajón y del material común
del laboratorio.
B. Problemas:
La asistencia a las clases de Problemas no es obligatoria; sin embargo, se recomienda
enfáticamente su asistencia.
Exámenes Parciales:
Los conocimientos adquiridos en clases Teóricas, de Problemas y de Laboratorio
durante el desarrollo de la asignatura se evaluarán en dos (2) exámenes parciales teóricoprácticos (“prácticos” = problemas + laboratorio). La aprobación de cada parcial requerirá un
mínimo de 60 puntos sobre 100 y no menos del 50% del puntaje asignado a cada una de
las partes (problemas y laboratorio). El ausente será considerado equivalente a cero. Ambos
parciales tendrán una instancia de recuperación independiente al final del cuatrimestre. Los
exámenes recuperatorios se aprobarán con 60 puntos sobre 100.
3
SERIE DE REPASO
1) Complete las siguientes reacciones, indicando que tipo de mecanismo se da en cada
una de ellas
2) Complete las siguientes reacciones indicando el mecanismo por el cual proceden:
a) (S)-2-iodooctano + EtSNa
b)
Br
+
Na
acetona
I
t-BuO -/t-BuOH
e)
f)
EtO-/EtOH
Br
calor
Cl
H
OH
CH3
c) Ph
H2SO4
H 2O/NaOH (dil)
g)
100 °C
I
d)
EtO-/EtOH
h)
Cl
EtO-/EtOH
calor
EtO-/EtOH
i)
Cl
calor
4
3) Prediga el producto de las siguientes reacciones y su estereoquímica:
5
4) Indique los productos o reactivos de las siguientes reacciones según corresponda, y
el mecanismo por el cual transcurren:
i)
Cl
a)
HNO3/H2SO4 (c)/calor
b)
H2SO4/SO3
c)
Br2/FeBr3
d)
e)
AlCl3/CH3COCl
OH
Cl
?
ii)
OH
Cl
NO2
iii)
1-cloropropano/AlCl3/PhN
?
NO2
5) Indique la o las posiciones que experimentarían una S.E.A. en cada uno de los
siguientes compuestos:
6
6) Indique el o los productos de las siguientes nitraciones (justifique):
7) Escriba los productos intermedios en la siguiente secuencia de reacciones. Prediga
las configuraciones de los intermedios y del producto final.
H
CO 2CH3
A
O +
CO 2CH3
CO 2CH 3
O
H
CO 2CH 3
7
SERIE 1
REACCIONES DE GRUPO CARBONILO
1) Indique qué métodos le permiten efectuar las siguientes transformaciones:
a)
HO
O
b)
HO
CH2OH
OH
OH
c)
O
CH2OH
CH3COOH + CO2
CH3CHO + H2CO
O
O
d)
O
e)
OH
O
2) Complete las siguientes reacciones. ¿Cuáles son las semejanzas y diferencias
mecanísticas de las mismas? ¿Con qué objetivos se suelen llevar a cabo estas
reacciones? Discuta la influencia de la acidez del medio.
8
3) Explique cómo sintetizaría los siguientes derivados a partir de compuestos
carbonílicos adecuados
4) ¿Qué tipo de grupo funcional presentan los compuestos a-d? ¿Cuáles serían los
precursores inmediatos de los mismos?
9
5) La ciclopropanona existe como un hidrato en agua pero el 2-hidroxietanal no existe
como un hemiacetal. Explique.
6) Los aminoacetales sencillos se hidrolizan rápida y fácilmente en medio ácido diluido.
Proponga un mecanismo.
7) Complete las siguientes reacciones detallando reactivos y condiciones usados o bien
los productos formados.
8) El tricloroetanol puede prepararse directamente por reducción del hidrato de cloral en
agua con NaBH4. Sugiera un mecanismo
10
9) Ordene según acidez creciente los siguientes compuestos:
a) CH3CH2CHBr CO2H
b) CH3(CH2)3OH
c)Br3CCO2H
d) CH3CHBr CH2 CO2H
e)C6H5OH
f) H2O
g) CH3CH2CH2 CO2H
10) En los siguientes grupos de compuestos, ¿cuál esperaría que fuera el ácido más
fuerte? Justifique.
b) fenol; p-nitrofenol; m-nitrofenol; ácido pícrico
11) Ordene los siguientes compuestos por velocidad creciente frente a la hidrólisis
alcalina y dé los productos de reacción en cada caso:
12) Complete el siguiente esquema indicando la estructura de los productos A-C y los
reactivos faltantes:
11
13) Complete las siguientes reacciones detallando reactivos y condiciones usados o
bien los productos formados.
CN
c)
d)
CHO
CH 3 CH=CHCOCl
CH3 CH=CHCH2 OH
CH3 CH=CHCHO
14) Discuta la posibilidad de una descarboxilación en los ácidos que se muestran a
continuación. En caso de que ocurra la reacción escriba el producto de la misma.
O
a)
CO2H
O
b)
c)
CO2H
CO2H
d)
O
CO2H
12
15) Escriba ecuaciones para una síntesis práctica de laboratorio de cada una de las
siguientes sustancias a partir del n-propanol:
a) ácido butanoico.
b) butanal.
c) n-butanol.
d) butanoato de n-butilo.
16) Estime la cantidad de enol presente en el equilibrio para cada uno de los siguientes
compuestos. Compare en particular los casos b, c, y d.
17) Complete las siguientes reacciones:
13
SERIE 2
REACCIONES DE FORMACION DEL ENLACE C-C
1) Discuta la selectividad de las siguientes reacciones: (Discuta qué tipo de control,
cinético o termodinámico, está presente en cada una de ellas).
2) a) Explique cómo se puede realizar la siguiente reacción a través de una enamina.
Indique en cada caso qué otro producto de alquilación se puede formar y porqué el
que se muestra es el único producto de la reacción.
b) Utilizando enaminas sintetice los siguientes compuestos a partir de ciclohexanona:
3) Use el éster malónico para preparar:
a) ácido 2-etilbutanoico.
b) ácido 3-metilbutanoico.
c) ácido 2-metilbutanoico.
d) ácido 2-etilsuccínico.
4) Use el éster acetilacético y el halogenuro de alquilo que considere necesario para
preparar:
a) CH3-CO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
b) ciclobutil-metil-cetona
c) CH3-CO-CH(CH2CH3)-CH(CH3)2
14
5) Diseñe una síntesis de los siguientes compuestos usando como etapa clave una
reacción de tipo aldólica.
a) C6H5-CH=CH-COC6H5
b) C6H5-CH=CH-CO-CH=CH-C6H5
c) C6H5-CH=C(COCH3)2
d) C6H5-CH=CHCO2H
O
f)
CH3
PhCCH CCH2CH3
CH3 OH
6) Dé las estructuras de los ésteres que serían necesarios para preparar los siguientes
compuestos mediante condensaciones de Claisen.
a) Ph-CH2-CH2-CO-CH(CH2Ph)-CO2Et
b) EtO-CO-CO-CH(CH3)-CO2Et
c) H-CO-CH(Ph)-CO2Et
7) Dé las ecuaciones para la preparación de los siguientes compuestos mediante
reacciones de Dieckmann:
8) La condensación de Dieckmann del siguiente éster asimétrico conduce a un único
producto. Prediga de cuál se trata y justifique claramente. Desarrolle el mecanismo.
O
O
O
O
9) Prepare los siguientes compuestos utilizando la reacción de Knoevenagel.
15
10) Prepare los siguientes compuestos utilizando una condensación de Perkin:
a) C6H5-CH=CH-CO2H
b) C6H5-CH(OH)-C(CH3)2-CO2H
11) Muestre cómo las siguientes sustancias se pueden preparar por caminos sintéticos
basados en adiciones de Michael (en algunos casos se requieren transformaciones
adicionales).
a) ácido 3-fenilpentanodioico a partir de 3-fenilpropenoato de etilo.
b) 3,5-difenil-5-oxopentanonitrilo a partir de 1,3-difenilpropenona
(benzalacetofenona)
12) Complete las siguientes reacciones indicando reactivos y condiciones de reacción
en cada caso.
13) Complete las siguientes reacciones y escriba las estructuras para los intermediarios
clave que se forman durante el transcurso de la reacción (anelación de Robinson),
muy usada para la condensación de anillos. Aplique el concepto de retrosíntesis.
16
14) Una modificación de la adición aldólica (llamada reacción de Mannich) usa una
amina secundaria (como su clorhidrato) para unir selectivamente un átomo de carbono
a la posición α de un aldehído o cetona. El producto es la sal de una aminocetona. Por
ejemplo:
Ph-CO-CH 3 + H2CO + (CH 3 ) 2 NH2+Cl - ⎯⎯⎯⎯→
Ph-CO-CH2-CH2-NH+(CH3)2 Cl -
Escriba los pasos involucrados en la reacción suponiendo que se forma un
intermediario (CH3)2N+=CH2 a partir de la amina y formaldehído.
Complete también para los siguientes casos:
a) CH3-CO-CH 3 + H2CO + (CH3CH2)2NH2+ Cl +
b) CH3CH2CH2CHO + H2CO + (CH3)2NH2 Cl
-
⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯→
15) Completar la serie de reacciones, detallando el mecanismo del último paso.
17
16) Completar:
b)
O
LiCH 3
H 3O +
XMgCH 3
H 3O +
LiCu(CH 3) 2
H3 O+
LiCu(CH3 )2
Br
18
-
c) (CH3)3C CO2H + 2 PhLi
A
H2O/H+
B
d) [(CH3)2-CH-CH2CH2]2Cd + ClCOCH2CH2CO2CH3
e) Br-CH2CO2Et
Zn/Bz
ciclopentanona
17) Proponga un mecanismo para la siguiente reacción
i. THF
+ BrMgCH 2(CH 2) 2CH 2MgBr
O
O
ii. H 3O +
HO
OH
18) Algunos reactivos de Grignard reaccionan con ortoformiato de etilo, seguido de
hidrólisis ácida, para obtener aldehídos. Proponga un mecanismo.
19) Dada la siguiente transformación. Indique de qué reacción se trata y proponga un
mecanismo para la misma.
19
SERIE 3
COMPUESTOS NITROGENADOS
1) Ordene por basicidad creciente y justifique.
a) metilamina, dimetilamina, trimetilamina y piperidina
2) La diacetamida es mucho más ácida (Ka 10-11) que la acetamida (8,3 x10-16) y casi
tanto como la bencenosulfonamida (10-10). ¿Cómo explica esto?
3) Describa el proceso de síntesis de LDA
4) Proponga las siguientes transformaciones sintéticas:
5) a) Proponga un mecanismo para la síntesis de t-butilamina por reacción de t-butanol
o isobutileno con CH3CN en H2SO4(c), seguida por hidrólisis del producto.
b) ¿Por qué no se puede sintetizar este compuesto mediante…?
i) aminación reductiva de compuestos carbonílicos
ii) reducción de nitrilos
iii) reducción de oximas
Iv) síntesis de Gabriel o sustitución de halogenuros de alquilo
c) ¿Qué otra síntesis es aplicable?
6) Completar la siguiente secuencia de reacciones:
O
H Ph
Cl
NaN 3
A
B
20
7) Dé un mecanismo razonable para la metilación de Eschweiler-Clarke.
8) Una amina terciaria es oxidable con peróxidos (como H2O2) a un N-óxido. Los Nóxidos con hidrógenos β dan eliminación por calentamiento (eliminación de Cope).
Sugiera un mecanismo para el ejemplo siguiente:
CH 3
Ph
CH 3
calor
Ph
N (CH 3) 2
O-
H
+ (CH3 )2 NOH
(E)
9) ¿Qué amina, sometida a dos secuencias de metilación exhaustiva-eliminación, da
como productos trimetilamina y 3-vinilciclohexeno?
10) ¿Cuál es la sustancia mononitrogenada a partir de la que se requieren 3 ciclos de
eliminación de Hofmann, para obtener como producto principal 3-etenil-1,4pentadieno?
11) ¿Cómo llevaría a cabo la siguiente síntesis utilizando en una de las etapas la
eliminación de Cope?
12) Formule un mecanismo razonable para las etapas de las síntesis e indique el
producto final:
O
H2 CO; HN(CH3 )2
O
N +H(CH 3) 2 Cl-
HCl
1) NaOH
2) CH 3 I
3) Ag2 O, H 2O, calor
?
21
13) La síntesis de Strecker es un método para preparar aminoácidos a partir de
aldehídos, usando NH3 y HCN. Proponga un mecanismo para la formación del
aminonitrilo. Indique la estereoquímica del producto.
CN
PhCHO + NH3 + HCN
Ph
CO2H
H3O+
NH2
Ph
NH3+
14) ¿Cómo llevaría a cabo las siguientes síntesis?
15) ¿Cómo llevaría a cabo las siguientes síntesis?
Br
a)
F
NH 2
b)
Et
22
SERIE 4
SINTESIS ORGANICA
1) Indique los grupos protectores y su eliminación de los siguientes grupos funcionales:
a) RCHO
b) RCOR
c) ROH
d) RNH2
e) RCOOH
2) Escriba los productos de las siguientes reacciones y clasifíquelas como: a)
regioselectivas; b) estereoselectivas (diastereo o enantioselectivas) y c)
estereoespecíficas (diastereo o enantioespecíficas):
3) Clasifique las siguientes reacciones de acuerdo al tipo de selectividad que presentan.
Escriba los productos cuando no estén indicados:
a)
RBr + KNCO
R-NCO + ROCN + KBr
isocianato
75%
cianato
25%
1) R2CuLi
2) H3O+
b)
O
1) RMgX
2) H3O+
23
4) La hidroxilación se llevó a cabo en presencia de un borano quiral, el
monoisopinocanfenilborano. Calcule el exceso enantiomérico (ee) obtenido.
24
5) Proponga un método sintético para cada una de las siguientes transformaciones.
Formule un análisis retrosintético.
OMe
OH
b)
a)
OH
OH
O
O
c)
Br
O
e)
MeO
O
OH
d)
H
H
O
6) Construya las siguientes moléculas empleando una reacción de Diels-Alder
a)
H
O
b)
H
O
c)
O
O
H
d)
H
O
CO 2Me
e)
O
O
H
CO 2Me
7) Realizar las siguientes transformaciones utilizando los reactivos que se indican en
cada caso:
Reactivos: i) p-benzoquinona, ∅; ii) H2 / Pd- BaSO4 -quinolina; iii) HCC-Li+ / THF;
iv) H3O+
25
Reactivos: i) H2/Ni; ii) H3O+; iii) etanoditiol / p-TsOH; iv) PhMgBr / éter
.
O
O
c)
HN
Reactivos: i)LiAlH4, THF; ii) pH 6, NaBH3CN, EtOH/H2O; iii) CNCH2COOEt, EtOK,
EtOH; iv) H2CO, HN(CH3)2, HCl; v) HOCH2CH2OH, pTSOH; vi) CH3I, Ag2O, calor;
vii) HCl, calor; viii) NaOH/HCl/calor
8) Realizar las siguientes transformaciones:
HO
a)
CHO
O
CHO
HO
CO 2H
26
9) Formule una síntesis para cada uno de los siguientes compuestos:
a)
a partir de alcohol bencílico
NH2
H
CHO
CHO
b)
H
CHO
c)
a partir de tolueno y acroleína
d)
CO2H
OH
e)
CHO
a partir de 2-buteno
OH
10) Para la molécula abajo indicada, diseñe tres caminos sintéticos partiendo de
compuestos de menos de cuatro átomos de carbono.
27
11) Proponga métodos (más de uno en cada caso) para la síntesis de los siguientes
compuestos. Compare los resultados y discuta ventajas y limitaciones.
12) Proponga un análisis retrosintético hasta llegar a compuestos de partida
convenientes y luego formule la síntesis:
13) Sintetice a partir de benceno:
28
14) Proponga un camino retrosintético para los siguientes compuestos a partir de los
precursores indicados. Luego, formule la ruta de síntesis.
29
15) Realice un análisis sintético y retrosintético del compuesto A empleando como
producto de partida compuestos de hasta cinco átomos de carbono.
H
O
H
A
16) Realice un análisis retrosintético de la molécula blanco indicada debajo. Una vez
realizado este análisis, proponga un camino de síntesis empleando benzaldehído como
uno de los materiales de partida.
O
H
OH
mezcla racémica
30
17) Sintetice el compuesto A a partir de ciclohexanona, utilizando metilvinilcetona en
uno de los pasos.
A
18) Complete las siguientes secuencias sintéticas indicando reactivos y condiciones
adecuadas. Realice un análisis retrosintético.
19) Proponga un camino sintético para el compuesto A, utilice compuestos de partida
de hasta 6 átomos de carbono. Realice el análisis retrosintético.
20) Dada la siguiente secuencia de reacción, indique las estructuras de los compuestos
A-D y el reactivo E.
COOEt
(CH3)2NH.HCl
MeO
H2C=O
OMe O
C
SH
HS
2) Ag2O, HO3) φ
COOEt
B
1) NaOH
D
BF3
1) CH3I (exceso)
A
2) HCl, ø
NaEtO, EtOH, ø
C
E
MeO
S
OMe
S
COOH
MeO
OMe O
COOH
31
SERIE 5
HETEROCICLOS AROMATICOS
1) a) Explique los siguientes valores de basicidad:
O
N
N
H
NH2
N
H
N
Kb 1,3 x 10-3 1,7 x 10-9 4,2 x 10-10 2,5 x 10-14 1,1 x 10-11
b) Aunque el pirrol es una base muy débil, el protón del NH puede abstraerse
fácilmente con base para dar el anión C4H4N-. Explique.
2) De las tres monohidroxipiridinas, la única que se comporta como un fenol es la 3hidroxipiridina. ¿Por qué?
3) Complete las siguientes reacciones:
32
4) Justifique la exaltación de la acidez de los protones metílicos en la α y γ-picolina y la
ausencia de este efecto en la β-picolina.
Ejemplo:
5) Complete las siguientes reacciones:
33
6) Realizar las siguientes transformaciones:
7) a) Justifique las propiedades aromáticas del anillo imidazólico.
b) Ordene los átomos de nitrógeno de la histamina (sustancia responsable de
muchas reacciones alérgicas) según su basicidad, y justifique su respuesta.
34
8) Explique cómo realizaría la siguiente transformación. Indique los reactivos necesarios
y justifique la estrategia empleada:
35
SERIE 6
HIDRATOS DE CARBONO
1) Dibuje la proyección de Fischer y la fórmula de Haworth de:
a) α-D-glucopiranosa
b) α-D-galactofuranosa
c) β-D-fructofuranosa
d) β-L-manopiranosa
e) β-D-ribofuranosa
2) Indique el confórmero más estable entre 4C1 y 1C4 de:
a) α-D-glucopiranosa
b) α-L-glucopiranosa
c) α-D-idopiranosa
3) El poder rotatorio inicial de una D-manosa cristalina recientemente disuelta es +28º,
en el equilibrio se llega a +14º. Sabiendo que el poder rotatorio de los anómeros α y
β puros es de +28º y -17º respectivamente, calcule la composición en el equilibrio.
4) ¿Cuál de los siguientes compuestos experimentará mutarrotación?
a)
b)
c)
d)
5) El confórmero predominante del bromuro de glicosilo de la 2,3,4-tri-O-acetil-β-Dxilopiranosa es la silla 1C4. Explique esta observación. Explique cuál es el efecto
determinante de la estabilidad de este confórmero.
-xilosa
D
36
6) Formule las reacciones y nombre los compuestos obtenidos.
a)
D-glucosa
i-PrOH / H+
Ag(NH3)2+
Br2, H2O
HNO3, calor
i) NaBH4
ii) H+
Ac2O / C5H5N
b)
D-ribosa
HCN
A
H+, H2O, calor
B
H2 / Pd-BaSO4, H+
C
c) metil α- D-glucopiranósido
H+, H2 O, calor
Ag(NH 3) 2+
i) DMSO / NaH
ii) CH 3I
A
H+, H2 O, calor
B
NaIO4
metil β-D-glucopiranósido
metil β -D-ribof uranósido
e)
una aldopentosa
O
PhCH, ZnCl2
d)
O
CH 3CCH 3, H+
i) NaBH4
ii) Dowex H+
un alditol meso
7) Dibuje la proyección de Haworth de:
i) 4-O-(β-D-galactopiranosil)-D-glucopiranosa
ii) β-D-fructofuranosil-α-D-glucopiranósido
(lactosa)
(sacarosa)
37
8) Dado el siguiente trisacárido:
CH2OH
O
CH2OCH3
O
O
OH
OH OH
OH
O
OH
O
OH OH
OH
a) Indique los productos que se obtienen por tratamiento del mismo con NaBH4 y posterior hidrólisis ácida total.
b) Si se oxida con NaIO4 un mol del producto de reducción con NaBH4, escriba los
productos de oxidación. Indique cuantos moles de formaldehído y de ácido fórmico
se obtienen. ¿Cuántos moles de NaIO4 se consumen?
+
9) Un hidrato de carbono A (C12H22O11) fue tratado con: 1) CH3OH / H ; 2) ICH3 / Ag2O,
para dar B. El producto B se hidrolizó dando 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-galactosa y
2,3,6-tri-O-metil-D-glucosa. ¿Cuáles son las estructuras de A y B?
10)
Se tienen dos hexasacáridos A y B que por hidrólisis dan glucosa y galactosa en
relación 5:1. La permetilación e hidrólisis de cada uno dio dos productos en relación 5:1,
el mayor de los cuales se identificó como 2,4,6-tri-O-metil-glucosa, mientras que el otro
no pudo ser identificado. El tratamiento con periodato de sodio de los metilglicósidos de
ambos oligosacáridos, da en el caso de A un equivalente de ácido fórmico, y en el caso
de B un equivalente de formaldehido. ¿Cuales son las estructuras de A y B?
11) Por hidrólisis ácida de un compuesto A (C21H38O16) que no reduce el reactivo de
Tollens se obtuvo glucosa, manosa y un compuesto B (C3H8O). El espectro de RMN-1H
de B mostró un doblete a δ 1.20, un multiplete a δ 3.94 y un singulete ancho a δ 4.50
ppm. Por tratamiento de A con periodato de sodio y posterior hidrólisis, se obtuvieron
dos moles de ácido fórmico y manosa, entre otros productos. El tratamiento de A con αglucosidasa produjo glucosa y C que no reduce el reactivo de Tollens. El tratamiento de
A con emulsina (β-glucosidasa) produjo B y un trisacárido reductor D. Por tratamiento
con DMSO, NaH y MeI y posterior hidrólisis ácida se obtuvo: 2,3,4,6-tetra-Ometilglucosa, 2,4,6-tri-O-metilmanosa y 2,3,4-tri-O-metilglucosa.
Escriba las estructuras de los compuestos A - D.
38
12) Una sustancia A da por hidrólisis ácida D-glucosa y D-xilosa en relación 2:1. La
reducción con NaBH4 y posterior hidrólisis produce D-glucosa, D-glucitol y D-xilosa en
relación 1:1:1. Por permetilación según el metodo de Hakomori e hidrólisis ácida se
producen 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucopiranosa; 2,3,4-tri-O-metil-D-glucopiranosa y
2,3-di-O-metil-D-xilosa. Considerando uniones α-piranosídicas, deduzca la fórmula de
A y formule las reacciones.
13) Una sustancia A dio por hidrólisis ácida D-glucosa, D-galactosa y D-manosa en
relación 2:1:1. La reacción con NaBH4, seguida de hidrólisis produjo la aparición de
D-glucosa, D-manosa y galactitol. Por acción de una endo α-glucosidasa sobre A se
obtuvieron dos productos B y C, ambos reductores. La hidrólisis de B generó
únicamente D-glucosa, y en cambio la de C no generó glucosa. Una endo βmanosidasa permitió aislar galactosa a partir de A. Sabiendo que todos los azúcares
estaban en forma piranósica y que un mol del metilglicósido de A consumió dos
moles de NaIO4, formule las estructuras de A, B y C.
14) Formule: 1,2-dioleil-3-O-β-D-galactofuranosilglicerol (compuesto A) y las reacciones
del mismo con:
a) Compuesto A
b) Compuesto A
c) Compuesto A
IO4KOH / etanol
Productos
IO4-
H3O+ / calor
15) Para determinar la estructura de un tetrasacárido (A) se rearizaron los
siguientes ensayos:
a) Por tratamiento de A con una α-glicosidasa se obtuvo D-glucosa, D-manosa, D-xilosa
y L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa).
b) Cuando A se trató con una α-glucosidasa no se observó reacción alguna
c) El tratamiento con α-manosidasa se aislaron dos disacáridos B y C.
d) El disacárido B se redujo con NaBH4, se trató con NaH, DMSO/ IMe, y finalmente se
hidrolizó dando 1,3,4,5,6-penta-O-metil-D-manitol y 2,3,5-tri-O-metil-D-xilosa.
e) Similar tratamiento para el disacárido C, dio 1,2,3,4,5,-penta-O-metil-D-glucitol y
2,3,4-tri-O-metil-L-ramnosa.
+
f) Luego del tratar el tetrasacárido A con MeOH/ H , consumió 4 moles de NaIO4
formándose sólo un mol de ácido fórmico y ninguno de formaldehído.
i) Proponga una estructura compatible con los datos observados para A, B y C.
ii) ¿Qué concluye del consumo de 4 moles de NaIO4? Dibuje el tetrasacárico con
fórmulas de Haworth e indique dónde se consumen dichos moles.
39
16) Un oligosacárido se trató con NaBH4 y sobre el producto (A) se realizaron los
siguientes ensayos:
A se sometió a hidrólisis ácida exhaustiva, obteniendo D-xilosa, D-glucosa y Dglucitol en relación 2:2:1.
b) A se trató con una α-glicosidasa aislándose D-xilosa y B (C18O16H34).
c) Cuando se trató A con una β-glucosidasa se aisló un disacárido C y D-glucitol
como únicos productos.
d) Por metilación exhaustiva y posterior hidrólisis de A, se pudieron identificar los
siguientes azúcares: 2,3,4-tri-O-metil-D-glucosa, 2,3,-di-O-metil-D-glucosa,
1,2,3,5,6-penta-O-metilglucitol y 2,3,4-tri-O-metilxilosa.
a)
i) Determine una estructura para A, B y C compatible con los datos presentados. Utilice
fórmulas de Haworth. Indique claramente su razonamiento deductivo.
ii) ¿Cuántos moles de periodato de sodio consume un mol de A y cuántos moles de
formaldehído y de ácido fórmico se producen?
17) Determine una estructura (fórmula de Haworth) para el oligosacárido A compatible
con los datos presentados más abajo. Indique su razonamiento deductivo.
a) A no reacciona con el reactivo de Tollens ni con NaBH4.
b) La hidrólisis total de A da exclusivamente D-galactosa, D-glucosa, D-xilosa, Lmanosa y metanol en relación 1:1:1:1:1
c) Cuando A se trató con una β-glicosidasa, se obtuvo un trisacárido B (reaccionaba
con NaBH4), además de xilosa y metanol.
d) La permetilación e hidrólisis del metilglicósido de B produjo dos 2,3,4,6-tetra-Ometilhexosas diferentes y una 2,4-di-O-metilhexosa.
e) Cuando A se trató con una galactopiranosidasa se liberó galactosa y se obtuvo un
trisacárido C (que no reaccionaba con NaBH4).
f) El tratamiento de C con periodato de sodio, indicó el consumo de cuatro moles de
ese reactivo por mol de C, con producción de dos moles de ácido fórmico. Tras ese
tratamiento, la reacción con i) NaBH4, ii) H3O+, dio lugar a xilosa como único azúcar
estable.
g) Entre los productos de hidrólisis parcial de A se ha encontrado un trisacárido lineal
D, en cuya hidrólisis se verificó la ausencia de glucosa.
40
SERIE 7
AMINOACIDOS Y PEPTIDOS
1).a) ¿Por qué los aminoácidos tienen puntos de fusión tan altos, y son solubles en
agua e insolubles en solventes orgánicos?
b) ¿Por qué son menos ácidos que los ácidos carboxílicos normales y menos básicos
que las aminas?
2) a) Representar la estructura y la forma predominante de valina a un pH de 11 y
prolina a un pH de 2.
b) Explique el siguiente orden de valores de puntos isoeléctricos:
i) arginina > glicina > ác. glutámico
ii) histidina > triptofano
c) Aspartamo es un edulcorante de bajas calorías cuya estructura es Asp-Fen-OMe.
Sabiendo que su punto isoeléctrico es 5.9, escriba la estructura del compuesto a pH
fisiológico (7.6).
d) Representar la separación electroforética de Ala, Lis y Asp a un pH de 6.
3) La anemia falciforme es causada por una única sustitución en un nucleótico del ADN,
que resulta en la sustitución de un único aminoácido en una porción de la
hemoglobina: VHLTPEEK se convierte en VHLTPVEK.
VHLTPEEK
O
O
H
N CHC
H2N CHC
CHCH3
CH2
CH3
N
NH
O
C
O
O
H
H
N CHC
N CHC N
CH2
CHOH
CHCH3
CH3
CH3
VHLTPVEK
O
O
H
H2N CHC
N CHC
CHCH3
CH2
CH3
N
NH
O
C
O
O
H
H
N CHC
N CHC N
CH2
CHOH
CHCH3
CH3
CH3
O
N CHC
H
CH2
CH2
C O
OH
O
H
N CHC
CH2
CH2
C O
OH
O
O
H
H
N CHC N CHC
CHCH3 CH2
CH3
CH2
C O
OH
O
H
N CHC OH
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
O
H
N CHC OH
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
41
Teniendo en cuenta los valores de pKa que se proporcionan, estime el valor del
punto isoeléctrico del péptido VHLTPVEK y prediga si el punto isoeléctrico de
VHLTPEEK estará por encima o debajo de ese valor.
Valina (V)
Histidina (H)
Leucina (L)
Treonina (T)
Prolina (P)
Acido glutámico (E)
Lisina (K)
2.29 (CO2H)
1.70 (CO2H)
2.33 (CO2H)
2.09 (CO2H)
1.95 (CO2H)
2.23 (α-CO2H)
2.04 (CO2H)
9.72 (NH3)
6.02 (NH2)
9.75 (NH3)
9.10 (NH3)
10.64 (NH2)
4.42 (γ-CO2H)
9.08 (NH3)
9.08 (NH3)
9.95 (NH3)
10.69 (ε-NH3)
4) Indicar cómo se podrían formar los aminoácidos siguientes en el laboratorio con
aminación reductiva del α-cetoácido adecuado:
(a) alanina
(b) leucina
5) Indicar cómo se podría emplear la bromación seguida por aminación para sintetizar
los aminoácidos siguientes:
(a) glicina
(b) valina
6) Indicar cómo se podría emplear la síntesis de Gabriel con éster malónico para
preparar:
(a) fenilalanina
(b) leucina
7) Indicar como usa la síntesis de Strecker para preparar los siguientes aminoácidos:
(a) glicina
(b) valina
8) Complete la siguiente reacción:
9) a) Completar
Gli + Ala
O
c) Proponga un esquema de síntesis para la síntesis de Ala-Val-Fen-Gli-Leu a partir
de Z-Ala-Val-Fen.
d) Indicar cómo se podría emplear la síntesis clásica para preparar Leu-Ala-Val
42
e) Esquematice la síntesis del tripéptido Ile-Gli-Asn mediante el método en fase
sólida de Merrifield.
10) Indicar dónde romperían la tripsina y la quimotripsina al péptido siguiente;
Tir-Ile-Gln-Arg-Leu-Gli-Fen-Lis-Asn-Trp-Fen-Gli-Ala-Lis-Gli-Gln-Gln-Gln.NH2
11) La hidrólisis completa de un heptapéptido (condiciones de hidrólisis HCl 6N, 110 °C,
24hs) y posterior análisis de la mezcla mediante el uso de un analizador de
aminoácidos, se obtuvo un cromatograma con tiempos de retención
correspondientes a los aminoácidos Glu (1), Ala (2), Val (1), Leu (1), Fen (1) y Lis (1)
(entre paréntesis se indica la relación de áreas). Deducir la secuencia de
aminoácidos de este heptapéptido a partir de los siguientes datos:
a) El tratamiento con 2,4-dinitrofluorbenceno seguido de hidrólisis parcial produjo
entre otros compuestos: N-2,4-(dinitrofenil)-valina, ε-(N-2,4-dinitrofenil)-lisina y un
dipéptido 2,4-dinitrofenil-Val-Leu.
b) La hidrólisis del heptapéptido con carboxipeptidasa produjo una alta concentración
inicial de Ala, seguida de un aumento de la concentración de Glu.
c) La hidrólisis parcial del heptapéptido formó un dipéptido A y un tripéptido B. Al
tratar A con 2,4-dinitrofluorbenceno e hidrolizar se produjo el derivado de Leu y el
derivado en posición ε de Lis.
d) La hidrólisis completa de B produjo Fen, Glu y Ala.
e) Cuando se trató B con carboxipeptidasa, la solución mostró una alta concentración
inicial de Glu.
f) Al tratar B con quimotripsina se liberó Fen.
12) Por hidrólisis total de un nonapéptido A se obtiene 3 Ala, 2 Lis, 2 Glu, Fen, Tir.
Dados los siguientes datos:
a) Por tratamiento de A con 2,4-dinitrofluorbenceno se obtuvo ε-N-2,4-dinitrofenillisina y bis-N,N-dinitrofenil-lisina.
b) La digestión con tripsina produjo Lis, un hexapéptido B y un dipéptido C.
c) Por acción de carboxipeptidasa sobre A se observó a tiempos cortos la liberación
de un aminoácido ácido, y luego un aumento de la concentración de Fen.
d) El aminoácido N-terminal de B es el ácido glutámico.
e) Entre los tetrapéptidos que se obtiene por hidrólisis parcial de B, pudo detectarse
D, compuesto por Lis y Ala en relación 1:3.
Deduzca la estructura primaria de los compuestos A-D. Indique su razonamiento
deductivo.
13) a) Indicar el primer y el segundo paso en la determinación de la secuencia de la
oxitocina bovina mediante la degradación de Edman (después de romper el puente
disulfuro).
Cis-Tir-Ile-Gln-Asn-Cis-Pro-Leu-Gli.NH2 (Oxitocina reducida)
43
b) Ubicar el puente disulfuro en la estructura de la oxiticina sabiendo que la misma
está formado por una sola cadena polipeptídica.
c) Explicar por qué se prefiere la degradación de Edman al método de Sanger.
14) A continuación se esquematizan los primeros pasos de la síntesis química de la
hormona oxitocina:
1) Escriba las estructuras de los compuestos A a D.
2) En la secuencia a), explique por qué la leucina se transforma en B antes del
acoplamiento.
3) En la reacción b), indique los reactivos necesarios para preparar un éster de tbutilo a partir de glicina. Indique ventajas y desventajas con respecto al éster de
etilo C.
4) Indique en qué condiciones transcurre la reacción c). Discuta la quimioselectividad
de esta reacción.
5) Escriba las reacciones de hidrólisis de Z con HBr/AcOH y con H2/Pd.
6) Escriba las reacciones necesarias para transformar D en Z-Pro-Leu-Gli-OEt.
15) La gastrina es una hormona liberada por el estómago que controla el progreso de la
digestión. La estructura del tetrapéptido C-terminal de la gastrina, responsable de
su actividad fisiológica, es: H2N-Trp-Met-Asp-Fen-CONH2. La síntesis del
tetrapéptido se muestra a continuación:
Este último paso (B→C) muestra la hidrólisis quimioselectiva de uno de los ésteres.
44
Luego,
El compuesto F es el nutrasweet, 200 veces más dulce que la glucosa y descubierto
accidentalmente al hacer esta síntesis.
1) Escriba las estructuras de los compuestos C a F y las reacciones involucradas.
2) Utilizando los reactivos de la siguiente lista y otros que Ud. considere necesarios,
esquematice la síntesis del tetrapéptido C-terminal de la gastrina a partir de F.
O
SMe
OH
H2N
O
Met
O
t-BuO
Cl
O
O
O
Cl
NH
Ot-Bu
HO
Cl
O
N
H
NO2
Ot-Bu
Boc-Trp-OCp
45