Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas

Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 1 (Hidratos de carbono)
1) Dibujar la conformación más estable para cada uno de los siguientes azúcares, en forma de piranosa: a)
-D-arabinosa; b) -D-galactosa; c) -D-manosa; d) -D-idosa.
2) La D-glucosa reacciona con metanol y cloruro de hidrógeno para dar un compuesto A, que reacciona con
benzaldehído y cantidades catalíticas de ácido 4-metilbencenosulfónico para dar B. La reacción de B con
ácido peryódico genera, después de la hidrólisis ácida, un nuevo monosacárido y otra molécula C.
Proponer estructuras para A, B y C, para el monosacárido que se forma, nombrarlo y explicar las reacciones
implicadas en esta secuencia.
3) Se quiere sintetizar D-galactosa y a partir de D-lixosa como material de partida. En el almacén hay dos
frascos sin etiqueta. Se sabe que uno contiene D-xilosa y el otro D-lixosa. ¿Cómo podría determinar
químicamente qué frasco contenía la D-lixosa?
4) Indicar como se puede transformar D-galactosa en:
a) 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-galactopiranosa.
b) D-galactopiranósido de metilo.
c) 6-O-metil-D-galactopiranosa.
d) -D-galactonolactona.
5) Proponer una síntesis de ácido xilárico a partir de D-glucosa.
6) Proponer una síntesis de ácido L-ribónico a partir de D-glucosa.
7) Proponer una síntesis de ácido (2S,4R)-2,4,5-trihidroxipentanoico a partir de D-glucosa.
8) Transformar D-galactosa en L-galactosa.
Química Orgánica II
TG-1
1) ¿Cuáles de los siguientes derivados de la glucosa son capaces de mostrar mutarrotación?:
a) -D-glucopiranosa; b) metil -D-glucopiranósido; c) 1,2-monoacetal de la propanona con la -Dglucopiranosa.
2) Sobre la base de los mecanismos de reacción, justificar:
a) En una aldohexosa con estructura de aldopiranosa, el hidroxilo en C-1 se metila más fácilmente que los
restantes.
b) En una aldopiranosa totalmente metilada, el grupo OCH3 en C-1 se hidroliza más fácilmente que los
restantes de la molécula.
3) Sintetizar el compuesto Boc-Ala-Val [Ala: R = Me; Val: R = (CH3)2CH-]
4) Una transformación fundamental en el metabolismo de los hidratos de carbono es la conversión
enzimática del 1,6-difosfato de D-fructosa en los dos monofosfatos que se indican, a continuación:
Existe una reacción no enzimática que fragmenta la molécula de fructosa a través de dicho enlace (C3-C4).
¿Cómo se denomina esta reacción? Mostrar el mecanismo no enzimático para la ruptura de la D-fructosa.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 2 (Aminoácidos)
1) Dibujar tridimensionalmente y en proyección de Fischer la forma completamente protonada de los
siguientes L-aminoácidos:
a) Leucina b) Ácido glutámico; c) Lisina
2) Para cada uno de los aminoácidos del problema anterior indique:
a) los hidrógenos disociables.
b) la forma que predomina a pH 1; pH 7 y pH 13.
3) La basicidad de la arginina se debe a la presencia de un grupo guanidinio en su cadena lateral.
Represente las formas resonantes que lo justifican.
4) Proponer una preparación de metionina racémica a partir de 2-propenal (acroleína) utilizando la síntesis
de Strecker.
5) Prediga los fragmentos que se generarán cuando el siguiente péptido se trate con:
a) Tripsina
b) Quimiotripsina.
Gly-Ala-Trp-Arg-Asp-Ala-Lys-Glu-Phe-Gly-Gln
6) A continuación se muestran los espectros de 1H-RMN y 13C-RMN de dos -aminoácidos en D2O como
disolvente. Asigne a cada uno de los aminoácidos indicados a continuación los espectros que le
corresponden (Compuestos A y B). Justifique la multiplicidad y el desplazamiento químico de las señales.
PROBLEMAS ADICIONALES:
1) Empleando cualquier método de preparación de aminoácidos, proponer síntesis razonables de cada uno
de los siguientes aminoácidos en forma racémica:
a) Valina, b) Prolina, c) Treonina.
2) La aliína es un aminoácido no habitual que se transforma en alicina, el principio antibacteriano del ajo,
por acción de la enzima alinasa. Proponer una síntesis racémica del aminoácido aliína utilizando la síntesis
de Gabriel.
CH2=CHCH2S(O)CH2CH(+NH3)CO2─ (Aliína)
3) A continuación se muestran los espectros de 1H-RMN y 13C-RMN de dos -aminoácidos en D2O como
disolvente. Asigne a cada uno de los aminoácidos indicados a continuación los espectros que le
corresponden (Compuestos C y D). Justifique la multiplicidad y el desplazamiento químico de las señales.
4) Proponer una síntesis efectiva del tripéptido Phe-Gly-Leu a partir de los aminoácidos.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 3_1
(Piridina y Benzoderivados)
1) Sintetizar fenil 3-piridil cetona.
2) La reacción de 2,3-dimetilpiridina-1-óxido con anhídrido acético y calor da lugar a la formación de
acetato de (3-metilpiridin-2-il)metilo. Bajos las mismas condiciones el N-óxido de piridina genera acetato
de piridin-2-ilo. Explicar el transcurso de dichas reacciones.
3) La reacción de 2-metil-5-nitropiridina con bromoacetona origina un sólido cristalino A (C9H11BrN2O3). El
tratamiento de este sólido con hidrogenocarbonato de sodio genera un compuesto B. Deducir las
estructuras y escribir un mecanismo.
O2N
B
N
4) Proponer una ruta sintética que permita transformar el 5-oxononanal en 4-bromo-2-butilpiridina.
Explicar brevemente las reacciones involucradas.
5) ¿Qué productos de partida utilizaría para la síntesis de Hantzsch de las siguientes piridinas?
Br
Me
a)
NC
Me
CN
N
Me
b)
Et
N
Et
6) Dar una respuesta y/ó una explicación razonada a los siguientes hechos. Dibujar las fórmulas de los
reactivos y productos implicados en cada uno de los apartados.
a) Los hidrógenos del grupo metilo de la 1-metilisoquinolina son más ácidos que los del grupo metilo
de la 3-metilisoquinolina.
b) El N-óxido de piridina se convierte en 2-cloropiridina por reacción con oxitricloruro de fósforo.
c) La isoquinolina reacciona con cloruro de benzoilo y cianuro de potasio en diclorometano para dar
un compuesto C (C17H12N2O). La reacción de C con hidruro de sodio y bromuro de bencilo, y el
tratamiento final con hidróxido de sodio acuoso en caliente da lugar a 1-bencilisoquinolina.
7) Proponer una síntesis de 5-etil-2-metilpiridina empelando piperidina, butanal, 3-buten-2-ona y los
reactivos adicionales necesarios.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 3_2
(Piridina y Benzoderivados)
1. Cuando se calienta 1-vinilisoquinolina con malonato de dietilo y etóxido de sodio en etanol se obtiene
2-[2-(isoquinolin-1-il)etil]propanodioato de dietilo, después de neutralización. Explicar esta
transformación.
2. La reacción de 2-aminobenzofenona con 2-butanona en ácido acético a reflujo en presencia de
cantidades catalíticas de ácido sulfúrico da 4-fenil-2,3-dimetilquinolina (88%). Sin embargo cuando la
reacción se efectúa en hidróxido de potasio en etanol a 0ºC se obtiene 4-fenil-2-etilquinolina (77%).
Explicar estos hechos experimentales.
3. Proponer una ruta de síntesis para el compuesto
tetracíclico A a partir de 4-etoxibenzaldehído y de 1-(2bromoetil)-3-metoxibenceno en la que, en primer lugar, se
obtenga como compuesto intermedio 6-etoxi-1,2dihidroisoquinolina. (Puede utilizar otros reactivos orgánicos
adicionales).
4. El tetrafluoroborato de 2,4,6-trimetilpirilio reacciona con N-etilamina para dar tetrafluoroborato de 1etil-2,4,6-trimetilpiridinio, sin embargo, con N,N-dietilamina genera N,N-dietil-3,5-dimetilanilina. Explicar
estos resultados.
5. La 6-metoxiisoquinilin-1(2H)-ona es un intermedio en la síntesis de alcaloides de la isoquinolina y se
prepara fácilmente a partir de 4-metoxibenzaldehído siguiendo la siguiente secuencia sintética:
6. Completar la siguiente secuencia sintética, justificando la respuesta.
7. El tratamiento de 4,7-dicloroquinolina con una mezcla de fenilacetonitrilo y amiduro de sodio da lugar a
un compuesto D (C17H11ClN2). Proponer una estructura y justificar su formación.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 4
(Heterociclos aromáticos cinco eslabones; Sesiones 13 de Marzo y TG-2)
1. El tratamiento de (E)-6-(1-metil-1H-indol-3-il)hept-2-en-1-ol con ácido sulfúrico genera una mezcla de
1,9-dimetil-4-vinil-2,3,4,9-tetrahidro-1H-carbazol
y
4,9-dimetil-1-vinil-2,3,4,9-tetrahidro-1H-carbazol.
Explicar esta transformación.
2. El tratamiento de N-fenil-N-hidroxicarbamato de etilo con propinoato de etilo y N-etil-N,Ndiisopropilamina a temperatura ambiente genera 1H-indol-1,3-dicarboxilato de dietilo en 89% de
rendimiento. Explicar esta transformación.
3. El tratamiento del derivado de furano con estructura A con cantidades catalíticas de ácido
trifluoroacético da lugar a la formación del compuesto B. Explicar esta isomerización y nombrar el
compuesto B.
4. Proponer una síntesis eficiente de 1-(fenilsulfonil)-1H-pirrol-2-carbaldehído a partir de 1H-pirrol.
5. El calentamiento de ciclopentanocarbaldehído con fenilhidracina en presencia de cantidades catalíticas
de
ácido
p-toluenosulfónico
genera
2,3,4,9-tetrahidro-1H-carbazol
(2,3,4,9-tetrahidro-1Hdibenzo[b,d]pirrol. Justificar esta transformación detallando el mecanismo de reacción implicado.
6. Preparar (1H-indol-2-il) (4-piridil) cetona de forma eficiente, a partir de 1H-indol y piridina como fuente
de sistemas heterocíclicos.
7. La 2-veratriltriptamina es un intermedio en la síntesis de estricnina y se prepara fácilmente a partir de
acetoveratrona (metil 3,4-dimetoxifenil cetona) siguiendo la siguiente secuencia sintética:
Completar la secuencia, proponer estructuras para cada intermedio y explicar las reacciones involucradas.
8. Cuando el 3-etil-3-metil-3H-indol se trata con una disolución etérea saturada de cloruro de hidrógeno se
obtienen dos productos isómeros del material de partida. Deducir sus estructuras y explicar la formación
de los dos productos.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 6
(Formación de enlaces C-C; Sesiones 8-9 de Abril y TG-3 14 y 16 de Abril)
1. Cuando el 1-(3-butenil)-2-oxociclopentanocarboxilato de metilo se trata sucesivamente con metóxido de
sodio en metanol a reflujo y bromoacetato de metilo se genera 3-(3-butenil)-1-metoxicarbonilmetil-2oxociclopentanocarboxilato de metilo. Explicar detalladamente esta transformación.
2. El calentamiento de una mezcla de 2,2-dimetil-4-yodometil-1,3-dioxolano, propenoato de metilo,
hidruro de tributilestaño y cantidades catalíticas de 2,2’-azobis(isobutironitrilo) a reflujo de benceno
origina, después de un calentamiento con una disolución de ácido sulfúrico 6N, tetrahidro-6-(hidroximetil)2-piranona. Explicar esta transformación.
3. Proponer una ruta sencilla para transformar butanal en ácido 2-oxopentanoico.
4. Proponer una síntesis que permita realizar la siguiente transformación en el menor número de pasos:
CO2Et
CO2Et
O
MeO
MeO
5. El calentamiento de o-aliloxifenildiazometano origina A. Si el diazocompuesto de partida se irradia con
luz ultravioleta se obtiene una mezcla de los productos B y C. Justificar la formación de los productos A-C.
N N
O
O
O
A
B
C
6. Explicar la siguiente transformación y asignar la configuración relativa a los centros estereogénicos del
producto final acorde a la propuesta mecanística.
O
CO2H
1. I2/NaHCO3, 20ºC
2. Bu3SnH/AIBN,
acrilato de metilo, 80ºC
O
CO2Me
7. Proponer una ruta sintética de (2R*, 3R*)-2-etil-1,4-difenil-3-hidroxi-1-butanona a partir de 2-feniletanal
y 1-fenil-1-butanona. Justificar la estereoquímica del producto final.
8. El acetato de 3-yodopropilo reacciona sucesivamente con zinc, cianuro de cobre y 2-fenilpropanal para
dar lugar a acetato de 5-fenil-4-hidroxihexilo, después de la hidrólisis. El análisis estructural de este
compuesto indica que se trata mayoritariamente del diastereoisómero syn. Completar la reacción y
justificar la estereoselectividad del producto final.
9. La reacción de propanoato de (E)-2-butenilo con cloruro de diciclohexilborano en presencia de
trietilamina en pentano a 0ºC genera un intermedio C, que cuando se calienta a 20ºC da lugar, después de
la hidrólisis, a ácido (R*,R*)-2,3-dimetil-4-pentenoico. Explicar la reacción que ha tenido lugar, proponer
una estructura par el intermedio C y un mecanismo que sea consistente con la estereoquímica del
producto final.
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMA 6
(Formación de enlaces C=C; Sesiones 22 y 24 de Abril)
1. Convertir (1R,2S)-1-fenil-2-metil-1-butanol en (Z) y en (E) de 1-fenil-2-metil-1-buteno, de forma selectiva.
2. Indicar de forma razonada como se puede convertir de forma selectiva (E)-3-hexeno en el (Z)-3-hexeno.
3. Proponer una ruta selectiva para transformar 2-metilciclohexanona en 2-deuterio-3-metilciclohexeno.
4. La reacción del aldehído salicílico (2-hidroxibenzaldehído) con hidróxido de sodio acuoso seguido de
tratamiento con bromuro de trifenil vinil fosfonio da lugar a 2H-cromeno (2H-benzo[b]pirano). Explicar
esta transformación.
5. Si se trata sucesivamente (3aS*,7aS*)-hexahidrobenzofuran-2(3H)-ona con a) LDA; b) difenildiseleniuro;
c) LDA; d) yoduro de metilo; y e) agua oxigenada a 0ºC se forma (3aS*,7aS*)-hexahidro-3-metilenobenzofuran-2(3H)-ona (A), como único producto de reacción. Sin embargo, al cambiar el orden de adición
de los reactivos, es decir: a) LDA; b) yoduro de metilo; c) LDA; d) difenildiseleniuro; y e) agua oxigenada a
0ºC se obtiene una mezcla de 5,6,7,7a-tetrahidro-3-metilbenzofuran-2(4H)-ona (90%) y A (10%). Explicar
estos resultados y proponer estructuras para cada uno de los intermedios de cada paso de reacción.
6. El tratamiento del óxido de difenil propil fosfina con butillitio a −78ºC y la adición posterior de γbutirolactona da A, después de la hidrólisis. El tratamiento de A con borohidruro de sodio en etanol da
lugar al compuesto B, que cuando se trata con hidruro de sodio genera 4-hepten-1-ol, después de la
hidrólisis. Escribir las reacciones, proponer estructuras para A y B e indicar la estereoquímica del alcohol
final. Justificar la respuesta.
7. Explicar la siguiente transformación siguiente, proponiendo los intermedios clave implicados en el
mecanismo de la reacción:
O
N2CHSiMe3
1. BuLi, -78ºC
O
O
O
2.
O
-78 a 0ºC
8. Teniendo en cuenta los diferentes métodos de formación de dobles enlaces, proponer una ruta sintética
para esta transformación:
H
O
H
D
O
HO
D
H
H
9. Completar y justificar la formación de los productos de la siguiente transformación.
OH
Ph
ácido hex-5-enoico
DCC/ CH2Cl2
ácido (2R,3S, E)-2-but-3enil-3-fenilhex-4-enoico
C
1. LDA/THF/-78ºC
2. TBSCl/-78 a 40ºC
3. H2O/HCl
Cl2(PCy3)2Ru=CHPh
D
Química Orgánica II-Curso 2014-2015 Problemas TEMAS 5 y 8
(Reacciones pericíclicas y transformación de grupos funcionales)
1. El 1-metil-5,5-dimetoxi-1,3-ciclopentadieno reacciona con anhídrido maleico a 25ºC para dar un
compuesto A, como producto mayoritario. El tratamiento de A con hidrógeno y paladio sobre carbono
como catalizador conduce a B, el cual se hidroliza con ácido clorhídrico concentrado para dar C (C10H12O5).
La reacción de C con ácido 3-cloroperbenzoico genera D, cuyo tratamiento con una disolución acuosa de
hidróxido de sodio en caliente conduce al producto E (C10H14O7), después de la neutralización. Asignar
estructuras a los compuestos A-E, incluida la configuración relativa de los centros estereogénicos y
justificar su formación.
2. La sirenina (E) es un sesquiterpeno perteneciente a una familia que posee un resto biciclo[4.1.0] en su
estructura y que se obtiene según la secuencia que se indica a continuación. Completar la secuencia y
asignar estructuras adecuadas a los compuestos D y E, justificando la respuesta.
3. La 4-(4-metilpent-3-en-2-il)ciclohex-2-enona se ha sintetizado por adición consecutiva a 4-metil-3penten-2-ona de: 1. 4-metoxifenillitio; 2. Yoduro de metilo; 3. Litio en amoniaco líquido; 4. Ácido
clorhídrico concentrado, calor. Indicar las reacciones que han tenido lugar, justificando la respuesta.
4. La reacción de (E,E)-2,4-hexadieno con maleato de dietilo origina mayoritariamente un producto A. La
reacción de A con sodio en dietil éter conduce, después de la hidrólisis, a 8-hidroxi-2,5-dimetil-3biciclo[4.2.0]octen-7-ona. Explicar estas transformaciones y asignar configuración relativa a los centros
estereogénicos de A y del producto final. ¿Existe alguna ambigüedad estereoquímica en el producto final?.
5. El (E)-nuciferol [(E)-2-metil-6-p-tolil-2-hepten-1-ol] puede obtenerse a partir del 2-metil-2-propen-1-ol a
través de la siguiente secuencia de reacciones: a) butillitio; b) cloruro de fenilsulfenilo; c) butillitio; d) 4metil-1-(4-yodo-2-butil)benceno; e) P(OMe)3, MeOH, calor. Proponer estructuras para los intermedios de la
secuencia de reacciones y explicar su formación.
6. Cuando se somete el compuesto A, en su forma racémica, a las condiciones de la reducción de WolffKishner se forma el compuesto B, el cual se puede obtener de manera alternativa a partir de un
hidrocarburo C por oxidación con dióxido de selenio. Posteriormente, B se trata con Ti(OPri)4 /ButOOH en
presencia de (+)-L-tartrato de dietilo dando lugar al compuesto C, ópticamente activo (e.e.=94%). Dar las
estructuras de los compuestos B-D y explicar las reacciones que tienen lugar.
7. Completar la siguiente secuencia sintética, discutir los mecanismos de las reacciones involucradas y
asignar configuración relativa a los centros estereogénicos del producto final.
8. La reacción de N-[(E)-buta-1,3-dienil]carbamato de bencilo con (Z)-2-butenoato de metilo a 110ºC da
mayoritariamente un compuesto, que se trata sucesivamente con óxido de N-metilmorfolina y cantidades
catalíticas de tetróxido de osmio en H2O/tert-butanol, hidrógeno/Pd/C e hidróxido de potasio acuso
a100ºC genera, después de la neutralización, un dihidroxiaminoácido G. Proponer una estructura para G
incluyendo la configuración relativa de los estereocentros, justificando la respuesta.
9. Proponer una ruta sencilla para transformar la indanona A en la lactona B.