RMN 1H

11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
GENERALIDADES
Los sustratos más comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas:
δ−
O
+
Cδ
Me
H
δ−
O
+
Cδ
Me
Me
μ = 2,73 D
μ = 2,84 D
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:
Nu
_
_
_
_
_
: H : ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC: ; R C C : ; RCH2
Mecanismo general:
Nu
R
R
_
C
Nu C
O
R
R
_
O
HB
Nu C
OH
R'
R'
En el estado de transición la aglomeración de grupos en torno al átomo del C=O aumenta:
Nu
δ
O
O
_
Nu
C
R
_
_
O
+
Cδ
Nu
R'
C
R
R'
R
R'
Por este motivo, la velocidad de reacción sigue el orden:
O
H
C
O
O
H
>
R
C
H
>
R
C
R'
Las cetonas son bastante menos reactivas que los aldehidos, y si existen grupos alquilo unidos al Cα la
reactividad disminuye todavía más:
__
__
CH3 CO CH3
>
__
__
__
CH3 CO CH CH3
CH3
>
__
CH3
__ __
CH3 CO C CH3
CH3
CH3
>>
__ __
CH3
__ __
CH3 C CO C CH3
CH3
CH3
XI
282
Dependiendo del nucleófilo empleado se obtienen los siguientes tipos de compuestos:
Nucleófilo
Producto
Sustrato
O H
H
_
R'CH2
CH R''
OR
R OH
R'CH2
C
OR
R''
R'CH2 C
R NH2
(imina, base de Schiff)
NR
R''
R'CH
R NH R
O
R'CH2 C
H2N
C
(enamina)
NR2
R''
R''
NH2
R'CH2
C
N NH2
(hidrazona)
CN
(cianhidrina)
R''
OH
_
R'CH2
NC
C
R''
OH
_
CH
:
R C
R'CH2
C
C
C R
(alcohol)
R''
_
OH
R CH2
R'CH2
C
(alcohol)
CH2R
R''
ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN NUCLEÓFILA. REGLA DE CRAM
En las reacciones de adición nucleófila, el átomo de carbono del grupo carbonilo puede transformarse en un
átomo de carbono asimétrico, dependiendo del tipo de nucleófilo empleado y de los radicales alquilo que están
unidos inicialmente al C=O.
Me
NC
_
C
Et
Me
Me
O
NC
C
Et
O
_
HB
NC
C * OH
Et
XI
283
Si el compuesto carbonílico y el nucleófilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos
enantiómeros (racémico):
NC
Me
Et
1
Me
Et
C
_
NC
O
Me
Et
2
2
NC
_
O
1
HB
Me
Et
_
O
Me
Et
HB
OH
OH
NC
NC
Sin embargo, cuando el compuesto carbonílico es quiral, la probabilidad de que el nucleófilo reaccione por
cada una de las dos caras del grupo carbonilo no es la misma. El impedimento estéreo hace que la reacción
por una de las caras esté favorecida, y el resultado es una mezcla de diastereoisómeros en proporciones
diferentes (inducción asimétrica):
Nu
1
1
H
Me
menor
impedimento
2
OH
_
Nu
O
(producto mayoritario)
H
Me
mayor
impedimento
OH
H
2
(producto minoritario)
Nu
Me
El diastereoisómero mayoritario se forma cuando el nucleófilo reacciona con el grupo carbonilo por el lado
menos impedido, y la conformación del sustrato es aquella en la que el grupo carbonilo está flanqueado por los
grupos menos voluminosos unidos al Cα asimétrico.
[grupo grande]
C6H5
H
[grupo pequeño]
*
Cα
COMe
Me
[grupo mediano]
Conformaciones más favorecidas en relación con el grupo carbonilo:
O
H
Me
Me
C6H5 (Me)
H
Me
H
O
3
C 6H 5
y
Me
(3R)
O
O
Me
H
3
C 6H 5
Me
C6H5 (Me)
(3S)
[grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]
XI
284
La regla de Cram se refiere a la reacción de uno de los estereoisómeros que forman la pareja de enantiómeros,
no a la reacción del racémico con el nucleófilo.
grupo de mayor tamaño
G
M
grupo mediano
O
M
_
OH
P
M
Nu
R
1
grupo de menor tamaño
P
HB
P
M
Nu
R
(mayoritario)
G
P
O
O
P
G
_
Nu
M
[1]
*
G
1
R
G (R)
2
O
carbono
asimétrico
_
P
OH
M
HB
2
R
P
M
(minoritario)
R
Nu
Nu
G
G
[2]
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados P y G:
P
G
1
R
_
Nu
O
M
G
P
Nu
HB
M
O
_R
G
Nu
M
R
OH
P
(mayoritario)
[1]
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados M y G:
G
M
2
O
P
R
_
Nu
G
M
P
Nu
R
_
O
HB
G
M
Nu
P
OH
R
(minoritario)
[2]
La regla de Cram sólo es aplicable a reacciones sometidas a control cinético, en las que los complejos
activados (estados de transición) tienen energías diferentes y los productos se forman a velocidades distintas.
APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ADICIÓN NUCLÓFILA EN SÍNTESIS
FORMACIÓN DE ENLACES C−H
REDUCCIÓN CON HIDRUROS METÁLICOS
Los hidruros metálicos más utilizados en la reducción de moléculas con grupos carbonilo son el hidruro de litio
y aluminio (LiAlH4) y el borohidruro sódico (NaBH4)
El hidruro de litio y aluminio reacciona con compuestos que tienen hidrógenos ácidos (agua, alcoholes y ácidos
carboxílicos, por ejemplo):
XI
285
rápida
LiAlH4 + 4H2O
_
+
Li Al(OH)4
4H2
+
Para utilizarlo como agente reductor, el disolvente empleado en la reacción tiene que ser anhidro (exento de
agua) El disolvente más común es el dietil éter.
El borohidruro sódico también reacciona con el agua y los alcoholes:
NaBH4 + 4CH3CH2OH
lenta
_
+
Na B(OEt)4 + 4H2
En este caso la reacción es mucho más lenta y, de hecho, los alcoholes y el agua pueden utilizarse como
disolventes.
Ambos reactivos son fuentes de anión hidruro (H−), el nucléfilo que se adiciona al grupo carbonilo provocando
su reducción:
O
CH3
C H
(CH2)5
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
Heptanal
CH3__(CH2)5__CH2OH
(86 %)
1-Heptanol
O
OH
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
(90 %)
Ciclobutanona
Ciclobutanol
O
CH2
C OH
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
C OEt
(92 %)
2-Fenil-1-etanol
Ac. fenilacetico
O
CH2__CH2__OH
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
CH2OH
(90 %)
Benzoato de etilo
Alcohol bencilico
Me O
N__C__Me
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
Me OH
N___CH__Me
(91 %)
N-Metilacetanilida
N-(1-Hidroxietil)-N-metilanilina
CH3
(CH2)11
C N
Tridecanonitrilo
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
CH3__(CH2)11__CH2NH2
(90 %)
Tridecilamina
XI
286
Mecanismo de la reducción de un éster:
O
_
2 R__CH2O
Et2O
H4AlLi
2 R C OR' +
2 R__CH2OH
+
2R'OH
+
Al(OR')2
+
+
Li+
+
Al3+ +
+
4H3O+
Li+
4H2O
Cada molécula de H4AlLi reduce dos moléculas de éster.
Reducción de la primera molécula:
O
R
O
+
Li
_
H__AlH3
C
_
R__C__H
+
H AlH
R__C__H
OR'
_
+
: O : Li
Li+
:O :
Li+
OR' AlH3
R__C__H
+
R'O__AlH2
H
OR'
Reducción de la segunda molécula:
O
O
R__C
_
R__C__ H
H__AlH__OR'
OR'
OR'
:O:
_
:O:
R__C__H
R C H
H
H__Al(OR')2
AlHOR'
+
+ Al(OR')2
Una vez finalizada la reducción se añade un ácido mineral (H3O+):
2R__CH2__O
_
+
+ Al(OR')2
+
Li+ + 4H3O+
2R__CH2OH
+ 2R'OH
+
Al3+ + Li+ + 4H2O
El borohidruro sódico (NaBH4) es menos reactivo que el H4AlLi y, por consiguiente, más selectivo. En
condiciones ordinarias no reacciona con ésteres, amidas, nitrilos y nitrocompuestos:
O
__ __
__
__
CH3 C CH2 CH2 CO2Et
H4BNa
H2O
4-Oxopentanoato de etilo
O
CH2CH2__C__H
__
NC
CH3__CH2__C__CH3
2-Butanona
CH3 CH__CH2CH2__CO2Et
4-Hidroxipentanoato de etilo
H4BNa
EtOH
3-Cianopropanal
O
OH
__
NC__CH2CH2__CH2OH
4-Ciano-1-propanol
H4BNa
H2O
OH
CH3 CH2 CH_CH3
(87 %)
_
_
2-Butanol
XI
287
OH
O
H4BNa
__ __
CH3CH2CH2 C H
__
CH3CH2CH2 CH__H
H2O
(85 %)
Butanal
1-Butanol
Compuesto
LiAlH4
NaBH4
Producto
R__CHO
+
+
R__CH2OH
R__CO__R'
+
+
R__CHOH__R'
R__CO2H
+
R__CO2R'
+
R__CH2OH
R__CH2OH + R'__OH
R__CN
+
R__CH2NH2
R__NO2
+
R__NH2
+
R__H
Ar__NO2
R__X
OXIDACIÓN DE ALCOHOLES (OXIDACIÓN DE SWERN)
La oxidación de Swern transforma los alcoholes primarios en aldehidos y los secundarios en cetonas.
Los reactivos empleados son: sulfóxido de dimetilo (Me2S=O), dicloruro de oxalilo (Cl-CO-CO-Cl) y una base
tipo trietilamina (Et3N):
OH
__
O
Swern
__
Me3C CH CH3
__ __
Me3C C CH3
(76 %)
3,3-Dimetil-2-butanol
terc-Butil metil cetona
La reacción transcurre en tres etapas.
Etapa 1: Formación del catión clorodimetilsulfonio.
_
Me
:S
O
Me
O
O
C
C Cl
+
Me S
Cl
Cl
_
Me
:S O
+
Me
Me
O
C
O
O
O
C
C Cl
O
O
O
C
C Cl + Cl
_
Me
Cl
O
Me
C
__ __
Cl
+
Me S
Cl S Me
+
+
O
C
O
+ C
O
+
Cl
_
Clorodimetilsulfonio
XI
288
Etapa 2: Reacción del alcohol con el catión clorodimetilsulfonio.
Me
+
RCH2 O :
:S
+ Me
RCH2 O S Me
+
_
H
Cl
Cl
Me
H
Me
RCH2
O S Me + HCl
+
Etapa 3: Reacción de oxidación-reducción.
CH2
RH2
:NEt3
H
+
H__NEt3 +
O S Me
+
H
R C O
_
: CH2
+
S Me
R C O
H
+
H
Me
S Me
Sulfuro de
dimetilo
FORMACIÓN DE ENLACES C−O
REACCIÓN CON ALCOHOLES
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con los alcoholes originando acetales:
O
R C H +
CH3OH
H3O+
OH
R CH OCH3
hemiacetal
O
R C R' +
CH3OH
H3O+
OH
R C
OCH3
R'
OCH3
CH3OH
R CH OCH3
H3O+
acetal
OCH3
CH3OH
R C
H3O+
OCH3
R'
hemiacetal
acetal
Mecanismo de formación de un acetal:
:O :
___
H
+
:O H
B
R C R
:B
_
R C R
:B
HO__R'
_
:O H
:O H
R C R
R C R
+
O R'
:O R'
H
+
HB
hemiacetal
HO__R'
+
H O:
H___B
R C R
:O R'
hemiacetal
:B
_
OH2
+ R C R
:O R'
_
H2O
+
R C R
:O R'
:B
_
H
+
O R'
R C R
:O R'
: O R'
R C R + HB
:O R'
acetal
XI
289
Si en lugar de emplear un alcohol con un solo grupo hidroxilo se utiliza un glicol, se obtienen acetales cíclicos.
El glicol más utilizado es el etilenglicol (HOCH2-CH2OH):
:O :
R
H3O+
+ HOCH2__CH2OH
R C H
O
R
H3O+
+ HOCH2__CH2OH
R C R'
O
C
O
R'
(acetal cíclico de un aldehido)
CH2
O
H
:O :
CH2
C
CH2
CH2
(acetal cíclico de una cetona)
EJERCICIO 11.1
Escribe el mecanismo de la reacción entre la ciclohexanona y el etilenglicol en medio ácido:
O
HOCH2__CH2OH
+
H3O+
O
+
H2O
O
La reacción de formación de acetales es reversible; esto significa que, en medio ácido, los acetales se
transforman en el alcohol y el aldehido o la cetona de partida:
O
H3O+
O
+
O
O
HOCH2__CH2OH
O
H3O+
C__H
+
O
HOCH2__CH2OH
Por el contrario, los acetales son muy estables frente a las bases. Su fácil ruptura por los ácidos, combinada
con la ausencia de reactividad frente a las bases, hace que sean muy útiles para proteger grupos carbonilo.
EJERCICIO 11.2
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción de hidrólisis:
O
H3O+
O
+
O
HOCH2__CH2OH
EJEMPLO DE PROTECCIÓN DE UNA CETONA EN FORMA DE ACETAL
Imagina que se pretende realizar la siguiente reacción:
O
O
CH2CH2__CN
2-(2-Cianoetil)-ciclohexanona
reducción
CH2CH2__CH2NH2
2-(3-Aminopropil)-ciclohexanona
XI
290
Se trata de convertir el nitrilo en una amina, dejando intacto el grupo carbonilo. Es una reducción que puede
hacerse empleando hidruro de litio y aluminio; sin embargo, el H4AlLi también reducirá la cetona, convirtiéndola
en un alcohol secundario.
La estrategia a seguir es muy simple: primero se protege el grupo carbonilo en forma de acetal, a continuación
se lleva a cabo la reducción y, finalmente, se regenera el grupo carbonilo hidrolizando el acetal:
O
O
CH2CH2__CN
O
__
HOCH2 CH2OH
O
CH2CH2CN
O
1)H4AlLi
H3O+
CH2CH2__CH2NH2
2)H3O+
O
__
O
_+
CH2CH2 CH2 NH3
H3O+
CH2CH2__CH2NH2
_
HO (dil.)
EJERCICIO 11.3
¿Cómo llevarías a cabo la siguiente transformación?
CH3
CO CH2CH2
C CH
5-Hexin-2-ona
_
1)Na+NH2
CH3 CO CH2CH2
2)CH3I
C C CH3
5-Heptin-2-ona
EJEMPLO DE PROTECCIÓN DE UN ALCOHOL EN FORMA DE TETRAHIDROPIRANIL ÉTER
Hay ocasiones en las que es necesario proteger el grupo hidroxilo de los alcoholes, para poder llevar a cabo
transformaciones en otra parte de la molécula. Por ejemplo (Tema 9):
OH
__
1)Mg
__
CH3 CH CH2CH2Br
2)
OH
CH3 CH__CH2CH2__CH2CH2OH
__
O
Ahora se plantea un problema distinto: los magnesianos reaccionan con los hidrógenos ácidos, dando lugar al
hidrocarburo correspondiente:
RO____H
BrMg
___
OR
+
R'
BrMg
R'__H
Si se pretende obtener el magnesiano de una molécula que tiene un grupo OH sucede lo siguiente:
CH3
BrCH2CH2
CH O
H
CH3
BrCH2CH2
H
BrMg CH2CH2CHCH3
CH O
MgBr
+
CH2CH2CHCH3
OH
OH
El magnesiano se destruye y no tiene lugar su reacción con el oxirano. La forma de evitar esta reacción, que
impide llevar a cabo la síntesis, consiste en proteger el grupo OH.
XI
291
Una forma de hacerlo es preparar el tetrahidropiranil éter del alcohol:
RCH2OH
TsOH
+
RCH2__O
250C
O
RCH2__O__THP
O
tetrahidropiranil éter
Dihidropirano
THP
O
(tetrahidropiranilo)
Mecanismo de la reacción:
H___OTs
H
_ TsO_
O
O
+
H
:OR
H
+
+
O__R
O
_
TsO
O
H
TsOH
O__R
tetrahidropiranil éter
La síntesis que pretendemos realizar es la siguiente:
OH
CH3
OH
CH CH2CH2MgBr
+
CH3
O
CH CH2CH2 CH2CH2OH
Primer paso: Protección del alcohol.
OH
CH3
CH CH2CH2Br
TsOH
+
O
CH3
O
CH CH2CH2Br
O
Segundo paso: Formación del magnesiano.
O
O
CH3
Mg
CH CH2CH2Br
Et2O
O THP
CH3
CH CH2CH2MgBr
magnesiano con el OH protegido
Tercer paso: Reacción del magnesiano con el oxirano.
O__THP
O__THP
CH3__CH__CH2CH2__MgBr
+
NH4 Cl
H2 O
_
+
O
CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2__OMgBr
O__THP
CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2__OH
+
_
Mg2+ + Br
XI
292
Cuarto paso: Hidrólisis del tetrahidropiranil éter del alcohol.
O
O
__
CH3 CH
H3O+
__
CH2CH2__CH2CH2OH
OH
CH3 CH__CH2CH2__CH2CH2OH
__
+
O
EJERCICIO 11.4
Se pretende realizar la siguiente reacción de alquilación (Tema 9)
O
O
CH3
_
1)ter-BuO K+
2)ICH3
HOCH2
HOCH2
CH2OH
CH2OH
Esta síntesis plantea un problema: el anión terc-butóxido que se utiliza para formar el enolato de la cetona es
una base fuerte (pKa 19) que reaccionará con los grupos OH (pKa 16) dando lugar a un anión alcóxido:
O
O
_
ter-BuO K+
HOCH2
_
CH2OH
OCH2
_
CH2O
Este dianión reacciona con el yoduro de metilo:
O
_
I___CH3 OCH2
O
CH2O
_
CH3___I
CH3 OCH2
CH2O__CH3
¿Cómo protegerías los dos grupos OH para impedir esta reacción secundaria?
Ayuda: debes formar un acetal.
FORMACIÓN DE ENLACES C-N
REACCIÓN CON AMINAS PRIMARIAS
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con las aminas primarias en una secuencia de adición nucleófila
seguida de eliminación; el resultado son unos compuestos conocidos como iminas o bases de Schiff:
O
C__H
Benzaldehido
+
H2N__CH3
benceno
Q
CH
N__CH3
+
H2O
(70 %)
N-Bencilidenmetilamina
XI
293
O
CH3
_
_
CH3 CH
+
benceno
Q
CH2_NH2
__
N
CH3
__
CH2 CH__CH3
H2O
+
(79 %)
N-Ciclohexilidenisobutilamina
Mecanismo de la reacción (catálisis ácida pH 3-5; tampón AcOH + AcONa)
H___OAc
R
O
R'
_
R
H
AcO
___
:
R'
NH C
H
R'
R
R
+
H2O
R
R'
R
R'
_
NH C R
aminoalcohol
OAc
AcO
OH
:
C
R
_
H+
N C O
adición
:
R'__NH2
N
C
H
R
eliminación
R
R'
+
N
R
C R
+ H2O
H
R
+
N C R
R
R'
N C R
AcOH
+
imina
H
(base de Schiff)
REACCIÓN CON AMINAS SECUNDARIAS
Las aminas secundarias reaccionan con aldehidos y cetonas dando lugar a enaminas:
O
__ __
CH3CH2 C H
__
__
+ CH3 NH CH3
AcOH
AcONa
__
CH3
__ __
CH3CH2 CH N CH3
OH
OH
O
+
HN
AcOH
AcONa
H2O
CH3
CH3CH CH N CH3
N-(1-Propenil)-dimetilamina
_
N
_
H2O
Pirrolidina
N
N-(1-Ciclopentenil)-pirrolidina
EJERCICIO 11.5
Escribe el mecanismo de la reacción entre la Ciclohexanona y la Pirrolidina.
XI
294
EJERCICIO 11.6
G. Stork descubrió que las enaminas son compuestos análogos al enolato de la cetona de partida. Por
ejemplo, se pueden llevar acabo reacciones de alquilación (Tema 9) en la enamina y recuperar la cetona
alquilada mediante una reacción final de hidrólisis:
O
AcOH
AcONa
+
N
H
Ciclohexanona
N
H2O
+
enamina
R
+
N
R__X
+
N
benceno
Q
+
X
_
O
R
R
H2 O
+
N
+
Q
Ciclohexanona
alquilada
N
H
Escribe el mecanismo de todas las reacciones y comprueba que la enamina se comporta como el anión enolato
de la Ciclohexanona.
REACCIÓN CON HIDRAZINA
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con hidracina (H2N-NH2) y dan lugar a un tipo de compuestos llamados
hidrazonas:
OH
O
CH3CH2
C H +
H2N__NH2
CH3CH2
Q
CH NH NH2
CH3CH2
CH N
NH2
hidrazona del Propanal
O
HO
+
N__NH2
NH__NH2
Q
H2N__NH2
hidrazona de la
Cicloexanona
Las hidrazonas se descomponen en medio básico; el grupo carbonilo del aldehido o de la cetona se transforma
en un metileno:
O
CH3
(CH2)5
C CH3
H2N__NH2
N NH2
CH3
(CH2)5
C CH3
NaOH
Q
CH3__(CH2)5__CH2__CH3
(75 %)
Octano
Se trata de la reducción más extrema de un grupo carbonilo, ya que el oxígeno es sustituido por dos átomos de
hidrógeno. La reacción recibe el nombre de reducción de Wolff-Kishner y conduce al mismo resultado que la
reducción de Clemennsen.
XI
295
FORMACIÓN DE ENLACES C-C
REACCIÓN CON ANIÓN CIANURO
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con anión cianuro (NaCN o KCN), dando lugar a un ión alcóxido que en
medio ácido se transforma en una cianhidrina:
N
C
O
R
_
N
O
R
C
+
H___OH2
_
OH
__
C R
N
C
C__R
+
H2O
R
R
cianhidrina
ión alcóxido
_
O
_
CH2CHO
+
__
CH2 CH CN
CN
OH
H3O+
__
__
CH2 CH__CN
(67 %)
Fenilacetaldehido
2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo
__
__
CH3 CO CH3
_
O
_
+
CH3
CN
H3O+
C CN
OH
CH3
C CN
CH3
CH3
(78 %)
2-Hidroxi-2-metilpropanonitrilo
Las cianhidrinas son útiles en síntesis, debido a la presencia de los grupos HO y CN; el hidroxilo puede dar
lugar a reacciones de eliminación (obtención de olefinas) y el CN es susceptible de transformarse en carboxilo
(Tema 9):
CH3__CO__CH3
1)NaCN
2)H3O+
OH
CH3
C CN
CH3
CH3OH
H2SO 4
CH3 O
CH2
1)NaCN
2)H3O+
OH
CH3
CH CN
C OCH3
Metacrilato de metilo
(90 %)
(78 %)
CH3__CHO
C
H3O+
Q
OH O
CH3
CH C OH
Ác. 2-hidroxipropanoico
(Ác. láctico)
EJERCICIO 11.7
¿Cuál será la configuración absoluta del ácido láctico obtenido mediante la reacción anterior?
XI
296
REACCIÓN CON ANIONES ACETILURO
Los alquinos con el triple enlace al final de la cadena reaccionan con sodio en amoniaco líquido, dando lugar al
anión acetiluro correspondiente (Tema 9)
_
Na
R C C H
+
+
NH3 (liq.)
_
NH2 Na+ + 1/2 H2
330
_
NH2
R C C:
_
anión
acetiluro
pK 26
Keq 1010
NH3
+
pK 36
El anión acetiluro se adiciona al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, originando alcoholes acetilénicos:
O
R C
C:
_
O
R C
C H
C
_
H3O+
C H
H
H
CH2OH
R C C
alcohol primario
Formol
O
R C
C:
_
O
R C
C H
C
C H
O
R C
C:
H3O+
R'
R'
_
_
O
R C
C R'
C
OH
R C C
CH
alcohol secundario
_
H3O+
C R'
OH
R C C
C
R'
R''
R''
R''
R'
alcohol terciario
Reacción global:
R C
C H
Na
NH3 (liq.)
R C
C:
_
Na+
R'_CO_R''
Et2O
_
+
O Na
R C
C C R'
H3O+
OH
R C
C C R'
R''
R''
EJERCICIO 11.8
Escribe las reacciones que conducen a 1-Fenil-2-propin-1-ol y (1-Propinil)-1-ciclohexanol partiendo de Benzaldehido, Ciclohexanona y el hidrocarburo acetilénico que consideres conveniente.
REACCIÓN CON COMPUESTOS ORGANOMAGNÉSICOS
Reactivos organomagnésicos (magnesianos, reactivos de Grignard) (Tema 9, p. 229):
R__X + Mg
R
CH2 CH
; CH2
R__Mg__X
CH CH2
; CH C
(haluro de alquil magnesio)
; ArCH2
; Ar
; R
(alquilo)
XI
297
Los magnesianos reaccionan con hidrógenos ácidos, oxígeno y CO2:
Los compuestos con átomos de hidrógeno ácidos destruyen el magnesiano, transformándolo en el hidrocarburo
correspondiente al haluro de alquilo de partida:
Z___H
H
Z
X__Mg__CH2__R
X Mg + CH2
R
HO (agua) ; RO (alcohol) ; ArO (fenol) ; RCO2 (ácido) ; RCONH (amida)]
[Z
La reacción con oxígeno conduce a alcoholes primarios:
R__CH2__MgX
1)O2
R__CH2OH
2) H3O +
RCH2____MgX
O
O____O
O
X__Mg__CH2R
XMg
MgX
RCH2
CH2R
O
+
H3O+
O
2 RCH2OH + 2 Mg2+ + 2X
_
RCH2
MgX
La reacción con CO2 origina ácidos carboxílicos:
R__CH2__MgX
R
X__Mg
O
O
C
R C
O
O
1)CO2
R __CH2CO2H
2) H3O+
H3O+
O
R C OH + Mg2+ + X
_
Mg X
SÍNTESIS DE ALCOHOLES
Los magnesianos reaccionan con aldehidos, cetonas y ésteres dando lugar a alcoholes:
XMg
O
C H
R
O
XMg
R CH2
H3O+
R__CH2OH
+
Mg2+
+ X
_
alcohol primario
H
Formol
XMg
R
O
C R'
H
aldehido
XMg
R
O
C R'
H
H3O+
OH
R C R'
+
Mg2+
_
+ X
H
alcohol
secundario
XI
298
XMg
R
XMg
O
O
R
C R'
C R'
OH
H3O+
R C
R''
R''
R'
_
Mg2+
+
+ X
R''
cetona
alcohol
terciario
Conviene darse cuenta que los radicales R, R’ y R’’ son intercambiables. Es decir, la síntesis de cualquier
alcohol secundario puede realizarse a partir de dos aldehidos y dos magnesianos distintos; análogamente, la
obtención de un alcohol terciario se puede llevar a cabo utilizando tres cetonas y tres magnesianos diferentes.
Síntesis de un alcohol secundario:
O MgX
O
1
__
R MgX +
R'
C H
R'
O MgX
O
2
__
R' MgX
+
CH R
R C H
R CH R'
OH
H3O+
R'
CH R
OH
H3O+
R CH R'
Síntesis de un alcohol terciario:
O MgX
O
1
__
R MgX +
R'
C R''
R'
C R''
OH
H3O+
R'
R
O MgX
O
2
__
R' MgX +
R C R''
R C R''
O MgX
O
3
R'' MgX +
R C R'
R C R'
R''
OH
H3O+
R C
R'
__
C
R
R''
R'
H3O+
OH
R C
R''
R'
R''
EJERCICIO 11.9
Utilizando magnesianos y aldehidos diseña dos síntesis del 2-Butanol. Emplea magnesianos y cetonas que den
lugar al 3-Metil-3-hexanol.
Los ésteres también reaccionan con los magnesianos. Si se hace reaccionar un mol de magnesiano con un mol
de éster tiene lugar una sustitución nucleófila en el grupo carbonilo y se obtiene una cetona:
XMg
R
O
C OR''
R'
_
[adición]
R
+
O MgX
C
OR''
[eliminación]
O
R C R'
+
R''__OMgX
R'
XI
299
Cuando se utilizan dos moles de magnesiano y un mol de éster, el segundo mol de magnesiano reacciona con
la cetona formada inicialmente, dando lugar a un alcohol terciario con dos radicales iguales (los que provienen
del magnesiano):
O MgX
O
R C R'
XMgR
+
R C R'
OH
H3O+
R C R'
R
R
Reacción global:
O
R'
1)2XMgR
C OR''
2)H3O
+
OH
R'
C R
R''OH
+
+
Mg2+
_
+ 2X
R
EJERCICIO 11.10
Las lactonas son ésteres cíclicos que reaccionan con los magnesianos. Escribe las reacciones correspondientes
a la siguiente transformación:
O
O
1)2BrMgEt
2)H3O+
5-Etil-1,5-heptanodiol
EJERCICIO 11.11
1 Diseña una síntesis del Trifenilmetanol empleando como sustancias orgánicas Benceno y Etanol.
2 Haz lo mismo con el 1-Butanol, utilizando únicamente Etileno.
3 Idea una síntesis del 2,3-Dimetil-2-butanol a partir del Propino.
SÍNTESIS DE ALCOHOLES ACETILÉNICOS A PARTIR DE MAGNESIANOS
Los alquinos terminales reaccionan con magnesianos, originando haluros de alquinilmagnesio:
RC CH
+ R'__CH2MgX
RC C MgX
pKa 26
+
R'CH3
Keq 1013
pKa 49
Los haluros de alquinilmagnesio se adicionan al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, dando lugar a
alcoholes acetilénicos:
O
H C H
O MgX
R C C CH2
H3O+
R C C CH2OH
(alcohol primario)
O
R C C MgX
R'
C H
O MgX
R C C CH R'
H3O+
OH
R C C CH R'
(alcohol secundario)
O MgX
O
R'
C R''
R C C C
R''
R'
H 3 O+
OH
R C C C
R'
R''
(alcohol terciario)
XI
300
EJERCICIO 11.12
Las siguientes reacciones no se pueden llevar a cabo sin proteger adecuadamente determinados grupos
funcionales. Escribe todos los pasos necesarios para que ambas síntesis sean viables.
Síntesis 1:
CH2OH
CH2OH
1)EtMgBr
HC C CH CH2OH
BrMg C
2)H3O+
C CH CH2OH
CH2OH
O H
1)CH3CHO
CH3 CH C
2)H3O+
Síntesis 2:
C CH CH2OH
OH
COMe
1) MeC
1)Li
Br
2)CH3CHO
2)H3O
CH__CH3
3)H3O+
C__C
Me
COMe
C Me
CMgBr
+
CH__CH3
OH
OH
REACTIVOS ORGANOLITICOS
El litio reacciona con los haluros de alquilo o de arilo, dando lugar a compuestos orgánicos de litio (Tema 8, p.
199)
CH3CH2CH2CH2_Br + 2Li
Cl
+
2Li
tetrahidrofurano
00 C
CH3CH2CH2CH2__Li
LiBr
+
1-Butil-litio
tetrahidrofurano
Li
00 C
+
LiCl
Fenil-litio
Los compuestos orgánicos de litio reaccionan con los aldehidos y las cetonas de la misma forma que los
magnesianos. La única diferencia es que los organoliticos son más reactivos y, en ciertos casos, permiten la
obtención de alcoholes terciarios a partir de cetonas que, al estar impedidas estéricamente, son poco reactivas
frente a los magnesianos.
_
O Li+
O
CH2
CH Li
+
C6H5
C H
C6H5
CH CH CH2
H3O+
OH
C6H5
CH CH CH2
1-Fenil-2-propen-1-ol
(76 %)
_
O Li+
O
C6H5__Li
C6H5
+
C H
C6H5
H3O+
CH C6H5
OH
C6H5
CH C6H5
Difenilmetanol
(100 %)
_
O Li+
O
CH3(CH2)4__CH2__ Li
+
H C H
CH3(CH2)4CH2
C
H
H
H3O+
CH3(CH2)4_CH2_CH2OH
1-Heptanol
(72 %)
XI
301
_
O Li+
O
__
CH3CH2CH2CH2 Li
+ CH3(CH2)3
C
(CH2)3CH3
Bu C
H3O+
Bu
OH
CH3(CH2)3
Bu
C
(CH2)3CH3
(CH2)3CH3
5-Butil-5-nonanol
(91 %)
REACTIVOS ORGÁNICOS DE CINC
Los α-bromoésteres (Tema 9) reaccionan con cinc para dar compuestos organocincicos:
BrCH 2__ CO 2Et
+
BrZn__CH2__CO2Et
Zn
Esta reacción (reacción de Reformatsky) es interesante porque permite trabajar con un compuesto
organometálico que, a diferencia de los magnesianos y los organoliticos, no reacciona con el grupo éster:
C6H5
O
ZnBr
C
CH2
C6H5
CO2Et
Me
O
ZnBr
C
CH2 CO2Et
H3O+
OH
C6H5
Me
CH2 CO2Et
C
HO
BrCH2
CH CH CO2Et
Zn2+
+
Br
_
Me
O
+
+
1)Zn
CO2Et
2)H3O+
EJERCICIO 11.13
La reacción del (2S)-2-Fenilpropanal con Yoduro de metilmagnesio, seguida de acidificación, da lugar a una
mezcla de dos diastereoisómeros en la proporción 2:1. Teniendo en cuenta que la reacción está sometida a
control cinético, averigua cuál es el estereoisómero mayoritario.
XI
302
EJERCICIOS ADICIONALES
11.1 Realiza la síntesis de los compuestos a-i utilizando magnesianos.
a) 5-Metil-1,5-hexanodiol
b) 3-Fenilpropanol
c) 2-Hexanona
d) 4-Metil-4-heptanol
e) 3-Pentanol
f) 3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno
g) 2-Fenil-2-butanol
h) 1-Metilciclobutanol
i) Ácido fenilacético
Puedes emplear cualquier producto inorgánico, pero únicamente los siguientes compuestos orgánicos:
Propino
Benceno
Metanol
Etanol
1-Propanol
Alcohol bencílico
Óxido de etileno
Bromuro de vinilo
3-Buten-2-ona
5-Bromo-2-pentanona
Ác. propiónico
Ác. 5-hidroxipentanoico
Ác. fórmico
Ác. acético
11.2 Utilizando Bromuro de fenilmagnesio y cualquier otro producto orgánico o inorgánico que precises, diseña una
síntesis de los siguientes compuestos:
1) Ac. benzoico
2) 1-Fenilpropino
3) Vinilbenceno
4) Trifenilmetanol
5) 2-Feniletanol
6) 1,1-Difeniletanol
7) 2-Fenilpropeno
8) Fenol
9) 1,1-Difenil-1,5-pentanodiol
11.3 La reacción de un compuesto A(C7H12O) con Bromuro de metilmagnesio, seguida de tratamiento con
H2SO4 diluido, conduce a una mezcla de dos diastereoisómeros. Uno de ellos es el (1R,3S)1,3Dimetilciclohexanol.
Apartado 1: Averigua las configuraciones absolutas de A y del otro diastereoisómero del 1,3Dimetilciclohexanol. Explica si la mezcla de reacción es ópticamente activa.
Apartado 2: ¿Qué resultado se obtendrá cuando el enantiómero de A se somete a la misma reacción? Explica
si la mezcla de reacción carece ahora de actividad óptica.
11.4 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:
O
2-Bromoetanol
TsOH
A
1)Mg
Me
2)
B(C5H12O2)
HBr (1eq.)
C(C5H11OBr)
O
TsOH
D
O
3)H3O+
1)Mg
2)CO2
3)H 3O
+
[E(C6H12O3)]
F(C6H10O2)
1)2CH 3Li
2)H3O+
4,5-Dimetil-1,5-hexanodiol
XI
303
11.5 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
CH3COCH2CO2Et +
_
EtO
HC C CH2Br
HCl
H2O
C
HOCH2CH2OH
A(C9H12O3)
H3O
H2[Pd/C]
D(C7H10O)
BaSO4
1)NaNH2
B
+
2)IMe
E(C7H12O)
Secuencia 2:
1)Mg
1)Mg
2)EtCHO
CH3CH2CH2Br
PBr3
A
1)H3O+
2)CO2
B
C
1)H3O+
CH3
1)SOCl2
N
2) ?
CH3
O
11.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
Br
1)Mg
2)CH2O
Swern
A
1)H3O+
?
B
oxidación
C 6H 5
OH
Secuencia 2:
O
HC CH
1) ?
1) ?
A(C3H4O)
2) ?
H2[Pd/C]
B(C4H6O2)
2) ?
C(C4H 8O2)
BaSO4
O Me
Me
Me
H 3O +
O Me
Secuencia 3:
O
?
CH3COCH2CO2Et
A(C8H14O4)
H 3O +
1)C6H5MgBr
2)H3O+
B(C18H20O3)
H 3 O+
Me
C6 H5
OH
C6 H5
11.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
C6H5CH2 CO H
2
1)P, Br2
2)EtOH
A
1)Zn
2)
EtO
O
+
O
HNMe2
C6H5
B(C15H20O3)
HO
_
CH CO O CH2CH2NMe2
transesterificación
midriático
(dilatador de la pupila)
C(C4H11NO)
11.8 Apartado 1: Escribe las reacciones que aparecen en la siguiente secuencia sin utilizar estereoquímica.
Me
CH3CH2 CH CHO
1)IMgEt
2)H3O
+
[A + B]
Swern
oxidación
[C]
1)NaCN, EtOH
2)H3O+
XI
304
H3O+
[D + E]
H 3O +
[F + G]
E1
[H + I]
Q
[J + K]
Apartado 2: Utiliza representaciones tridimensionales y proyecciones de Newman, para averiguar la
configuración absoluta de todos los compuestos que aparecen en la secuencia de reacciones.
Ayuda: El primer paso está sometido a control cinético; el paso [C]
termodinámico.
[D + E] está sometido a control
11.9 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
O
C6H5
_
1)CN
Me
2)H3O
A
+
MeOH
H2O
B
Secuencia 2:
H2C(CO2Et)2
_
1)EtO
2)Me2CHCH2Br
_
EtO
HCO2Et
D(C9H16O3)
A(C11H20O4)
CN
H 3O +
Q
B(C6H12O2)
EtOH
C(C8H16O2)
H 3O +
Me
_
E(C10H17O3N)
H3O
CO2H
+
CO2H
Me
OH
Secuencia 3:
H C C H
1)Na, NH3(liq.)
2)Me2CO
A(C5H8O)
H3 O + , H 2 O
B(C5H10O2)
Hg2+
Secuencia 4:
O
2H C C H
1)Na, NH3(liq.)
2)2Me2CO
A(C8H14O2)
H3O+, H2O
Hg
2+
B(C8H16O3)
H 3O +
Me
Me
Me
O
Me
Secuencia 5:
OH
HO
1)Br3P
2)Mg
3)CH2O
A(C7H14O)
H 3O +
B(C7H12)
R_CO3H
C(C7H12O)
CH2_O _CH2C6H5
C6H5CH2OH
Na
11.10 Las α-bromocetonas se obtienen por reacción directa entre la cetona y bromo en medio básico (Tema 9,
p. 241) Las γ-bromocetonas se sintetizan a partir de γ-hidroxicetonas (Tema 9, p. 253, Secuencia 4) Cómo
sintetizarías la 4-Bromo-2-butanona, una β-bromocetona.
XI
305
11.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
_
EtO
EtO2C
A
IMe
EtO2C
_
EtO
Br
B(C11H18O4)
H4AlLi
E
_
1)HO
[C]
2)H3O+
Ac2O
F(C6H12O)
O
Me
piridina
EtOH
D(C6H10O2)
H 3 O+
Me
O
Secuencia 2:
_
EtO
CH2(CO2Et)2
H 3O +
A(C10H16O4)
Br
PBr3
E
C(C5H8O 2)
[B]
Q
_
C6H5O Na+
F(C5H9Br)
EtOH
H 3O +
D
H4AlLi
C 6H 5 O
Secuencia 3:
O
C6H5NH2
+
Me
Cl
A
H4AlLi
B
Secuencia 4:
Br
1)Mg
2)CO2
1)H3O
SOCl2
A
+
Me2NH
B
C
H4AlLi
D
Secuencia 5:
H C
C H
1)Na, NH3(liq.)
2)
A(C4H6O)
_
EtO
B(C11H12O)
C6H5CH2Br
1)Na, NH3(liq.)
2) CH2O
C(C12H14O2)
O
Secuencia 6:
O
Me
CO2Et
_
EtO
MeCOCH2Br
Cl
NH2
[B(C15H18O3NCl)]
A(C9H14O4)
C(C15H16O2NCl)
H3O+
CO2H
Me
N
Me
Cl
XI
306
Secuencia 7:
Me
O
Me
H2N_NH2
CO2Et
[A(C6H 14O3N)]
O
N
N
11.12 ¿Cómo llevarías a cabo las síntesis que aparecen a continuación? Puedes utilizar todos los productos
orgánicos o inorgánicos que necesites.
Síntesis 1:
O
Me
O
O
varios pasos
OEt
OH
Me
C6H5
C 6H5
Síntesis 2:
MeO2C
OH
Me
varios pasos
Me
O
OH
Me
XI
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO
INTRODUCCIÓN
Ya se ha dicho que los aniones enolato de cetonas se emplean habitualmente en reacciones de sustitución
nucleófila sobre un grupo carbonilo (Tema 8) y en reacciones de sustitución nucleófila sobre un átomo de
carbono saturado (Tema 9) La utilidad de los aniones enolato de ésteres se puso también de manifiesto en
reacciones del mismo tipo.
Los aniones enolato de aldehidos, cetonas y ésteres se emplean como nucleófilos en reacciones de adición, en
las que el sustrato puede ser, entre otros, una cetona, un aldehido, un nitrilo α,β-insaturado o un
nitrocompuesto α,β-insaturado.
Estas reacciones de adición nucleófila transcurren mediante el siguiente mecanismo general (el ejemplo se
refiere a una cetona que reacciona con ella misma):
O
R CH2
O
_
C CH
R'
R
C R'
+
O
C CH2 R
R'
B
_
R CH
_
O
_ H___B
O
C CH
C CH2 R
R'
O
C R'
+
R'
O
OH
C CH
C CH2 R
R'
R
HB
R
+ B
_
R'
El producto de la reacción es un compuesto β-hidroxicarbonílico que, eventualmente, puede deshidratarse
mediante una reacción de eliminación, dando lugar a un compuesto carbonílico α,β-insaturado:
: OH H___B
O
R'
C CH
C CH2 R
B
_
O R
C CH2 R
C C
R'
R'
R
+
: OH2
O R
C C
R'
+ H2O + HB
R'
R'
H
C CH2 R
REACCIÓN ALDÓLICA
ALDEHIDOS COMO SUSTRATOS
CHO
CH3CH2 + CH3CH2CHO
CHO OH
HO −
HO H
CH3 CH
*
CH CH2CH3 + HO H + HO −
*
Mecanismo de la reacción:
O
Me2C
_
HO
C H
Me O
Me C
_
C H
Me O
Me C
_
C H
+ H2O
Keq = 1,7
H
pKa 15,5
anión enolato
pKa 15,74
XII
308
O
Me2CH C
H
_
HO__H
Me
:C CHO
_
O
Me
Me2CH C
Me
Me2CH CH C CHO
C CHO
+ HO
_
Me
Me
H
Me
HO
(aldol)
Si el aldehido tiene dos hidrógenos en Cα y la temperatura es alta, el aldol se convierte normalmente en un
aldehido α,β-insaturado a través de una reacción de eliminación (el proceso completo recibe el nombre de
condensación aldólica):
OH
_
CH3CH2CH2 CH C
O
C H
CH3CH2CH2
O
CH
C C H
CH2CH3
+ HO
2 CH3CH2CH2CHO
CH2CH3
_
_
OH H
NaOH
CH3CH2CH2 CH C
H2O, 800
_
OH
-H2O
CHO
HO
_
O
CH3CH2CH2
CH C C H
CH2CH3
CH2CH3
(no se aisla)
(86 %)
(E)-2-Etil-2-hexanal
EJERCICIO 12.1
En la reacción aldólica de un aldehido con dos hidrógenos en el carbono α se origina un aldol con dos
carbonos asimétricos. Escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales y
comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de dos racémicos.
CHO OH
2 CH3CH2CHO
NaOH
H2O
CH3 CH
*
CH CH2CH3
*
CETONAS COMO SUSTRATOS
El átomo de carbono del grupo carbonilo de las cetonas es menos reactivo que el de los aldehidos. Por
consiguiente, en la reacción aldólica de cetonas, el equilibrio está normalmente desplazado hacia la izquierda:
O
CH 3 C CH3 +
O
C CH3
CH3
HO −
HO H
OH
CH3 CO CH2 C
CH3 + HO H + HO −
CH3
4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona
(2 %)
Sin embargo, la deshidratación del aldol desplaza el equilibrio hacia la derecha, dando lugar a cetonas α,βinsaturadas con buenos rendimientos:
O CH2CH3
HO
KOH ; H2O
CH3
H
O
HO
_
O
XII
309
HO CH3
HO CH3
_
CH3
_
O
O
O
EJERCICIO 12.2
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
CH3
CO2Et
CH3
1)KOH
CO CH CH2COCH3
2)H3O+, Q
O
(60 %)
O
KOH
CH2COCH3
O
Q
(72 %)
O
O
Na2CO3
H2O
O
(96 %)
CO2Et
CO2Et
_
EtO Na
EtOH
CH2CH2COCH3
+
O
O
(66 %)
REACCIÓN RETROALDÓLICA
El equilibrio de la reacción aldólica está normalmente desplazado hacia la izquierda. El hecho de que la
reacción sea un equilibrio implica que el aldol puede transformarse en el aldehido o en la cetona de partida.
Esta reacción recibe el nombre de reacción retroaldólica.
Reacción aldólica:
O
R CH2
O
R'
_
C CH
R
C R'
O
C CH2 R
R'
R'
+ B
_
R CH
_
O
_
O
C CH
C CH2 R
R
R'
O
C R'
H___B
R'
+ HB
O
OH
C CH
C CH2 R
R
+ B
_
R'
XII
310
Reacción retroaldólica:
O
O
R'
_
H
C CH C CH2
R
B
R
R'
_
O
C CH
C CH2
R'
R
H___B
H___B
O
R
O _
C CH
R'
O
C CH2 R
+
R'
R
R'
O
_
+ B
C CH2 R
R'
Observa que el mecanismo de la reacción retroaldólica es exactamente el mismo que el de la reacción aldólica,
pero escrito al revés. Esto es cierto para cualquier reacción.
EJERCICIO 12.3
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción:
_
O Li+
O
_
O Li+
CHO
CH CH C CMe3
O
CHO
CH CH C CMe3
Me
Me
+
+
MeO
OMe
REACCIÓNES ALDÓLICAS MIXTAS
La reacción aldólica entre dos cetonas distintas, dos aldehidos diferentes o un aldehido y una cetona, puede
dar lugar a cuatro productos.
Reacción entre dos cetonas distintas:
R CO CH3
+
R'
B
CO CH3
_
OH
R CO CH2
OH
C R'
+
R'
CO CH2
CH3
C R
CH3
Reacción entre dos aldehidos diferentes:
R CH2 CHO
+
R'
CH2 CHO
B
_
CHO
CHO
R CH
CH CH2 R'
+
R'
CH
CH CH2 R
OH
OH
Reacción entre un aldehido y una cetona:
R CH2
CHO + R'
CO
CH3
B
_
OH
CHO OH
R CH
C R'
+
R'
CO CH2
CH CH2 R
CH3
EJERCICIO 12.4
En cada una de las tres reacciones anteriores faltan dos productos ¿Cuáles son?
XII
311
Este tipo de condensaciones mixtas no es útil en síntesis. Para obtener un sólo producto de reacción existen dos
alternativas:
1 Preparación del enolato cinético de la cetona (Tema 9) y reacción posterior con un aldehido o una cetona
diferentes:
O
CH3CH2CH2
_
+
+ (Me2CH)2N Li
C CH3
-780C
THF
CH3CH2CH2
C
CH2
(Me2CH)2NH
+
(LDA)
pKa 19
CH3CH2CH2
_
O Li+
Keq 1017
pKa 36
_
O
O
C CH2
C CH2CH2CH3
_
O
O
CH3CH2CH2
C
CH2
CH CH2CH2CH3
HB
H
Butanal
HB
OH
O
CH3CH2CH2
C
CH2
O
TsOH
Q
CH CH2CH2CH3
CH3CH2CH2
(65 %)
C
CH
CH CH2CH2CH3
(72 %)
6-Hidroxi-4-nonanona
5-Nonen-4-ona
2 Uno de los compuestos carbonílicos (el aldehido o la cetona) carece de hidrógenos en el Cα:
O
MeO
O
C H +
CH3
OH
NaOH
H2O
C CH3
MeO
MeO
CH CH2
CH CH
CO CH3
CO CH3
(83 %)
4-(p-Metoxifenil)-3-buten-2-ona
EJERCICIO 12.5
Escribe los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:
CH3
CH3
O
CH CH2CHO
+
CHO
+
CH3
K2CO3
O
H C H
CO CH3
H2O
1)NaOH, H2O
2)H3O+
CHO
2
+
CH3
CO CH3
1)NaOH, H2O
2)H3O+
XII
312
EJERCICIO 12.6
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
Reacción 1:
Me
1)NaOH, H2O
3 CH3 CO CH3
Me
2)H3O+
Me
Reacción 2:
O
1)NaOH, H2O
3
2)H3O+
Reacción 3:
2 CH3
O
1)NaOH, H2O
CO CO CH3
2)H3O+
CH3
CH3
O
O
Reacción 4:
O
CH2
C CH2
+
O
O
C
C
1)NaOH, H2O
2)H3O+
OH
Reacción 5:
CH3 CO CH2
CO2Et
+
CO2Et
1)EtO-, EtOH
CH3 CO CH2 CHO
2)H3O+
CH3
CONDENSACIÓN DE DARZENS
La condensación de Darzens transcurre entre cetonas y α-haloésteres; permite la obtención de aldehidos con
un átomo de carbono más que la cetona de partida:
O
CHO
+
ClCH2__CO2Et
_
1)NH2
Na+
2)H3O+
Ciclohexanocarbaldehido
Ciclohexanona
Mecanismo de la reacción:
ClCH2__CO2Et
+
_
NH2
_
CH
Cl
_
O
CO2Et
Keq > 1013
+ NH3
pKa 36
pKa > 23
O
_
Cl__CH__CO2Et
O
CH CO2Et
Cl
O
H
CO2Et
+
H3O
H
CO2H
XII
313
O
H
H
O
C O
O
H
O
H
H
CO2H
C O (CO2)
O
enol del eldehido
H
OH
H
O
enol
CONDENSACIÓN DE PERKIN
La reacción transcurre entre aldehidos aromáticos y anhidridos de ácido en presencia de aniones carboxilato
(sal de un ácido carboxílico):
CH CH CO2H
CHO
O
+
_
O
C O C CH3
CH3
1)CH3CO2 Na+
2)H3O+
NO2
NO2
Ác. p-nitrocinámico
CHO
O
+
CH3
O
C O C CH3
OH
_
1)CH3CO2 Na+
2)H3O+
O
O
Cumarina
EJERCICIO 12.7
Los hidrógenos metílicos del anhidrido acético son ácidos; partiendo de este hecho, escribe el mecanismo de
la condensación de Perkin que conduce a Cumarina.
REACCIÓN DE MICHAEL
Una gran variedad de aniones enolato reaccionan con compuestos carbonílicos, nitrilos y nitrocompuestos α,βinsaturados a través del doble enlace C=C:
Reacción 1:
O
EtO2C CH2
CO2Et
+
CH2
CH C CH3
N
H
CO2Et
EtO2C CH
CH2CH2
CO CH3
(71 %)
2-Etoxicarbonil-5-oxo-hexanoato de etilo
XII
314
EtO2C CH2 CO2Et
_
EtO2C CH CO2Et
+
+
N
H
H
EtO2C
O
_
CH2
CH
CH
_
O
CO2Et
C CH3
+
N
HB+
CH C CH3
EtO2C CH CH2
H
EtO2C
CO2Et
CO2Et
OH
EtO2C CH CH2 CH C CH3
O
EtO2C CH CH2 CH2 C CH3
(71 %)
enol
Reacción 2:
CH3
CO CH2
CO CH3
+
CH2 CH CN
CO CH3
Et3N
CH3
t-BuOH
CO CH
CH2 CH2
CN
(77 %)
4-Acetil-5-oxo-hexanonitrilo
CH3__CO__CH2__CO__CH3 + Et3N
CH3
COCH3
_
CO C
CH2
_
+
CH3__CO__CH__CO__CH3 + Et3N__H
COCH3
CH C
N:
CH3
_
CO C CH2 CH C
H
N:
H
+
Et3N
H
COCH3
CH3
CO C CH2
_
CH C N:
COCH3
CH3
CO C CH2
H
CH2 C N:
+
Et3N:
H
Reacción 3:
O
CH3
C CH2
CO2Et
CH CH NO2
+
Et3N
t-BuOH
O
CH3
C CH
CH CH2
NO2
CO2Et
3-Etoxicarbonil-2-fenil-4-oxonitropentano
CH3__CO__CH2__CO2Et
+
Et3N:
_
CH3__CO__CH__CO2Et
+
+ Et3N_H
XII
315
CO2Et
_
CO C
CH3
C6H5
CH
CH
+ O
N
_
C6H5
CH3
CO CH CH CH
O
H
+
N
CO2Et
_
O
_
O
+
NEt3
H
_
C6H5 _
+ O
CO CH CH CH N
O
CO Et
CH3
C6H5
CH3
CO CH CH
+ :NEt3
CH2 NO2
CO2Et
2
EJERCICIO 12.8
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael:
Reacción 1:
O
NO2
_
CH3CH2__NO2
MeO Na
MeOH
+
O
+
CH3
3-(1-Nitroetil) ciclohexanona
Reacción 2:
MeO2C CH2
CO2Me +
CH3
CH
MeO
CH CH CH CO2Me
_
MeOH
CO2Me
MeO2C CH CH CH
Me
CH CH2
CO2Me
(72 %)
5-Metil-6-metoxicarbonil-3-heptanodioato
de dimetilo
Reacción 3:
OMe
OMe
_
CH3CH2
EtO
EtOH
+
CO CH CH2
O
Me
O
OMe
1)EtO
Me
_
2)CH3_CO_CH=CH2
O
Las reacciones de Michael intramoleculares transcurren a través del mismo mecanismo que las
intermoleculares:
O
_
EtO2C CH2
CO2Et
+
CH3
CH CH CO C
C OEt
t-BuO K+
t-BuOH
EtO
Me
EtO2C
CO2Et
(70 %)
XII
316
Mecanismo de la reacción:
CO2Et
_
C
EtO2C C
H
C
_
O
CO2Et
O
C CH CH Me
EtO2C C C C C CH CH Me
t-BuOH
H OEt
OEt
CO2Et
CO2Et
OH
EtO2C C C C C CH CH Me
O
EtO2C CH C
CH C CH CH Me
t-BuO
_
OEt
H OEt
enol
OEt
EtO2C
EtO
EtO2C
_
_
O
O
EtO2C
EtO2C
Me
Me
O
t-BuOH
EtO
EtO2C
EtO
OH
EtO2C
Me
EtO2C
Me
CO2Et
enol
EJERCICIO 12.9
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:
Reacción 1:
O
O
O
+ CH2
CH CO CH CH2
O
HNa, DMF
-300C
O
Reacción 2:
(56 %)
CO2Me
O
O
CO2Me
Me
CsCO3
O
Me
O
(50 %)
Reacción 3:
O
Me
OH
O
CH2
NaOH (5 %)
H2O
Me
O
(80 %)
XII
317
EJERCICIO 12.9 (continúa)
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:
Reacción 4:
O
K2CO3
CO2Et
O
EtOH
O
O
(89 %)
CO2Et
Reacción 5:
O
O
CH3
2
LDA
THF, -700
COCH3
Reacción 6:
O
O
CH2_CN
_
t-BuO K+
t-BuOH, 700C
CN
Me2CH
Me2CH
(90 %)
Reacción 7:
O
Me
1)K2CO3, EtOH
O
CO2Et
O
Me
O
2)HCl, Q
(45 %)
Reacción 8:
O
1)LDA
2)
A(C10H14O3)
CO2Me
_
EtO Na+
EtOH
O
CO2Me
Reacción 9:
CH2
KH
OH
O
THF, -400
(68 %)
MÉTODO DE ROBINSON PARA LA SÍNTESIS DE CICLOS
Robinson fue el primer químico que tuvo la idea de utilizar la reacción de Michael y la condensación aldólica para
obtener compuestos cíclicos. La originalidad de su planteamiento consistió en realizar el proceso en un solo paso,
es decir, mezclando todos los reactivos para obtener un compuesto que, en realidad, es el resultado de dos
reacciones sucesivas:
O
CH2
+
O
CH3
_
EtO Na+
EtOH
O
XII
318
1 Reacción de Michael:
O
_
_
EtO Na+
EtOH
H2C
CH3
_
O
O
O
H___OEt
OH
O Me
Me
O Me
O
enol
2 Condensación aldólica intramolecular:
EtO
O
Me
_
_
O H C
2
O
O
EtO
____
H
O
O
_
_H O
2
O
O
OH
cetona α,β-insaturada
EJERCICIO 12.10
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones, basadas en el método de Robinson para obtener ciclos:
Reacción 1:
CHO
O
Me
Me
O
Ca(OH)2
MeOH
Me
Reacción 2:
Me
Me
Et3N
+
HC C CO Me
O
O
Reacción 3:
CO2Et
CO2Et
+
O
H2C CH CO CH3
O
CO2Et
CH3
Et3N
O
(92 %)
1)Et3N
2)(t-BuO)3Al
O
(34 %)
EJERCICIO 12.11
La síntesis de la vitamina A, realizada por un grupo de químicos suizos (Isler y colaboradores, 1947), incluye una
serie de reacciones de condensación de grupos carbonilo. La vitamina se fabrica a partir del Citral, aldehido que
se encuentra en el aceite esencial de limón. El primer compuesto intermedio, la β-Ionona, se obtiene como se
describe a continuación:
XII
319
EJERCICIO 12.11 (continúa)
CH3
CH3
CH3 C
EtO
EtOH
CO CH3
CH CHO + CH3
CH CH2CH2 C
A
H3O
+
Me
(transposición)
Me
β-Ionona
Citral
La síntesis de la vitamina A, a partir de la β-Ionona, es como sigue:
Me
O
Me
Me
EtO
+ ClCH2CO2Et
O
Me
Me
_
Me
Me
Me
_
CHO
(Darzens)
Me
Me
(B)
O
CH2 CH C CH3
_
1) HC C Na+
2)H3O
+
CH2OH CH C C CH
H2O
Me
Me
Me
Me
Me
(transposición alílica)
(C)
C C CH C CH2OH
(B) + (D)
(D)
1)H2/Pd (selectiva)
2)(MeCO)2O
3)H3O+ (transp. alílica)
Me
Me
Me
Me
2C6H5MgBr
O
Me
CH2
O C CH3
Me
acetato de vitamina A
Escribe el mecanismo de todas las reacciones.
EJERCICIOS ADICIONALES
12.1 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en cada secuencia y escribe el mecanismo
simplificado de todas las reacciones.
Secuencia 1:
_
EtO
CH3CO2Et + HCO2Et
MeCO2Et + EtO
_
D(C9H16O4)
NaBH4
A(C5H8O3)
1)EtO
B
H3O+
Q
C(C5H8O2)
Me
_
2)MeCOCH2COMe
E(C14H24O6)
CO2Et
Q
H3O+
Me
CO2Et
Secuencia 2:
MeCO(CH2)5CHO
HO
_
_
A
MeCO2Et + EtO
B(C12H20O3)
HO
_
O
O
XII
320
Secuencia 3:
1)Mg
A(C6H10O) + B(C7H7Br)
C 6H 5
2)H3O+
OH
Secuencia 4:
A(C3H4O)
1)HBr
B(C 5H9O 2Br)
2)HOCH2CH2OH
1)Mg
2)C6H5COMe
OH
H 3O +
C
C 6H 5
C CH2CH2 CHO
CH3
Secuencia 5:
_
EtO
A(C10H18O4)
1)HO
B
_
C(C5H8O)
2)H3O+, Q
H2
H3O+
E
[Pd]
_
+
HC CH + NH2 Na
D
CH2
Q
Secuencia 6:
1)EtO
A(C6H10O3)
_
[B]
2)
O
O
COMe
O
Secuencia 7:
Me
A(C7H12O)
1)HNa
[B(C11H 16O2)]
2) HC C COMe
O
Secuencia 8:
MeCOCH 2COMe + MeCOCH 2CO2Et
H 3N:
[A(C 11H 16O4)]
[B(C 11H 19O 4N)]
Me
CO2Et
[C(C11H17O3N)]
Me
N
Me
Secuencia 9:
(EtO2C)2CH2
1)EtO
_
B(C10H 16O4)
2)A(C3H 5Br)
H4AlLi
D
H 3O +
H 2C
1)H3O+
2)EtOH, H3O+
CH
CH2 CH
C(C7H12O2)
CH2
Q
Secuencia 10:
A(C12H14O4) + MeCOCMe3
HO
O
_
[B]
CO CMe3
O
XII
321
12.2 Averigua la estructura de los compuestos (1)-(10) y escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
Secuencia 1:
NaOH / H2O
(1) (C7H12O2)
COCH3
Secuencia 2:
(2) (C3H 4O4) +
CH3
N
CH CH CHO
CH CH CH CH CO2H
CH3
Secuencia 3:
(3) (C5H 8O2) +
CH2
CH2
CN
COMe
CH3 CO CH CH2CH 2 CN
NaOH / H2O
Secuencia 4:
_
EtO
O
(4) (C4H6O) +
EtOH
O
Secuencia 5:
(5) (C4H8O2)
+
1)HNa
CH3 CO CH3
CH3COCH2COCH3
2)H3O+
Secuencia 6:
O
O
(6) (C14H10O2)
+
C6H5 CH2 C CH2 C6H5
C 6H 5
1)NaOH/H2O
2)H3O
C6 H5
+
C 6H 5
C 6H 5
Secuencia 7:
Me
Me
(7) (C6H10O4)
+
EtO2C
CH2
C CH2
EtONa
CO2Et
Me
CO2Et
EtO2C
EtOH
Me
O
O
Secuencia 8:
Me
O
(8) (C15H26O4)
Me
EtONa
EtOH
Me
CO2Et
Secuencia 9:
Me
(9) (C4H4O)
+
O
Me
LDA
CH CH CO CH3
O
XII
322
Secuencia 10:
NaOH
H 2O
2 (10) (C4H6O2)
O
Me
Me
O
12.3 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo de
todas las reacciones.
Secuencia 1:
CHO
HNa
A(C11H14O2) + B(C3H6O2)
C 6H 5
C
CO2Et
Me
Secuencia 2:
O
CH2
+ B(C5H10O3)
:B
C(C9H14O3)
H4AlLi
H3O+ / H2O
D
Q
Secuencia 3:
1)MeMgI
(4S) 4-Metil-3-hexanona
2)H3O+
A(mayoritario) + B(minoritario)
Secuencia 4:
Me
:B
A(C6H8N2) + B(C6H10O2)
H N
N
O
C 6H 5
Secuencia 5:
A(C5H8O)
1)RMgBr
2)H3O +
CH3
C 6H 5
C
H
CH
CH CH2OH
Secuencia 6:
A(C6H10O2)
1)2MeMgBr
2)H3O+
OH
CH3
C
CH2CH2CH2CH2OH
Me
Secuencia 7:
+
A(C4H6O)
:B
[B(C10H16O2)]
O
O
XII
323
Secuencia 8:
CO2Et
:B
Acetilacetato de etilo + A(C4H6O2)
O
HO
[B(C10H16O5)]
Me
C(C 10H 12O 3)
OH
D(C 10H 12O 3)
12.4 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:
Secuencia 1:
Zn
Ciclohexanona + Bromoacetato de etilo
H3O+
A(C10H18O3)
Q
B(C 10H16O2)
O
MeCOCH2CO2Et / EtO
-
HO-
C
1)HO
D(C 14H20O4)
-
2)H+, Q
O
Secuencia 2:
NH2−Na+
A(C6H 10O) + Cloroacetato de etilo
B(C 7H 12O)
[MeCO2Et + EtO -]
[C]
O
D(C11H18O2)
Me2CO / HO
-
HO-
E
O
12.5 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:
O
Me
Me
1)OH-
A
2)ClCO2Et
O
1)EtO-
[C]
[B]
D(C9H14O3)
2)MeCO(CH2)3Br
3)H3O+
Me
1)KOH
2)H3O
+
E(C9H14O3)
1)OH
-
2)H3O+
HO
Me
OH
O
12.6 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:
Secuencia 1:
OMe
1)EtO- / EtOH
O
2)MeCH2COCH=CH2
A(C16H20O3)
1)EtO- / EtOH
2)H3O+
B(C16H18O2)
XII
324
Me
OMe
1)H4AlLi
2)H3O+
Secuencia 2:
1)LDA
2)CH2=CHCO2Me
O
O
1)EtO- / EtOH
A(C9H12O3)
2)H3O+
CO2Me
3)H3O+
12.7 Averigua la estructura de los compuestos A, B, C, y D. Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
O
EtO
C6H5_CH=CH_CO_CH=CH_C6H5 + A
_
C 6H 5
C6 H5
EtO2C
CO2Et
O
COMe
+
B
NaOH
O
O
Me
Me
+ C
KOH
CH2CH2COCH3
O
O
OMe
Me
+ D
EtO-
OMe
O
O
12.8 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
O
O
Br
LDA
A
1)CH2=C-CO2Me
2)H3O+
B(C10H13O3Br)
LDA
CO2Me
Secuencia 2:
MeO2C_(CH2)5_CO2Me
1)EtO- / EtOH
2)H3O
+
A(C8H12O3)
1)EtO 2)BrCH2CO 2Me
3)H3O+
B(C11H 16O5)
XII
325
1)LDA
1)HNa
C(C17H24O7)
2)CH2=CH-CH=CH-CO2Me
1)EtO-
D(C17H24O7)
2)H3O+
CO2Me
O
2)H3O+
O
CO2Me
12.9 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo
simplificado de las reaciones.
Secuencia 1:
A(C3H3N)
EtNH2
B(C 5H10N2)
H 4AlLi
CH3CH2
NH CH 2CH 2CH2
NH 2
Secuencia 2:
A(C7H6O2)
+
piridina
B(C3H4O4)
O
O
Secuencia 3:
A(C6H10O)
+
_
NH2 Na+
B(C4H7O2Cl)
C(C7H12O)
OH
1)C6H5MgBr
CH
2)H3O+
Secuencia 4:
A(C6H8O)
1)LDA
2)H2C
CH CO2Me
B(C10H14O3)
_
1)EtO Na+
O
2)H3O+
CO2Me
Secuencia 5:
CH3
A(C7H12O)
1)HNa
2)HC
[B(C11H16O2)]
C CO Me
O
12.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
CH2O +
A
AcO
_
Me
Me
H 2O
OH
CHO
Secuencia 2:
A(C6H10O)
+
B(C14H10O2)
_
HO
H 2O
O
HO
O
C6H5
C 6H 5
XII
326
Secuencia 3:
A(C7H5O3N)
B(C2H4O)
+
CHO
KOH
MeOH
O 2N
12.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
O
A(C3H4O3) +
KOH, MeOH
B(C7H6O)
250C
C 6H 5
[C]
CO2H
80 %
Secuencia 2:
HO
A(C6H10O2)
_
[B(C6H10O2)]
O
Me
Secuencia 3:
Me
H
Me
K2CO3
+
O CH2
A(C5H10O2)
O
Me
Me
CO2H
A(C5H10O2)
+
NH3, EtOH
1000C
CO2H
[B(C8H14O6)]
[C(C8H12O5)]
Q
O
O
12.12 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
_
1)EtO
O
C6H5
C6H5
2) ?
O
C6H5
C6H5
CHO
Secuencia 2:
A(C9H14O) +
B(C4H6O)
_
EtO
O CO Et
2
O
Me
Secuencia 3:
HO
A(C 7H6O) +
B(C3H6O)
O
_
[C(C10H12O 2)]
C 6H 5
Me
XII
327
O
C6 H 5
+
Me
HO
D(C5H7O2N)
CN
_
Me
EtO2C
C6H5 O
12.13 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
CO2Et + A(C15H12O)
Me
O
_
EtO
O
O
C6 H5 O
CO 2Et
Me
[B(C21H22O4)]
C 6H 5
C 6H5
CO2Et
C6 H5
Secuencia 2:
OMe
O
HO
O
[A(C 11H14O3)]
_
CO2Et
_
EtO
B(C11H12O2)
H 3O +
C(C17H22O5)
Q
CHO
OMe
O
O
Me
Me
Secuencia 3:
A(C6H10O3)
O
_
1)EtO
2)ICHMe2
Me
Me
Me
CO2Et
EtO
?
O CO2Et
_
Me
O
Me
Me
O
HO
_
B(C13H22O4)
H3 O +
Q
Me
Me
Me
Me
12.14 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
A(C3H6O) + B(C7H12O4)
NH4+AcO
Me
_
EtO2C
Me
H4AlLi
C(C6H12O2)
PBr3
D
CO2Et
CO2Et
CH2(CO2Et)2, NaH
Me
EtO2C
Me
Me
EtO2C
H3O
Q
+
E
EtOH
H 3O
+
F
HNa
EtO2C
Me
O
CO2Et
XII
328
Secuencia 2:
O
CO2Et
A(C4H6O) + Me
O
_
EtO
O
Me
Me
_
1)EtO
B(C10H14O3)
2)CH2O
CO2Et
C(C11H16O4)
H3 O+
O
CH2
Q
D(C9H12O4)
_
1)EtO
Me
Me
2) ?
O
E(C15H22O4)
Me
H3O+
O
CO2Et
F(C12H16O)
Q
12.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
Me
Me
K2CO3
CH2O
CHO
CN
A(C5H10O2)
_
HO
B(C6H11O2N)
_
Me
Me
HO2C
H 2O
OH
OH
EtOH
H3O
?
TsOH
C
+
1)C6H5MgBr
D
E
2)H3O+
Secuencia 2:
Me
2 Me
O
HO
_
_
EtO2C
CH2(CO2Et)2 + EtO
A(C6H10O)
EtO2C
_
CN
B
H3 O
C
O
+
O
O
Me
H3O+
Q
Me
Me
Me
CO2H
Q
Me
Me
12.16 Utiliza enaminas para realizar las síntesis siguientes.
Síntesis 1:
O
O
CO2Me
Síntesis 2:
O
N
H
H 3O +
O
Me
?
O
O
XII
329
Síntesis 3:
O
enamina
O
C6H5
1)
C6H5
O
2)H3O+
OH
12.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
Me
Me
CH2O
CHO
K2CO 3
Me
CNK
A
HCl
H 2O
B
OH
Me
[C]
O
O
Secuencia 2:
OCH2C6H5
HNa
_
t-BuO K+
A
OEt
O C
CO2Et
NaBH4
B
O
C
Me
OEt
OCH2C6H5
1)NaOH, H2O
[D]
2)H3O+
E
Q
Me
O
O
Secuencia 3:
CO2Me
1)R2NH, H3O+
Me
2)
CHO
A(C8H14O3)
1)R2NH, H3O+
O
2)
CO2Me
B(C12H20O4)
Me
H3O+
O
Me
Secuencia 4:
O
C 6H 5
CO2Me
MeO
_
[A(C13H16O4)]
MeO
B(C17H22O6)
CO2Me (exceso)
CO2Me
_
C 6H5
CO2Me
12.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
O
Me
Me
Ba(OH)2
_
A(C6H10O)
MeCOCH2CO2Et + EtO
B(C12H20O4)
HO
_
C(C12H18O3)
1)H3O+, Q
2)RCO3H
XII
330
Me
Me
Me
O
O
Secuencia 2:
_
EtO
MeCHCO2Et
CO2Et
EtO2C
_
EtO
A(C12H20O6)
H 3O +
B(C15H23O6N)
CN
EtOH
Me
O
_
EtO
[C(C15H24O8)]
EtO2C
Me
CO2Et
CO2Et
Secuencia 3:
EtO2C
CO2Et
_
EtO
C6H5CHO
H3O+
A(C14H18O5)
EtOH
B(C9H8O2)
H2 O
C
H3O+
C 6H 5
_
CH2(CO2Et)2 + EtO
CO2Et
C6H5NH2
D(C18H24O6)
O
N
O
C 6H 5
Secuencia 4:
_
1)EtO
CH2(CO2Et)2
2)IC2H5
_
1)EtO
A
2)
B
NaBH4
HO
C(C12H22O5)
_
C6H5CH2Cl
CHO
D(C19H28O5)
Q
F(C14H20O3)
EtOH
H 3O
+
G
1)(C6H5)3C Na+
2) Br
2)H3O+
CO2Et
_
E(C15H20O5)
_
1)HO
EtO2C
CO2Et
OCH2C6H5
Me
12.19 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
O
H
Me
Me2NH
AcOH, AcONa
A(C6H13N)
CO2Et
B(C11H21O2N)
H 3O +
H 2O
O
C(C9H16O3)
Me2NH
AcOH, AcONa
D(C11H21O2N)
Me
E(C15H28O3N)
H 3 O+
H 2O
XII
331
Me
H
O
Me
_
AcO
CO2Et
[F(C13H22O4)]
G(C13H20O3)
OH
HO
H3O
+
H(C15H24O4)
NH3
H2O
:
O
HN
I(C13H21O3N)
H4AlLi
J(C13H23O2N)
1) H3O+, H2O
_
2) HO , H2O
K(C11H19ON)
O
Me
XII
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO
GENERALIDADES
El Benceno y la mayoría los hidrocarburos bencenoides reaccionan con electrófilos (E+) dando lugar a
hidrocarburos aromáticos en los que el reactivo electrófilo sustituye a un átomo de hidrógeno:
E
H
+ E+
+ H+
H
E
E
H
+ E+
+ H+
+
Las reacciones de sustitución electrófila transcurren a través de los pasos siguientes:
H
H
E
*
E+
H
H
+*
E
*
*
+ *
H
*
E
H +
*
E
H
*
+ H+
*
[catión arenio ; intermedio de Wheland ; complejo σ]
H
E
+
E
H
E
+
H
E
+
[catión arenonio]
H
+ E+
E
+ H+
curso
XIII
333
El paso más lento de estas reacciones, la formación del catión arenio, es el que determina la velocidad total de
reacción. La formación de un catión arenio, a partir del hidrocarburo aromático correspondiente, supone siempre
una disminución de la energía de enlace π. Es decir, cualquier catión arenio es menos estable que el hidrocarburo
del que proviene, y su inestabilidad será tanto mayor cuanto más pequeña sea su energía de enlace π. Esto es
así porque el sistema conjugado del catión arenio tiene siempre un átomo de carbono menos que el hidrocarburo
del que deriva.
Los reactivos (E) implicados normalmente en las reacciones de sustitución electrófila son los siguientes:
O
+
E = R ; R C + ; NO2+ ; SO3 ; X +
Los carbocationes (R+) se obtienen por reacción entre un derivado halogenado y un ácido de Lewis:
Cl
R CH R + AlCl3
_
+
R_CH_R + AlCl4
Los cationes acilo (RCO+) resultan de la reacción entre un haluro de ácido y un ácido de Lewis:
O
O
R C Cl
+ AlCl3
R C
+
_
+ AlCl4
El cation nitronio (NO 2+) surge de la reacción entre los ácidos nítrico y sulfúrico:
HNO3 + 2H2SO4
_
NO2+ + H3O+ + 2HSO4
El carácter electrófilo del SO3 se debe a la carga parcial positiva del átomo de azufre:
:O :
:O
S
O:
_
:O :
S+
:O
O:
_
:O
:O:
+
S
O:
:O
:O:
S+
_
O:
Los cationes halogenonio (X+) se obtienen haciendo reaccionar el halógeno con hierro:
3Br2 + 2Fe
2FeBr3 + Br2
2FeBr3
_
Br+ + FeBr4
XIII
334
ENERGÍA DE ENLACE DE CATIONES ARENIO POLICÍCLICOS
La variación de energía π (δEπ) que tiene lugar cuando un hidrocarburo aromático se transforma en un catión
arenio, se puede estimar utilizando los coeficientes del orbital molecular no enlazante (ONE) de los átomos unidos
al carbono que ha reaccionado con el electrófilo (ver Tema 5):
H
H
E
+
E
H
+ *a
a*
δEπ = −2β(a + a) = −4aβ = −2,31β
-a *
a =1/ 3
En el modelo de Hückel, 2β es la energía del enlace π del etileno
Todos los átomos de carbono del benceno son equivalentes; esto significa que cuando el benceno se transforma
en el catión arenio, la variación de energía π es independiente del átomo de carbono al que se une el reactivo
electrófilo.
Sin embargo, en los hidrocarburos aromáticos policíclicos, existen posiciones que no son equivalentes, es decir,
átomos de carbono distintos. Cuando el reactivo electrófilo se une a estos átomos no equivalentes, la variación de
energía de enlace π no es siempre la misma, originándose cationes arenio de diferente inestabilidad.
H
1
+ E+
H
a
*
-a
*
a*
1
E
2a
+*
(δEπ)1 = −2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81β
*
-2a
[1] a =1/ 11
Como los signos relativos de los coeficientes son arbitrarios, se eligen siempre positivos para calcular la variación
de energía de enlace π:
2
-2b
*
+ H
b
*
H
2
+ E+
E
*
-b
*
b
(δEπ)2 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β
*
-b
[2] b =1/ 8
En el naftaleno existen dos posiciones no equivalentes (átomos de carbono 1 y 2) Como el catión arenio [1] es
menos inestable que el [2], el producto mayoritario de cualquier reacción de sustitución electrófila es el que surge
de dicho catión:
XIII
335
Eπ
+ H
(δEπ)2
2
> (δEπ)1
E
H 1 E
(δEπ)2
+
(δEπ)1
E
E
2
+ H
+ E+
+
1
+ H
+
curso
curso
H
H
1
H
2
1
E
E
+
1
[producto mayoritario]
(dEπ)1 = −1,81β
[menos inestable]
+ H
2
2
E
[producto minoritario]
E
(dEπ)2 = −2,12β
[más inestable]
Factor Parcial de Velocidad (FPV)
El factor parcial de velocidad expresa las velocidades relativas de reacción, determinadas
experimentalmente, para las diferentes posiciones no equivalentes de un determinado
hidrocarburo aromático. El benceno se elige como molécula de referencia (FPV = 1) y el resto
de los hidrocarburos se comparan con él. La reacción empleada en la determinación de los
diferentes factores parciales de velocidad suele ser la destritiación (sustitución electrófila de
tritio por hidrógeno) en tetrahidrofurano a 700 C:
Ar-T + H+
Ar-H + T+
XIII
336
Por ejemplo, en el naftaleno, la posición 1 es 7,7 (1160/151) veces más reactiva que la posición 2:
(FPV)1 = 1160
(FPV)2 = 151
Existe una relación estrecha entre los distintos FPV de un determinado hidrocarburo aromático y la disminución de
la energía de enlace π en los diferentes cationes arenio. Por este motivo, emplearemos con frecuencia los factores
parciales de velocidad para comprobar si las predicciones que hacemos son acertadas.
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN EL ANTRACENO
En el antraceno existen tres posiciones no equivalentes, que dan lugar a tres productos de sustitución diferentes:
H
9
E
H
1
E
1
H
9
E
+
+ E+
2
2
+
Las estabilidades relativas de los tres cationes arenio son las siguientes:
H
1
+ E+
H
a
*
-a
*
a*
-a*
1
E
+ * 3a
(δEπ)1 = −2β(a + 3a) = −8aβ = −1,57β
*
-3a
*
2a
a =1/ 26
2
b
*
H
+ E+
-b *
3b
*
+ H
-2b
*
E
*b
*
-b
*
b
2
(δEπ)2 = −2β(b + 3b) = −8bβ = −1,88β
b =1/ 18
H
H
-c
*
9
+ E+
c*
-c*
9
E
-c
*
+
*
2c
*c
(δEπ)9 = −2β(c + c) = −4cβ = −1,26β
-c*
c =1/ 10
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)1 > (δEπ)9
Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C2
Estos son los valores de los factores parciales de velocidad en el antraceno:
XIII
337
(FPV)9 = 127 x 105
(FPV)1 = 7900
(FPV)2 = 1135
Reactividades relativas (datos experimentales) : C9 > C1 > C2
H
9
C9
E
E
+
9
[mayoritario]
(δEπ)9 = −1,26β
H
9
E
H
1
H 1 E
H
2
+ E+
1
+
C1
[minoritario]
(δEπ)1 = −1,57β
+ H
2 E
2
C2
[minoritario]
E
(δEπ)2 = −1,88β
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN EL FENANTRENO
En el Fenantreno existen cinco posiciones no equivalentes, que dan lugar a cinco productos de sustitución
diferentes:
H
1
+
E
E
+
1
H
2
2
E
E
H
9
1
H
2
4
3
H
H
H
E+
+
H
H
9
E
4
+
H
E
3
E
3
E
4
+
E
E
9
XIII
338
Estabilidades relativas de los cinco cationes arenio:
H
1
+
E
a*
-2a
*
H
1
*
2a
a*
-a *
E
+ * 3a
(δEπ)1 = −2β(2a + 3a ) = −10aβ = −1,86β
*
-3a
a =1/ 29
2
H
E+
-b
*
b
*
-b *
3
-c *
*
2b
(δEπ)2 = −2β(2b + 3b ) = −10bβ = -2,18β
E
b =1/ 21
2c
*
-2c
*
*
-c
c*
H
H
2
*
-2b
*
b
E+
3b
*
+
+
3c * H
3
* 2c
E
(δEπ)3 = −2β(2c + 3c ) = −10cβ = -2,04β
c =1/ 24
E+
4
d
*
-d
*
d*
*
-d
H
H
*
-3d
*
(δEπ)4 = −2β(2d + 3d ) = −10dβ = -1,96β
2d
4
E
+ * 3d
d =1/ 26
H
9
E+
H
e*
9
-e *
*
e
E
+ * 4e
* -2e
*
-2e
(δEπ)9 = −2β(e + 4e ) = −10eβ = -1,80β
* 2e
e =1/ 31
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)3 > (δEπ)4 > (δEπ)1 > (δEπ)9
Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C4 > C3 > C2
Factores parciales de velocidad del fenantreno:
(FPV)9 = 1630
(FPV)1 = 900
(FPV)2 = 173
Reactividades relativas (datos experimentales): C9 > C1 > C4 > C3 > C2
(FPV)3 = 385
(FPV)4 = 810
XIII
339
EJERCICIO 13.1
Ordena las posiciones 4, 4' y 5 del 1-Fenilnaftaleno, de acuerdo con su reactividad relativa en una reacción de
sustitución electrófila.
4'
5
4
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE CARBONO
ALQUILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON HALUROS DE ALQUILO (ALQUILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS)
La reacción está catalizada por ácidos de Lewis:
AlBr3 > AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > TiCl4 > ZnCl2 > BF3
H
CH3
CH3Cl
AlCl3
δ+
CH3
Cl
δ−
δ−
δ+
....
....
AlCl3
CH3 Cl
AlCl3
H
Me
+
CH3
H Cl
_
AlCl3
_
+
CH3 + Cl_AlCl3
Me
+
+ H_Cl + AlCl3
Cuando en las reacciones de alquilación se originan carbocationes primarios, pueden tener lugar reacciones de
transposición de Wagner-Meerwein:
CH2CH2CH3 CH3 CH CH3
+ CH3_CH2_CH2Cl
AlCl3
+
5h
t = -60C
t = 350C
60 %
40 %
40 %
60 %
Si la temperatura se mantiene baja, la reacción está sometida a control cinético y se obtiene como producto
mayoritario el que surge del carbocatión primario (este carbocatión es el que se forma más rápidamente) Por el
contrario, a temperatura más elevada, el producto mayoritario es el que se obtiene a través del carbocatión más
estable (control termodinámico), es decir, del carbocatión que resulta de la reacción de transposición.
XIII
340
CH2CH2CH3
δ+
CH3CH2CH2
Cl
δ−
δ+
δ−
CH3CH2CH2 .... Cl .... AlCl3
AlCl3
+
CH3CHCH2 +
_
AlCl4
H
[transp.]
CH3 CH CH3
CH3CHCH3
+
EJERCICIO 13.2
Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción:
CH3
CH3
CH3
AlCl3
C CH2Cl
CH3 C CH2CH3
+
CH3
ALQUILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON OLEFINAS Y ALCOHOLES
Las olefinas y los alcoholes se protonan en medio ácido, dando lugar a carbocationes:
Reacción con olefinas:
CH3
CH3
_
_
_
CH3 CH CH CH3
CH3
CH3
CH CH CH2
+
H_Cl / AlCl3
_ _
CH3 C CH2_CH3
+
00 C
(45 %)
(55 %)
CH3
CH3 CH CH CH3
CH3
_
_
CH3
___
CH3 CH CH CH2 H
Cl
+
CH3 CH_CH CH3
_
AlCl3
[Regla de Markownikoff]
CH3
CH3
+
CH3_C___CH_CH3
H
CH3
transposición
CH3 C CH2CH3
CH3_C__CH2_CH3
+
[carbocatión más estable]
XIII
341
Reacción con alcoholes:
CH3
CH3
CH3 CH CH CH3 CH3 C CH2CH3
CH3
H2SO4
CH3_CH_CH_CH3 +
+
OH
CH3
_
_
_
_
CH3 CH CH CH3
SO4H
_
CH3
_
_
CH3 CH CH CH3
: OH
H
_
_
CH3
+
_
_ ___
H2O
CH3 C
OH
+
CH CH3
CH3
transposición
CH3_C__CH2_CH3
+
H
O_SO3H
_
HO3S_O :
H
CH3
+ CH
H
CH3
_
HO 3S_O :
CH3
+C
CH3
CH
CH CH3
CH3 CH CH CH3
+
CH CH3
H
CH3
CH3
HO3S_OH
+
Me
H
Me
CH3
CH3 C
Me
CH2 CH3
+
CH2 CH3
+
HO3S_OH
CH3
Las cadenas hidrocarbonadas unidas a los anillos aromáticos pueden oxidarse fácilmente, dando lugar a ácidos
carboxílicos:
CH3
CH2CH3
CO 2H
K2Cr2O7
CO 2H
KMnO4 / H2O
H2O / H2SO4
EJERCICIO 13.3
Escribe el mecanismo completo de las siguientes reacciones:
Me
H2SO4
Me
+
Me
Me
H2SO4
XIII
342
ACILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON CLORUROS Y ANHIDRIDOS DE ÁCIDO (ACILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS)
Los cloruros y anhidridos de los ácidos carboxílicos reaccionan con ácidos de Lewis, dando lugar a un catión acilo:
Reacción con haluros de ácido:
H
COR
RCOCl
AlCl3
O
O
R C Cl :
R C
AlCl3
+
Cl
O
_
AlCl3
_
+ AlCl4
R C
+
[catión acilo]
_
Cl3Al
H
O
Cl
R C
+
CO_R
CO_R
H
+
+ HCl + AlCl3
Reacción con anhidridos de ácido:
H
O
COR
O
R C O C R
AlCl3
O
O
R C
O
AlCl3
R C
R C
_
+
O
O
O
O
R C+
C R
AlCl3
[catión acilo]
O
:O
C R
_
AlCl3
_
R_CO_O___AlCl3
H
H
+
O
R C+
CO_R
CO_R
O
+
R C OH + AlCl3
Reactividades relativas en la acetilación y benzoilación del naftaleno:
1,0
COMe
0,31
+
MeCOCl
COMe
AlCl3
+
CHCl3
[minoritario]
[mayoritario]
1,0
CO_C6H5
0,4
+
_
C6H5 COCl
AlCl3
CO_C6H5
+
CHCl3
[mayoritario]
[minoritario]
XIII
343
Debido al impedimento estéreo de C4, en la acetilación del fenantreno se obtienen las siguientes reactividades
relativas referidas al benceno (=1):
0,615 (C9)
0,293 (C1)
reactividades: C3 > C9 > C1 > C2 > C4
0,122 (C2)
0,0085 (C4)
0,643 (C3)
[acetilación en CHCl3]
La reacción de Gattermann - Koch permite introducir el grupo formilo en un hidrocarburo aromático; el cloruro de
formilo se obtiene haciendo reaccionar monóxido de carbono y cloruro de hidrógeno en presencia de cloruro
cuproso como catalizador:
AlCl3
ArH + CO + HCl
H
: C O:
CuCl
H
CuCl
O
AlCl3
C O
Cl
Ar_CHO
H C
+
Cl
O
O
H
C H
+
C H
+
+ AlCl4
CHO
_
AlCl4
+ HCl + AlCl3
El grupo carbonilo de los aldehidos y las cetonas se puede transformar en un grupo metileno mediante la
reducción de Clemennsen. En esta reacción se emplean amalgama de cinc (Zn + Hg) y ácido clorhídrico. Los
ácidos carboxílicos no se reducen, lo cual permite realizar reducciones selectivas:
O
C
CH3
CH2-CH3
Zn-Hg / HCl
CO2H
CO2H
EJERCICIO 13.4
Escribe el mecanismo completo de las reacciones de Friedel - Crafts que aparecen a continuación:
O
O
+
O
O
AlCl3
H
CO2H
Zn-Hg / HCl
Q
H
CO2H
1)SOCl2
2)AlCl3
O
XIII
344
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE NITRÓGENO (NITRACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
Los hidrocarburos aromáticos reaccionan con el catión nitroílo (nitronio) dando lugar a derivados nitrados:
NO2
H
HNO3 + H2SO4
El catión nitronio se genera por reacción entre los ácidos nítrico y sulfúrico:
:O +
H
_ N O
H
:O
:O +
_ N
O SO3H
+
O:
:O
_
H
+
: O SO3H
H
O
+
N
O
+
H2O
[catión nitronio]
H
_
HO3S_O
:O
H
NO2
NO2
+
N+
+
HO3S_OH
:O :
Resultados experimentales obtenidos en la nitración del fenantreno:
(C9) 34 %
NO2
27 % (C1)
+
NO2
4 % (C2)
0 % (C4)
reactividades: C9 > C1 > C3 > C2
25 % (C3)
[impedimento estéreo]
La nitración de hidrocarburos abre un camino importante para la síntesis de aminas aromáticas; la reducción del
grupo nitro puede realizarse de dos formas diferentes:
a) Con estaño o hierro en medio ácido:
NO 2
NH2
1)Sn / HCl
2)NaOH
XIII
345
_
+
NH3 Cl
NO2
2
+ 3Sn + 14HCl
+ 3SnCl4 + 4H2O
2
[hidrocloruro]
_
+
NH3 Cl
NH2
NaOH
+ NaCl + H2O
b) Hidrogenación catalítica:
NO2
NH2
H2
Pd / C
CO2H
CO2H
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE AZUFRE (SULFONACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
El Benceno reacciona con ácido sulfúrico originando ácido bencenosulfónico:
SO3H
0
+ H2SO4
170-180 C
+ H2O
(95 %)
Cuando se emplea ácido sulfúrico el electrófilo es el catión H3SO4+ :
_
H3SO 4+ + HSO4
2H 2SO4
O
O
S O
O
O
H HO S O
OH
O
OH
[ácido]
O
_
S O:
+
+
S OH2
OH
OH
[base]
:O :
O S
:O
+
OH2
H
lenta
:O :
+ H
S O
:O :
_
_
HSO4
O
:O :
+ H
S O
:O :
_
rápida
+ H3O+
_
SO3
+ H2SO4
XIII
346
_
SO3
+ H3O+
SO3H
rápida
+ H2O
En las reacciones de sulfonación, el equilibrio está normalmente desplazado hacia la izquierda; por consiguiente,
para aumentar el rendimiento es necesario eliminar el agua del medio de reacción.
La sulfonación puede realizarse también empleando trióxido de azufre como electrófilo:
:O :
S
:O
:O
O:
_
: O:
+
S
: O:
_
:O
O:
S+
: O:
O:
S+
:O
_
O:
El trióxido de azufre se utiliza disuelto en ácido sulfúrico exento de agua; la disolución recibe el nombre de oleum:
:O :
H
:O :
H2SO4
S
:O
:O S
+
_
O:
SO3H
H
O:
Sulfonación del naftaleno:
(FPV)1 = 1020
(FPV)2 = 180
H2SO4
H2O (79%)
SO3H
Si un ácido sulfónico se calienta en presencia de agua se produce la reacción inversa:
H
SO3H
+ H2O
H2O + C6H5_SO 3H
: O:
S
+ H2SO4
_
+
H_OH2 + C6H 5_SO3
_
: :
+
H2O___H
Q
O:
H
+ H2O + SO3
:O :
SO 3 + H2O
SO 4H 2
XIII
347
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE HALÓGENOS (HALOGENACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
3Br2 + 2Fe
2FeBr3
_
Br+ + FeBr4
2FeBr3 + Br2
H
H Br
+
Br
Br+
_
FeBr3
Br
+ HBr + FeBr3
La cloración se puede llevar a cabo empleando SnCl4 o ZnCl2 como catalizadores:
Cl2 + ZnCl2
_
Cl+ + ZnCl3
Cl2 + SnCl4
_
Cl+ + SnCl4
EFECTO DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA
Si un hidrocarburo aromático que tiene unido un sustituyente (Z) al núcleo, se somete a una reacción de
sustitución electrófila ¿a qué posición se unirá el nuevo sustituyente? ¿Se obtendrá una mezcla de todos los
productos posibles?
Z
Z
Z
Z
E
E+
+
(?)
+
E
E
Z
Z
Z
Z
Z
E
E+
+
+
+
+
E
E
Z
E
Z
E
+
E
Z
(?)
+
E
La respuesta a las dos preguntas está directamente relacionada con la naturaleza del sustituyente Z, pero es poco
dependiente del tipo de reactivo electrófilo que se utilice.
XIII
348
Cuando el hidrocarburo es el benceno, hay sustituyentes que favorecen la entrada del electrófilo en las posiciones
orto y para:
CH3
CH3
CH3
Br
Br2 / Fe
+
Br
CH3
CH3COCl
o-Bromotolueno
p-Bromotolueno
CH3
CH3
COCH3
+
AlCl3
COCH3
o-Metilacetofenona
p-Metilacetofenona
Otros sustituyentes provocan la entrada del electrófilo en posición meta:
CO2Et
CO2Et
HNO3
m-Nitrobenzoato de etilo
H2SO4
NO2
CO2Et
CO2Et
Br2
[Fe]
m-Bromobenzoato de etilo
Br
SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRÓFILO A LAS POSICIONES ORTO Y PARA
_
O _NR2 _NH2 _OH _NHCOR _OR _OCOR _CH3 _CH2CH3 _CHMe2 _CMe3 _CH=CH2 _Arilo _CH2CO2R
SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRÓFILO A LA POSICION META
_
+
CH2Cl _CHCl2 _CCl3 _CONR2 _CO2R _CO2H _COR _CHO _SO3H _CN _CF3 _NO2 _NR3
Los sustituyentes que orientan a orto y para estabilizan el catión arenio intermedio; es decir, un compuesto que
tenga uno de estos sustituyentes reaccionará con cualquier electrófilo más fácilmente que el benceno.
Por el contrario, los sustituyentes que orientan a meta, desestabilizan el catión arenio intermedio, y el compuesto
portador de dicho sustituyente reaccionará con más dificultad que el benceno.
En general, los sustituyentes que ceden electrones estabilizan el catión arenio cuando están unidos a átomos de
carbono que tienen carga (posiciones activas); y a la inversa: los sustituyentes aceptores de electrones
desestabilizan el catión arenio si están unidos a carbonos con carga. Cualquier sustituyente que esté unido a una
posición sin carga (inactiva) no tiene ningún efecto sobre la estabilidad del catión arenio.
XIII
349
δ+
CH3
a
+*
*
+*
*
H
δ+
CH3
Q = a2 [posición activa]
NO2
Menos inestable que:
* -a
NO2
-a *
H
+
H
NO2
[catión arenonio estabilizado por el Me]
δ+
CH3
*
*
Q = 0 [posición inactiva]
La misma inestabilidad que:
H
* + NO2
H
+ NO
2
[catión arenonio no estabilizado por el Me]
NO2
NO2
*
+ *a
Q = a2 [posición activa]
Más inestable que:
+*
*
H
* -a
-a*
Br
H
+
H
Br
Br
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
NO2
*
*
Q = 0 [posición inactiva]
H
H
La misma inestabilidad que:
* + Br
+ Br
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
Para los hidrocarburos aromáticos policíclicos son válidos los mismos principios:
NO2
*
*
*
Q = 0 [posición inactiva]
*
H
La misma inestabilidad que:
H
+ Br
* + Br
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
NO2
*
*
-a
*
*
*
H
+ *
Br
a*
NO2
+ * 2a
-a
*
H
* -2a
Br
Q = 4a2 [posición activa]
Más inestable que:
+
H
Br
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
XIII
350
TIPOS DE SUSTITUYENTES
δ+
+I : Z
δ−
C
(Me, Et, etc. ; cualquier grupo alquilo)
δ−
I:Z
δ+
C
(-CX3, -CHX2, -CH2X, -CN)
Inductivos
_
+ M : _CH=CH2, C6H5_ (en general: Ar_)
_
Electrómeros
(mesómeros)
_
+ M : _NH2, _NHR, _OH, _OR, _O , _X (F, Cl, Br, I)
_
M : _CHO, _COR, _CO2H, _CO2R, _CONH2, _CONHR, _NO2, _SO3H
Grupos estabilizantes del catión arenio
(orientación o- y p- en el benceno)
−O−
máxima
estabilización
Grupos desestabilizantes del catión arenio
(orientación m- en el benceno)
mínima
desestabilización
−CH2Cl
−NR2
−I
−NHR
−Cl (*)
−NH2
−Br (*)
−OH
−CHCl2
−NHCOR
−CCl3
−OR
−CONR2
−OCOR
−CO2R
−CH3
−CO2H
−CH2CH3
−COR
−CHMe2
−CHO
−CMe3
−SO3H
−CH=CH2
−CN
−Arilo
−CF3
−CO2−
−NO2
−CH2CO2R
mínima
estabilización
máxima
desestabilización
(*)
+
NR3
(*) Los halógenos desestabilizan el catión arenio, pero orientan a o- y p-
XIII
351
SUSTITUYENTES INDUCTIVOS +I (GRUPOS ALQUILO)
Todos los grupos alquilo son cesores de electrones (el enlace σ que une el grupo al núcleo aromático está
C) Estos sustituyentes estabilizan el catión arenio cuando están situados en
polarizado en el sentido Z
posiciones activas (con carga):
Me
Me
a* +
E+
Sustitución en o- :
Me
H
E
-a *
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
E
*a
a = 1/ 3
(Q = +1/3)
Me
Me
E+
Sustitución en m- :
Me
*a
H
a*
[minoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
E
-a * + E
a =1/ 3
(Q = 0)
Me
Sustitución en p- :
Me
Me
*a
E+
-a *
H
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
+ * -a
E
E
a = 1/ 3
(Q = + 1/3)
Estos son algunos resultados experimentales:
Alquilación:
CH2CH2CH3
Pr
+ C6H5_CH2Cl
Pr
Pr
CH2C6H5
AlCl3
+
+
MeNO2, 250C
CH2C6H5
CH2C6H5
(39,6 %)
(8,1 %)
(52,3 %)
Acilación:
Me
CH3
+ C6H5_COCl
Me
Me
COC6H5
AlCl3
+
+
COC6H5
(FPV):
COC6H5
32,6
4,9
626
XIII
352
Nitración:
Me
Me
Me
Me
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+
NO2
NO2
(FPV) : 49.7
Et
1.3
60
Et
Et
Et
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+
NO2
NO2
(FPV) : 31.4
CHMe2
2.3
69.5
CHMe2
CHMe2
CHMe2
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+
NO2
NO2
(FPV) : 14.8
CMe3
2.4
71.6
CMe3
CMe3
CMe3
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+
NO2
NO2
(FPV) : 4.5
3.0
75.5
La disminución del FPV correspondiente a la posición o- ,se debe al aumento progresivo del impedimento estéreo.
Halogenación:
Et
Et
Et
Et
Cl
Cl2 [Fe]
+
+
AcOH
Cl
Cl
(FPV):
450
___
840
XIII
353
SUSTITUYENTES INDUCTIVOS −I
Son grupos aceptores de electrones (el enlace σ que une el grupo al núcleo aromático está polarizado en el
C) Estos sustituyentes desestabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas
sentido Z
(con carga):
CCl3
CCl3
a* +H
E+
Sustitución en o- :
CCl3
E
E
*a
-a *
δEπ = −4aβ = −2,31β
[minoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
[minoritario]
a = 1/ 3
(Q = +1/3)
CCl3
CCl3
E+
Sustitución en m- :
a*
CCl3
*a
H
E
-a * + E
a =1/ 3
(Q = 0)
CCl3
CCl3
E+
Sustitución en p- :
CCl3
*a
-a *
H
+ * -a
E
E
a = 1/ 3
(Q = + 1/3)
Algunos resultados experimentales:
Nitración:
CCl3
CCl3
CCl3
CCl3
NO2
HNO3−H2SO4
+
250 C
+
NO2
NO2
CF3
6,8 %
64,5 %
CF3
CF3
28,7 %
CF3
NO2
HNO3-H2SO4
+
00 C
+
NO2
NO2
6.0 %
91 %
3.0%
XIII
354
CN
CN
CN
CN
NO2
HNO3
+
00 C
+
NO2
NO2
16.8 %
80.8 %
1.95%
CN
CN
Halogenación:
CN
CN
Cl
HOCl
+
H3O+
+
Cl
Cl
(23.2 %)
CF3
(73.9 %)
(2.9 %)
CF3
CF3
CF3
Cl
HOCl
+
+
H3O+
Cl
Cl
(15.7 %)
(4.1 %)
(80.2 %)
EFECTO COMBINADO DE VARIOS SUSTITUYENTES +I
Los grupos que en el catión arenio están en posiciones activas (con carga) aparecen en negrita:
Me
Me
*
*
Me
Me
98,4 %
(45,1 %)
H
SO3H
_
SO3
*+
H2SO4 + H2O
Me
Me
Me
Me
Me
Me
*
(54,9 %)
+ *_
*
H
SO3
SO3H
Me
Me
Me
*
Me
Me
Me
*
*+
Me
Me
Me
H
(90 %)
_
SO3
SO3H
H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
Me
*
*
H
Me
Me
Me
(10 %)
+*
_
SO3
SO3H
XIII
355
EJERCICIO 13.5
Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:
Reacción 1:
Me
H2SO4 + H2O
(?)
98,4 %
Me
Reacción 2:
Me
Me
H2SO4 + H2O
Me
(?)
98,4 %
SUSTITUYENTES MESÓMEROS ± M
Son grupos que tienen dobles enlaces C-C. Dichos enlaces pueden ser localizados o no localizados. Por ejemplo:
dobles enlaces localizados: _CH=CH2 ;
dobles enlaces no localizados:
;
_
CH=CH_CH=CH2
en general, cualquier grupo Ar-
Cuando este tipo de sustituyentes está unido a un núcleo aromático, el enlace es siempre un enlace σ esencial, es
decir, un enlace que sólo se puede dibujar como sencillo:
[enlace σ esencial]
CH=CH2
[enlace σ esencial]
[enlace σ esencial]
CH=CH2
Si se dibuja como doble, aparecen átomos de carbono con electrones desapareados, que no forman enlace:
CH_CH2
CH_CH2
Sin embargo, cuando se forma un catión arenio en un hidrocarburo que tiene alguno de estos sustituyentes,
pueden darse dos situaciones diferentes.
Una de ellas es que el sustituyente esté ocupando una posición inactiva (sin asterisco), en cuyo caso el enlace
continúa siendo un enlace σ esencial y el número de carbonos del sistema conjugado disminuye:
[enlace σ esencial]
CH=CH2
CH=CH2
[sistema conjugado de 6 carbonos]
E+
*
*
H
[sistema conjugado de 5 carbonos]
*+ E
XIII
356
La otra, es que el sustituyente ocupe una posición activa (con asterisco); entonces el enlace σ deja de ser esencial
y el número de carbonos del sistema conjugado aumenta:
*
+
CH_CH2
CH=CH2
*
E+
[sistema conjugado de 6 carbonos]
[sistema conjugado de 7 carbonos]
*
H
*
E
En cualquier reacción de sustitución electrófila que tenga lugar en el estireno, el electrófilo se unirá
preferentemente a las posiciones o- y p-, ya que los cationes arenio son los menos inestables (mayor número de
carbonos en el sistema conjugado):
CH=CH2
H
CH=CH2
*+
E
E
*
*
[sistema conjugado de 7 carbonos]
CH=CH2
CH=CH2
CH=CH2
*
+ E+
*
[minoritario]
H
E
*+ E
[sistema conjugado de 5 carbonos]
*
CH=CH2
CH=CH2
*
+*
*
H
E
E
[sistema conjugado de 7 carbonos]
EJERCICIO 13.6
Seguidamente aparecen los factores parciales de velocidad del bifenilo para una reacción de bromación y otra
de nitración:
(FPV) = 10,7
(FPV) = 41
(FPV) = 15,6
Bromación
+
(FPV) = 0,28
[HOBr, H3O / dioxano]
(FPV) = 38
Nitración
(FPV) < 0,6
0
[HNO3, Ac2O / 0 C]
Explica estos resultados experimentales con el mismo tipo de razonamiento que el empleado en el caso del
estireno.
XIII
357
EJERCICIO 13.7
Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los 12 productos que pueden obtenerse cuando se lleva a cabo
la siguiente reacción de sustitución electrófila:
4'
5'
3'
6'
2'
8
7
6
5
2
Br2
3
[Fe]
(?)
4
El Ejercicio 13.1 te servirá de ayuda. No es preciso que tengas en cuenta el impedimento estéreo.
SUSTITUYENTES MESÓMEROS +M
Son grupos en los que un heteroátomo, más electronegativo que el carbono y con pares de electrones no
compartidos, está unido directamente al núcleo aromático:
_
NH2 ; _OH ; _NH_COR ; _OR ; _O_COR ; _X: (Cl, Br, I)
Siempre existen dos efectos electrónicos contrapuestos:
+M
:NH2
-I
N
H
H
+M > -I
Los sustituyentes +M son, como los sustituyentes +I, orto- y para- dirigentes, ya que estabilizan el catión arenio
cuando están situados en posiciones activas:
:OH
H
*
:OH
+E
E
+*
*
:OH
:OH
*
+E
+*
*
E
H
:OH
:OH
+E
*
*
H
*+ E
XIII
358
Los sustituyentes +M estabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con carga), y no
tienen ningún efecto sobre dicha estabilidad cuando están unidos a carbonos sin carga:
[posición activa]
OMe
H
+
*
:OMe
+
E
sustitución en orto :
*
OMe
E
[mayoritario]
E
*
[posición inactiva]
OMe
:OMe
E+
sustitución en meta :
*
OMe
*E
[minoritario]
E
*+ H
[posición activa]
OMe
: OMe
E+
sustitución en para :
OMe
*
[mayoritario]
+*
*
H
E
E
Estos son algunos resultados experimentales:
Acilación:
OMe
OMe
+ CH3COCl
OMe
OMe
COMe
AlCl3
+
+
COMe
COMe
(FPV):
___
___
1.8xI06
Nitración:
:OMe
OMe
OMe
NO2
HNO3
450C
OMe
+
+
NO2
NO2
(40 %)
(0.0 %)
(58 %)
XIII
359
:O_C6H5
O_C6H5
O_C6H5
O_C6H5
NO2
HNO3 - Ac2O
+
+
00C
NO2
NO2
(0,0 %)
(51 %)
: NH_C6H5
(49 %)
NH_C6H5
NH_C6H5
NH_C6H5
NO2
HNO3 - Ac2O
+
+
00 C
NO2
NO2
(0,0 %)
(24 %)
(76 %)
Sulfonación:
:OH
OH
OH
OH
SO3H
H2SO4 / H2O (77,8 %)
+
+
250C
SO3H
SO3H
___
(FPV) : 3400
7300
Halogenación:
: NMe2
NMe2
NMe2
NMe2
Br
Br2 / H2O - AcOH
+
+
Br
Br
(FPV) :
:OMe
___
___
3x1019
OMe
OMe
OMe
Cl
Cl2 - AcOH
+
+
Cl
(FPV) :
: OCOMe
6.1x10
Cl
___
6
4.6x107
OCOMe
OCOMe
OCOMe
Cl
Cl2 - AcOH
+
250C
+
Cl
Cl
(FPV) :
6.5
0.071
87
XIII
360
Los halógenos provocan la entrada de un nuevo sustituyente en posiciones orto y para; sin embargo,
desestabilizan el catión arenio intermedio. No existe ninguna explicación sencilla que ayude a entender este hecho.
Nitración:
: Cl :
Cl
(FPV)orto = 0,029
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,0009
(FPV)para = 0,137
Br
: Br:
(FPV)orto = 0,033
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,011
(FPV)para = 0,112
:I :
I
(FPV)orto = 0,252
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,012
(FPV)para = 0,78
Acilación:
Distribución de isómeros y reactividades relativas en
la benzoilación de C6H5-X en nitrometano a 250C
X
X
C6H5-COCl
COC6H5
AlCl3
%
X
orto
meta
para
reactividad relativa
H
F
Cl
Br
I
⎯
14.7
33.0
32.5
30.6
⎯
0.2
0.6
0.7
0.7
⎯
85.1
66.4
66.8
68.7
1
0.46
0.24
0.18
0.28
Halogenación:
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl+
+
+
Cl
Cl
36.4 %
1.3 %
62.3 %
XIII
361
Br
Br
Br
Br
Cl
Cl+
+
+
Cl
Cl
39.7 %
56.9 %
3.4 %
SUSTITUYENTES MESÓMEROS −M
Son grupos que tienen enlaces polarizados en el sentido C
δ−
:O
δ−
O δ+ OH
C
δ+ R
C
Z del enlace que les une al núcleo aromático:
δ−
O δ+ OR
C
O
O
−
δ+ δ
O
S
+
NR3
Son, como los sustituyentes -I, meta- dirigentes, ya que desestabilizan el catión arenio cuando están situados en
posiciones activas (con asterisco):
[posición activa]
NO2
H
+
*
NO2
E+
sustitución en orto :
*
NO2
E
E
[minoritario]
*
[posición inactiva]
NO2
NO2
E+
sustitución en meta :
*
NO2
*E
[mayoritario]
E
*+ H
[posición activa]
NO2
NO2
sustitución en para :
NO2
*
E+
[minoritario]
+*
*
H
E
E
Nitración:
NO2
NO2
NO2
NO2
NO2
HNO3 + H2SO4
+
+
NO2
NO2
(6,1 %)
(91,8 %)
(2,1 %)
XIII
362
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H
NO2
HNO3 + H2SO4
+
+
NO2
NO2
(18,5 %)
(80,2 %)
(1,3 %)
CHO
CHO
HNO3 + H2SO4
NO2
(90,8 %)
COMe
COMe
HNO3 + H2SO4
NO2
(90,0 %)
CONH2
CONH2
CONH2
HNO3
+
NO2
NO2
(70,0 %)
CO2Et
(<0,3 %)
CO2Et
CO2Et
CO2Et
NO2
HNO3
+
+
NO2
NO2
(68,4 %)
(28,3 %)
(3,3 %)
Halogenación:
NO2
NO2
Cl
NO2
NO2
Cl
+
+
+
Cl
Cl
(17,6 %)
CHO
(80,9 %)
CHO
(1,5)
CHO
CHO
Cl
Cl+
+
+
Cl
Cl
(30,7 %)
(63,5 %)
(5,8)
XIII
363
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS CON SUSTITUYENTES
Cuando se realiza la nitración del 1-metilnaftaleno (el grupo metilo estabiliza el catión arenio) se obtiene una
mezcla de 1-metil-2-nitronaftaleno y 1-metil-4-nitronaftaleno:
Me
Me
Me
1
NO2+
2
1
NO2
+
4
NO2
La nitración del 1-nitronaftaleno (el grupo nitro desestabiliza el catión arenio) conduce a una mezcla de 1,5- y 1,8dinitronaftaleno:
NO2
NO2
NO2 NO2
1
NO2+
1
8
+
5
NO2
Para predecir los productos mayoritarios que se obtienen en las reacciones de sustitución electrófila del benceno,
sólo es preciso fijarse si el sustituyente está en una posición activa o inactiva. Esto es así porque al formarse el
catión arenio, la variación de energía de enlace π siempre es la misma, con independencia de la posición en la
que tiene lugar la nueva reacción de sustitución.
Sin embargo, en los hidrocarburos policíclicos con algún sustituyente, es preciso tener en cuenta dos factores:
⎯ Variación de la energía de enlace π (δEπ) al formarse el catión arenio
⎯ Valor de la carga (Q) del átomo de carbono, al que está unido el sustituyente en el catión arenio
sustituyentes que estabilizan el catión arenio
mínima variación de (δEπ) y carga máxima
situación más favorable:
situación más desfavorable: máxima variación de (δEπ) y carga mínima (Q = 0)
Me
1
*
Me
[posición activa]
*
H
*
*
H
4
+*
NO2
*
*
[posición inactiva]
1
*
6
+ *
NO2
*
[C menos reactivo]
[C más reactivo]
(δEπ)4 = −1,81β ; Q(1) = +0,36
[situación más favorable]
(δEπ)6 = −2,12β ; Q(1) = 0
[situación más desfavorable]
XIII
364
sustituyentes que desestabilizan el catión arenio
mínima variación de (δEπ) y carga mínima (Q = 0)
situación más favorable:
situación más desfavorable: máxima variación de (δEπ) y carga máxima
[posición activa]
[C más reactivo]
O2N
8
*+
*
H
*
NO2
[posición inactiva]
1
NO2
H
1
*
+ 2
*
*
*
*
*
*
[C menos reactivo]
NO2
(δEπ)8 = -1,81β ; Q(1) = 0
(δEπ)2 = -2,12β ; Q(1) = +0,50
[situación más favorable]
[situación más desfavorable]
Nitración del 1-Metilnaftaleno (el grupo metilo estabiliza el catión arenio):
Existen siete posiciones diferentes en las que puede tener lugar la reacción:
8
Me
7
2
3
6
5
4
Estos son los valores de (δEπ) y de la carga Q en C1 (átomo al que está unido el sustituyente) cuando el electrófilo
(NO2+) se une a cada uno de los siete carbonos:
Me
-a * 2a + H
*
2
Me
2
NO2+
a*
Me
NO2+
-a
*
a*
3
1
NO2
+
b*
Me
-b
*
Me
* 2b
+ * -2b
NO2
a = 1/
H
+ NO
2
*
2a
H
8 ; Q(1) = 4a2 = + 0,5
(δEπ)2 = −6aβ = −2,12β
1
a
-a*
4
a = 1/
Me
*
* -b
NO2
2
NO2
3
Me
4
*
a
*
-a
Me
3
NO2
8 ; Q(1) = 0,0
(δEπ)3 = −6aβ = −2,12β
Me
1
b = 1/ 11 ; Q(1) = 4b2 = + 0,36
(δEπ)4 = −6bβ = −1,81β
4
NO2
XIII
365
Me
NO2+
-b
*+
-2b
H
5
H
b = 1/ 11 ; Q(1) = b2 = + 0,09
Me
-a
*
a
*
Me
1
a
*
6
6
O2N + *
2a
Me
7
NO2
Me
*
a
NO2
8
NO2+
*+
2b
a = 1/
H
*
b
*
-2b
; Q(1) = 0,0
8
(δEπ)6 = −6aβ = −2,12β
6
Me
NO2
1
7
a = 1/
*a
*
-a
8
NO2
-a*
Me
* -a
H +* 2a
NO2+
7
(δEπ)5 = −6bβ = −1,81β
5
NO2
Me
NO2+
1
* b
*
NO2
5
Me
Me
* -b
2b
*
8
; Q(1) = a2 = + 0,12
(δEπ)7 = −6aβ = −2,12β
NO2 Me
Me
1
8
b = 1/ 11 ; Q(1) = 0,0
* -b
(δEπ)8 = −6bβ = −1,81β
*
b
nitración del 1-Metilnaftaleno
posición
C4
δEπ x (-β)
1.81
Q (1)
+0.36
C2
2.12
+0.50
C8
C5
1.81
1.81
0.00
+0.09
C7
2.12
+0.12
C3
2.12
0.00
C6
2.12
0.00
Me
[C menos reactivo]
6
4
[C más reactivo]
(FPV): C4 (95800) > C2 (40100) > C8 (11770) >
C5 (2525) > C7 (468) > C3 (451) > C6 (265)
La nitración del 1-Metilnaftaleno da lugar a una mezcla de dos productos mayoritarios: el 1-Metil-4-nitronaftaleno
(FPV = 95800) y el 1-Metil-2-nitronaftaleno (FPV = 40100):
Me
Me
1
1-Metil-4-nitronaftaleno
+
Me
4
H
NO2
4
NO2
NO2+
Me
+
Me
H
1
2
NO2
NO2
2
1-Metil-2-nitronaftaleno
XIII
366
Nitración del 1-Nitronaftaleno (el grupo nitro desestabiliza el catión arenio):
Estos son los valores de (δEπ) y de la carga en C1 (átomo al que está unido el sustituyente) cuando el electrófilo
(NO2+) se une a cada uno de los siete carbonos:
nitración del 1-nitronaftaleno
posición
C8
C5
C4
δEπ x (-β)
Q(1)
1.81
0.00
1.81
1.81
+0.09
+0.36
[C más reactivo]
8
C3
C6
C7
C2
2.12
2.12
2.12
0.00
0.00
+0.12
+0.50
2.12
NO2
2
[C menos reactivo]
La nitración del 1-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla en la que son mayoritarios el 1,5- y el 1,8-Dinitronaftaleno:
NO2
+
8
H
NO2 NO2
NO2
1
8
1,8-Dinitronaftaleno
NO2
NO2+
NO2
NO2
1
1,5-Dinitronaftaleno
+
H
5
5
NO2
NO2
EJERCICIO 13.8
¿Cuáles son los dos productos mayoritarios que se obtienen en las siguientes reacciones?:
Me
HNO3
Reacción 1:
H2SO4
NO2
HNO3
Reacción 2:
H2SO4
(?)
(?)
Cuando el hidrocarburo policíclico tiene más de un sustituyente se utiliza el mismo procedimiento. Por ejemplo,
¿cuál será el producto mayoritario que se obtiene en la siguiente reacción?:
8
1
Me
7
Me
3
5
E+
(?)
4
El método menos incómodo consiste en dibujar los ocho cationes arenio del Naftaleno, con la carga de los átomos
de carbono en los que puede tener lugar la sustitución:
XIII
367
H
*
0,09 *
*
0,09
E
1
0,12 *
*
*+
H
5
3
*
(δEπ)2 = −2,12β
0,12
* 0,09
*
*
6
(δEπ)6 = −2,12β
(δEπ)5 = −1,81β
*
E
*
E
0,36
8
*+
* 0,12
*
+ * 0,36
4
E
(δEπ)4 = −1,81β
0,12
7
0,12
* 0,12
*
E +0,50
*
H
0,50
*
H +
*
*
0,09 *
*+ H
(δEπ)3 = −2,12β
0,12
0,36
*
* 0,12
E
*
0,12 *
0,50
0,09
*
*
E
2
H
* 0,12
*
H
0,36
0,09
E
0,12
(δEπ)1 = −1,81β
0,36
*+
*
+ * 0,36
*
0,36
0,50
0,12
0,36 *
H
*
*
0,09
* 0,09
(δEπ)8 = −1,81β
(δEπ)7 = −2,12β
La ventaja de hacerlo así es que, una vez dibujados todos los cationes arenio, se puede averiguar fácilmente la
influencia de los sustituyentes (da igual el número) en la reactividad relativa de los carbonos del hidrocarburo.
A continuación, se hace una tabla como las que aparecen en las páginas 365 y 366, comenzando por los cationes
arenio menos inestables (menor variación de δEπ) Como en el ejemplo del 2,6-Dimetilnaftaleno hay dos
sustituyentes, en la columna de las cargas (Q) se escriben los valores que corresponden a cada uno de los dos
metilos.
sustitución electrófila en el 2,6-dimetilnaftaleno
posición
(δEπ) x (-β)
C1
1,81
C5
1,81
C4
C8
Qx(Z)
Q2(Me) = +0,36
Q6(Me) = 0,00
Q2(Me) = +0,00
Q6(Me) = +0,36
1,81
[C más reactivo]
Q2(Me) = 0,00
Q6(Me) = +0,09
1,81
Q2(Me) = +0,09
Q6(Me) = 0,00
C3
2,12
C7
2,12
Q2(Me) = +0,12
8
1
5
4
Me
7
Me
3
[C menos reactivo]
carbonos equivalentes: C1 y C5 ; C3 y C7
C4 y C8
Q6(Me) = 0,00
Q2(Me) = 0,00
Q6(Me) = +0,12
Orden de reactividad que se predice: C1 = C5 > C4 = C8 > C3 = C7
(FPV): C1 = C5 (1010000) > C4 = C8 (31400) > C3 = C7 (8060)
XIII
368
EJERCICIO 13.9
Apartado 1: Averigua cuál de las dos posiciones marcadas en el 2,3-Dimetilnaftaleno es más reactiva.
1
Me
6
Me
Apartado 2: Ordena las tres posiciones indicadas en el 1-Metil-4-nitronaftaleno de acuerdo con su reactividad
relativa.
Me
8
2
3
NO2
SALES DE DIAZONIO
Las aminas aromáticas primarias reaccionan con ácido nitroso dando lugar a sales de diazonio.
El ácido nitroso se obtiene haciendo reaccionar nitrito sódico (NaNO2) con ácido clorhídrico:
_
_
( O=N_O : + Na+ ) + ( Cl + H3O+ )
H2O
O=N_OH + H2O + Na+ + Cl
0
0 C
_
[ác. nitroso]
El ácido nitroso se protona en medio ácido fuerte, originando el catión nitrosonio (nitrosilo):
H
_
O=N OH H
OH2
+
O=N
OH + H2O
+
+
O=N:
+ H2O:
[catión nitrosonio]
Reacción del catión nitrosonio con una amina aromática primaria:
NH2
+
N O
+
H2O:
N
H
N
O
: OH2
H
+
OH2
H
N N O
NH
H
N
N
N=O
+ H3O+
N-Nitrosoanilina
N
OH + OH2
H
+
OH2
+
N
N:
+
N
+
O H + OH2
H
H2O:
[catión fenildiazonio]
XIII
369
Las sales de diazonio se obtienen habitualmente de la forma siguiente:
NO2
R
HNO3
reducción
R
H2SO 4
+
N
NH2
NaNO2
R
HCl, H2O
N Cl
_
R
[sal de diazonio]
El grupo diazonio se sustituye con facilidad por otros grupos (F, Cl, Br, I, CN, OH, NO2, H) a través de reacciones
que transcurren mediante mecanismos que no son bien conocidos:
HBF4
+
N
_
N BF4
Cu
o CuCl
Cl
+ N2
Br
+ N2
I
+ N2
KBr
KI
Q
F + BF3
+ N2
_
+
N2Cl
CuCN
CN + N2
H2SO4
OH + N2
H2O (40-50%)
NaNO2
NO2 + N2
Cu+
H3PO2
H
+ N2
Las principales ventajas de las sales de diazonio en síntesis son las siguientes:
1
Permiten introducir grupos que no son asequibles mediante reacciones de sustitución electrófila (CN, OH y
también F o I):
CuCN
NH2
NaNO2
HCl
+
N2Cl
CN + N2
_
H2SO4
H2O (40-50%)
OH + N2
XIII
370
2
Sirven para obtener compuestos que no pueden sintetizarse a través de reacciones de sustitución electrófila
con un rendimiento aceptable. Por ejemplo, el m-nitrofenol no se obtiene por nitración del fenol, ya que el
grupo OH provoca la entrada de un nuevo sustituyente en posiciones o- y p-.
NO2
NO2
HNO3
HNO3
H2SO4
H2SO4
_
+
N2 SO4H
NH2
NaNO2
reducción
NO2
NO2
OH
Q
H2SO4 / H2O
NO2
NO2
m-Nitrofenol
3
El grupo diazonio se puede utilizar para introducir un nuevo sustituyente en la posición adecuada, y eliminarlo
al final de la secuencia de reacciones, tratando su sal de diazonio con ácido hipofosforoso:
CO2H
CO2H
CO2H
HNO3
CO2H
Br2(exceso)
reducción
H2SO4
NO2
Br
Br
NH2
NaNO2
NH2
H2SO4 / H2O
Br
CO2H
CO2H
Br
Br
Br
H3PO 2
Br
_
+
N2 SO4H
Br
Br
EJERCICIO 13.10
¿Cómo llevarías a cabo las siguientes transformaciones empleando reacciones de sustitución electrófila y sales
de diazonio?:
CO2H
NO2
NH2
(5 pasos)
1.
CO2H
2.
(5 pasos)
CO2H
NO2
Cl
NH2
Br
Cl
(6 pasos)
3.
4.
NO2
CMe3
Cl
Br
(3 pasos)
NH2
CMe3
CH2NH2
CH2CH3
(5 pasos)
5.
6.
(5 pasos)
CO2H
OH
Br
OH
(8 pasos)
7.
(8 pasos)
8.
Cl
I
XIII
371
COLORANTES AZOICOS
Las agrupaciones de átomos que absorben radiación ultravioleta o visible son normalmente dobles enlaces
conjugados (1), dobles enlaces conjugados con grupos carbonilo (2) o anillos aromáticos (3) Todas estas
agrupaciones reciben el nombre de cromóforos.
Me
Me
Me
Me
Me
Me
CH2OH
O
Me
N=N
Me
Me
Me
(2) β -Irona
(1) vitamina A
[amarillo pálido]
(3) (E) Azobenceno
[color naranja]
[color violeta; fragancia de las violetas]
Los cationes arildiazonio son electrófilos; reaccionan con los hidrocarburos aromáticos que tienen algún
sustituyente activante (+M):
+
N
N
O
+
_
N
B:
N
_
O
N
B
H
_
O
N
H
N
N
OH + :B
p-Hidroxiazobenceno
[compuesto azoico; azoderivado]
Los grupos OH y NH2, especialmente si están en orto o para respecto al doble enlace azo, intensifican el color de
los compuestos azoicos.
El colorante llamado amarillo de mantequilla se utilizaba para dar color a la margarina, hasta que se descubrió que
producía cáncer:
_
+
N2Cl
N N
NMe2
+
NMe2
N,N-Dimetilanilina
p-Dimetilaminoazobenceno
[amarillo de mantequilla]
EJERCICIO 13.11
El "rojo para" es un colorante azoico que se utiliza para teñir algodón. Su estructura es la siguiente:
HO
N
:
:
O2N
N
Idea una síntesis de este colorante a partir de Anilina y β -Naftol (2-Hidroxinaftaleno)
XIII
372
EJERCICIO 13.12
Para que un colorante azoico presente color azul, su molécula debe tener un número elevado de dobles enlaces
conjugados. A continuación aparece la síntesis de un colorante de este tipo; averigua la estructura de los
compuestos A y B.
H2N
NH2
Me
NaNO2 (2 eq.)
A
HCl, H2O
Me
OH
NH2
SO3H
A
B (colorante azul)
(2 eq.)
+
SO3H
EJERCICIOS ADICIONALES
13.1 Predice cuál de las posiciones indicadas del Benzo[c]fenantreno (1) será la más reactiva en una reacción de
nitración electrófila. Haz lo mismo para el 1-Metoxi-4-nitronaftaleno (2) en una reacción de bromación. Desprecia
en ambos casos los posibles efectos debidos a impedimentos estéreos.
6
OMe
5
2
6
(1)
NO2
(2)
13.2 Clasifica los compuestos que aparecen a continuación en orden decreciente de reactividad frente al catión
nitronio, en una reacción de sustitución electrófila que tenga lugar en C7.
OH
CO2H
CO2H
7
OH
7
7
MeO
(2)
(1)
(3)
MeO
MeO
CO2Me
O 2N
CO2Me
7
7
NO2
7
MeO
(4)
(5)
(6)
XIII
373
13.3 Los cloruros de ácido que aparecen a continuación se someten a una reacción de Friedel-Crafts
intramolecular empleando las mismas condiciones experimentales. Ordénalos de acuerdo con su reactividad
relativa.
CH2COCl
CH2COCl
CH2COCl
OMe
MeO
MeO
(2)
(1)
(3)
CH2COCl
CH2COCl
OMe
OMe
(4)
(5)
13.4 Empleando Naftaleno como producto inicial se pretende sintetizar los compuestos A y B:
NO2 COMe
CMe3
NO2
(A)
(B)
Explica cuál de las siguientes alternativas es la más razonable:
Compuesto A:
1 Primero se realiza la acilación y después la nitración.
2 Primero se realiza la nitración y después la acilación.
Compuesto B:
1 Primero se realiza la alquilación y después la nitración.
2 Primero se realiza la nitración y después la alquilación.
13.5 ¿Cuál de las siguientes reacciones tendrá lugar más fácilmente? :
Reacción 1:
CH2Cl
CMe3
AlCl3
+
MeO
CH2
CMe3
OMe
Reacción 2:
CH2Cl
OMe
+
AlCl3
CMe3
MeO
CH2
CMe3
XIII
374
Reacción 3:
CH2Cl
CMe3
MeO
AlCl3
+
CH2
CMe3
OMe
Reacción 4:
CH2Cl
OMe
CMe3
AlCl3
+
MeO
CH2
CMe3
13.6 Diseña una síntesis que permita obtener, con un rendimiento elevado, los compuestos que aparecen a
continuación. Utiliza Naftaleno, Antraceno o Fenantreno como sustancias de partida y cualquier reactivo orgánico
o inorgánico que necesites.
NO2 COMe
NO2
CH2CH3
CMe3
SO3H
(1)
(3)
(2)
MeOC
Me
CHO NO2
(4)
(5)
13.7 Explica cuál de los dos productos que aparecen en las reacciones siguientes será el mayoritario. Indica los
reactivos que son necesarios en cada caso para llevar a cabo cada una de las transformaciones.
Secuencia 1:
OMe
OMe
OMe
+
COMe
COMe
Secuencia 2:
NO2
CO2Et
CO2Et
CO2Et
+
NO2
XIII
375
Secuencia 3:
NMe2
NMe2
NMe2
+
Br
Br
Secuencia 4:
NHCOMe
NHCOMe
NHCOMe
+
SO3H
SO3H
Secuencia 5:
COMe
Et
COMe
COMe
Et
+
13.8 Diseña una síntesis que permita obtener, con un rendimiento aceptable, los productos que aparecen a
continuación:
a) p-Nitroisopropilbenceno
b) m-Bromoacetofenona
c) 1-Etil-4-nitronaftaleno
d) 1-Feniletanol
e) Ácido 8-bromo-1-naftalensulfónico
Puedes utilizar cualquier producto inorgánico, pero únicamente las siguientes sustancias orgánicas:
Benceno
Naftaleno
Metanol
Etanol
Isopropanol
Ácido acético
13.9 El 6-Metil-2-nitronaftaleno se somete a una reacción de sustitución electrófila con ácidos nítrico y sulfúrico.
Explica de forma clara y concisa cuál será el producto mayoritario que se obtiene: el 7-Metil-1,3dinitronaftaleno o el 3-Metil-1,7-dinitronaftaleno.
13.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
1) Mg
C6H6
Br2
[Fe]
2)
A
O
3)H3O+
OH
1)Mg
B
SOCl2
C
2)HCO2Et
1)H3O+
D
1) ?
2)H3O+
C6H5
C 6H 5
XIII
376
Secuencia 2:
1)Mg
?
Zn-Hg
?
HCl(conc.)
A
MeCOCl
?
B(C12H16O)
1)NaBH4
C
2)PBr3
2)CO2
1)H3O+
"Brufen"
(antirreumático)
Me
O
Me
13.11 La Difenadiona es un anticoagulante que ha sido utilizado en Suramérica para controlar la población del
murciélago vampiro.
O
CO CH
O
Difenadiona
Diseña una síntesis de la Difenadiona empleando únicamente los siguientes compuestos orgánicos: Benceno,
1,2-Bencenodicarboxilato de dimetilo (éster dimetílico del ácido o-ftálico), Metil-litio y LDA. Puedes utilizar
cualquier sustancia inorgánica.
13.12 ¿Cómo llevarías a cabo las síntesis que aparecen a continuación? Puedes utilizar todos los productos
orgánicos o inorgánicos que necesites.
Síntesis 1:
OH
HO2C
varios pasos
HO
HO
H
HO
H
N
Me
Me
Me
salbutamol
(fármaco para el tratamiento del asma)
Síntesis 2:
CMe3
CMe3
varios pasos
Br
XIII
377
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO
6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD
RESPUESTA 6.1
A(1)
+
(1−α)
ΔpKa = log Keq = log
B(2)
B(1)
(1−α)
α
α2
2
(1−α)
= log
+
A(2)
α
α2
0,92
=
log
= 1,9
(1−α)2
(1−0,9)2
RESPUESTA 6.2
_
C6H5_O + H3O+
C6H5_OH + H2O
pKa 10
C6H5_OH + CH3_CO2
Keq = 2 x 10-12
pKa -1,7
_
_
C6H5_O + CH3_CO2H
Keq = 6,3 x 10-6
pKa 4,8
_
C6H5_O + NH4+
C6H5_OH + NH3
Keq = 0,2
pKa 9,24
_
C6H5_O + Me2NH2+
C6H5_OH + Me2NH
Keq = 5,0
pKa 10,7
C6H5_OH + MeO
C6H5_OH + Me3CO
_
C6H5_O + MeOH
_
pKa 15,2
_
C6H5_OH + NH2
_
RESPUESTA 6.3
_
C6H5_O + Me3COH
pKa 19
Keq = 109
_
C6H5_O + NH3
pKa 36
Keq = 1026
+
O H
O
R C NH2
+
H3O+
pKa 1,7
R C NH2
+
H2O
Keq = 16
pKa -0,5
+
O H
O
R C OH
Keq = 1,6 x 105
+ H3O+
R C OH
+ H2O
Keq = 5 x 10-5
pKa -6
RT-6,7
378
+
O H
O
R C OH
H 3O +
+
R C OH
+
H2O
Keq = 5 x 10-5
+
H2O
Keq = 5 x 10-6
pKa -6
+
O H
O
R C OR'
+
H3O+
R C OR'
pKa -7
+
O H
O
R C R
H 3O +
+
R C R
+
Keq = 2,5 x 10-6
H 2O
pKa -7,3
+
O H
O
R C H
+
H 3O +
R C H
+
Keq = 5 x 10-9
H 2O
pKa -10
RESPUESTA 6.4
Reacción 1:
_
CH3_NO2 + CH3_CO2 Na+
_
CH2_NO2 + CH3_CO2H + Na+
pKa 4,8
pKa 10,2
_
ΔG0 = 1,36 ΔpKa
= -1,36 (4,8 - 10,2) = 7,3 > 0
Keq = antlog
_
ΔG0
1,36
= 4,3 X 10-6
(la reacción no es útil)
Reacción 2:
_
CH2_CO2Et + NH3 + Na+
_
CH3_CO2Et + NH2 Na+
pKa 36
pKa 23
_
ΔG0 = 1,36 ΔpKa
= -1,36 (36 - 23) = -17,7 < 0
Keq = antlog
_
ΔG0
1,36
= 1,0 X 1013
(la reacción sí es útil)
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS
RESPUESTA 7.1
Apartado 1:
Br
CH3
CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3
CH CH3 (g)
ΔG 0T = −6.51 − [14.99 + ( −12.73 )] = −8.77 kcal / mol
CH3
CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3
CH2 CH2Br (g)
ΔG 0T = −5.37 − [14.99 + ( −12.73)] = −7.63 kcal / mol
El primer equilibrio está más desplazado a la derecha que el segundo (mayor variación negativa de energía libre)
RT-6,7
379
Apartado 2:
⎛ ΔG 0 ⎞
⎟
K eq. = ant log ⎜ −
⎜ 4.6 T ⎟
⎝
⎠
(Tema 7, p. 6, 22)
Br
CH 3
CH CH 2 (g) +
HBr (g)
CH CH 3 (g)
CH 3
⎛ ΔG 0 ⎞
⎟ = ant log ⎛⎜ 8770 ⎞⎟ = ant log 6.3977 = 2.50 × 10 6
K eq. (1) = ant log ⎜
⎜ 4.6 T ⎟
⎝ 4.6 × 298 ⎠
⎝
⎠
CH3 CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3 CH2 CH2Br (g)
⎛ ΔG0 ⎞
⎟ = ant log ⎛⎜ 7630 ⎞⎟ = an log 5.5661 = 3.68 × 10 5
K eq. (2) = an log ⎜
⎜ 4.6 T ⎟
⎝ 4.6 × 298 ⎠
⎝
⎠
Apartado 3:
K eq. (1) =
[2 − bromopropa no ]
[propeno ][HBr ]
K eq. (1)
K eq. (2)
=
K eq. (2) =
[2 − bromopropano] = 2.50 × 106
[1 − bromopropano] 3.68 × 105
[1 − bromopropa no ]
[propeno ][HBr ]
= 6.79
[2 − bromopropa no] = 6.79 [1 − bromopropa no]
% (2-Bromopropano) = 6.79 % (1-Bromopropano)
(1-bromopropano) = 12.83 % (2-bromopropano) = 87.17 %
% (2-Bromopropano) + % (1-Bromopropano) = 100
Apartado 4:
¿Por qué no se obtiene nada de 1-bromopropano?
(
)
(
)
El 2-bromopropano ΔG0f = −6.51 kcal / mol es más estable que el 1-bromopropano ΔG0f = −5.37 kcal / mol Si se deja
tiempo suficiente para que la reacción alcance el equilibrio, la mezcla resultante tendrá el 87.17 % de 2-bromopropano y el
12.83 % de 1-bromopropano (la reacción está sometida a control termodinámico) Cuando los productos se aíslan antes
de alcanzarse el equilibrio, el producto mayoritario será el que se forma más rápidamente (la reacción está sometida a
control cinético)
¿Por qué el 2-bromopropano se forma más deprisa que el 1-bromopropano?
RESPUESTA 7.2
1
CH3
CH3
C
+
CH CH3
Cl
CH3 Cl
_
CH3
CH3
CH3
CH3
C
CH3
CH CH2
2
1
CH3
2
CH3
C
CH CH3
CH3
[carbocatión secundario]
HCl
C
+
CH2 CH2
CH3
[carbocatión primario]
3-Cloro-2,2-dimetilbutano
Cl
CH3
_
CH3
C
CH2 CH2Cl
CH3
1-Cloro-3,3-dimetilbutano
(no se obtiene)
RT-6,7
380
En el carbocatión secundario tiene lugar la transposición de un anión metilo:
Me
CH3
C
transposición
CH CH3
+
CH3
CH3
+
C
CH3
Cl
CH CH3
_
CH3
CH3
[carbocatión secundario]
Cl
CH3
C
CH CH3
CH3
[carbocatión terciario]
2-Cloro-2,3-dimetilbutano
RESPUESTA 7.3
Reacción del (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno con HCl:
Se obtiene una mezcla de dos racémicos del 3-cloro-3,4-dimetilhexano: (1) y (4) ; (2) y (3)
Comprueba que partiendo del diastereoisómero (E) del 3,4-dimetil-3-hexeno se obtiene la misma mezcla de reacción.
H
Cl
1
4
1
H
1
+
Me
Cl
_
Me
Et
[1] (3S,4S)
Et
Me
Et
Me
Et
H
2
4
2
3
Me
Et
1
Cl
[2] (3R,4S)
Me
Et
3
Me
Et
HCl
Me
Et
(Z)
2
Me
Et
1
+
Me
_
Me
Et
[3] (3S,4R)
Cl
Et
2
H
3
H
1
Me
Et
Cl
4
Me
Et
2
Me
Et
4
3
2
Cl
H
[4] (3R,4R)
RESPUESTA 7.4
Alcohol terc-butílico
CH3
CH3
C
CH3
CH2
C
+
CH3
OH H
C
CH2
2-Metilpropano
CH3
C
+
H3O+
CH3
C
+
CH3
CH2
H
CH3
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
+ H2O
CH3
C
CH3 +
H3O+
OH
Alcohol terc-butílico
RT-6,7
381
1-Metilciclobutanol
H 2C
CH3
H 3C +
+
OH
CH3
CH3
H
Metilenciclobutano
CH3
+
CH3
CH3
H3O+
+
+
CH2
H2O
+
+
H3O+
1-Metilciclobutanol
CH2
+
OH
H2O
H
1-Metilciclobuteno
1-Metilciclobuteno
H3O+
CH3
H
+
H2O
H2O
Metilenciclobutano
OH
+
H3O+
1-Metilciclobutanol
1-Feniletanol
OH
C6H5 CH CH3
C6H5
+
CH CH3
C6H5
CH CH2
Feniletileno
(Estireno)
C6H5
CH CH2
H3O+
+
C6H5
+
CH CH3
+
H2O
H2O
OH
C6H5
CH CH3
+
H3O+
Feniletileno
2-Metil-2-butanol
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C CHCH3
+
CH3
CH3
C CH2CH3
OH
H3O
+
CH3
C CHCH3
+
H
2-Metil-2-buteno
CH3
H2O
C CHCH3 +
+
H
CH3
2-Metil-2-buteno
C CHCH3
H2O
CH3
CH3
C CHCH3
2-Metil-2-butanol
RESPUESTA 7.5
Reacción 1:
H
Cl
CH3
H
H
+
CH3
H
(carbocatión terciario)
Cl
_
Cl
CH3
1-Cloro-1-metilciclohexano
RT-6,7
382
Reacción 2:
5
1
4
6
1
Et
4
H
3
HCl
CH3
Et
H
+
H
H
2
Cl
CH3
(1R,3S)
1
3
1
5
Cl
6
Et
Me
2
(1)
_
3-Etil-1-metil-1clorociclohexano
2
H
5
(3S)-3-Etil-1-metilciclohexeno
Me
6
Et
4
(1S,3S)
1
2
3
Cl
2
H
(2)
3-Etil-1-metil-1clorociclohexano
Se obtiene una mezcla de dos diastereoisómeros: (1) (1R,3S) y (2) (1S,3S)
Reacción 3:
H
1
5
6
1
4
Me
3
HOH
CH3
H2SO4
H
+
H
2
H
Me
2
3
2
Me
trans 1,4-Dimetilciclohexanol
H2O
CH3
OH
1
Me
H
6
4
1
H
5
6
Me
1
4
2
(4R)-1,4-Dimetilciclohexeno
5
Me
3
2
OH
cis 1,4-Dimetilciclohexanol
Se obtiene una pareja de diastereoisómeros cis / trans del 1,4-dimetilciclohexanol
RESPUESTA 7.6
CH2
CH2
CH2
+
+
CH2 CH2
+
H3O+
CH3 CH2
+
CH2
CH3
+
H2O
CH2CH2CH3
dímero
CH2
+
CH2 CH2
CH2CH2CH3
+
CH2
...
CH2CH2CH2CH2CH3
trímero
+
CH2
CH
B:
H
CH2 nCH3
CH2
CH
CH2 nCH3
+
HB+
Polietieno
RT-6,7
383
RESPUESTA 7.7
(E)-2-Buteno:
Br
Br
1
Me
H
Me
[1] (2S,3S)
H
1
Br
H
+
1
Me
Br
_
2
1
H
H
Me
(E)
Br2
H
Br
[2] (2S,3R)
Me
H
Br
2
1
2
3
H
Me
Br
Me
H
1
Br
H
+
[3] (2R,3S)
_
Me
H
Me
2
Br
Me
3
2
2
Me
Me
H
Br
Me
H
3
2
H
Me
3
2
2
2
Br
Br
[4] (2R,3R)
Enantiómeros: (1) y (4) ; Forma meso: (2) = (3)
(Z)-2-Buteno:
Br
Br
2
1
H
Me
1
Br
1
+
H
Me
H
Br
_
H
Me
[1] (2R,3S)
Me
H
Br
2
2
2
Me
3
H
Me
1
Br
[2] (2R,3R)
H
Me
3
(Z)
H
Me
Br2
Me
2
H
H
Me
1
+
H
Br
Br
2
1
3
H
Me
Br
_
[3] (2S,3S)
Me
2
Br
2
Me
H
H
2
Me
3
2
Br
Br
[4] (2S,3R)
Se llega al mismo resultado que con el estereoisómero (E) Enantiómeros: (2) y (3) ; Forma meso: (1) = (4)
RT-6,7
384
RESPUESTA 7.8
Br
1
3
2
H
Me
2
1
Me
H
Me
Br2
H
Me
H
Me
Br
H
Me
H
2
Me
Br
Br
H
3
Me
(1) (2R,3S)
_
Br
H
Br
+
H
Me
H
Br
2
2
3
Br
2
Br
H
Me
H
3
Me
Br
Me
(2) (2S,3R)
El resultado es el mismo que si se parte del otro catión bromonio:
+
Br
H
Me
Me
H
RESPUESTA 7.9
A continuación aparece un esquema de la reacción entre XOH y los estereoisómeros (Z) y (E) de una olefina que tiene los
mismos sustituyentes unidos al doble enlace.
R
H
X
1
H
R
HO
+
X
A(1)
H
H
R
HO
_
R
1
2
X
2
H
H
R
XOH
H R
H
R
OH
A(2)
R
(Z)
H R
HO
1
H
R
1
2
H
H
R
X
A(2)
HO
_
R
X
+
R
H
OH
2
H
R
X
Enantiómeros: A(1) y A(2)
A(1)
RT-6,7
385
Para obtener una de las dos parejas de enantiómeros, a partir del estereoisómero (Z), sólo es necesario trabajar con uno de
los dos cationes halogenonio posibles.
Si la reacción se hace con el estereoisómero (E), hace falta emplear los dos cationes halogenonio, ya que cada uno de
ellos sólo da lugar a uno de los estereoisómeros de la otra pareja de enantiómeros:
H
R
X
1
R
H
HO
+
X
A(3)
H
R
R
HO
_
H
1
2
X
2
R
H
R
R H
H
R
XOH
OH
A(3)
H
(E)
R H
HO
1
H
R
1
2
H
R
R
X
A(4)
HO
_
H
X
+
R
H
OH
2
R
H
X
Enantiómeros: A(3) y A(4)
A(4)
Si en los esquemas anteriores R ≡ Me, los resultados son los siguientes:
H
H
Me
Me
ClOH
Me
H
3
H
Me
HO
(Z)
+
(2S,3S)-3-Cloro-2-butanol
Me
H
Me
H
(E)
ClOH
Me
H
HO
3
Me
H
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanol
3
2
H
Me
OH
(2R,3R)-3-Cloro-2-butanol
Cl
2
H Me
Cl
Cl
2
Me
HO
+
2
H
Me
3
H
Cl
(2R,3S)-3-Cloro-2-butanol
RT-6,7
386
RESPUESTA 7.10
Et
Br
Me
Et
HOBr
2
OH
Me
1
OH
Br
1
Et
2
+
2-Bromo-2-etil1-metilciclohexanol
Me
2-Bromo-1-etil2-metilciclohexanol
1
Et
Br
+
Br
HO
_
OH
Me
(1)
Me
Et
1
2
Br
2
Me
2
(1S,2S)
1
Et
HOBr
Et
(1R,2R)
2
1
OH
(2)
Me
3
OH
Me
1
3
HO
4
Et
_
(1S,2S)
2
Et
Br
(1)
Me
Br
+
4
Et
OH
2
(1R,2R)
1
Br
Me
(2)
Se obtienen los siguientes productos:
(1R,2R)
2-bromo-1-Etil-2-metilciclohexanol (1)
pareja de enantiómeros
(1S,2S)
(1S,2S)
2-bromo-2-Etil-1-metilciclohexanol (2)
pareja de enantiómeros
(1R,2R)
RESPUESTA 7.11
CH CH2CH3
1)RCO3H
2)H3O+
OH
CH CH2CH3
OH
1-(1-Hidroxipropil)ciclohexanol
RT-6,7
387
H
O
RCO3H
H
H3O+
H
Et
O+
Et
Et
H
H
+
O
H
HO 1
O
H
H
Et
+
Et
H
Et
H2O
OH
(1)(1S)
H 2O
H 2O
+
H
Et
O+
OH
H 2O
H
Et
1
H
O
H
Et
HO
(2)(1R)
H
RESPUESTA 7.12
O
O
Os
O
O
KOH
OH
H 2O
Et
2
1
Me
Et
Et
OsO4
(1S,2R)
OH
Me
(1)
Me
KOH
Et
H 2O
Et
O
O
1
Me
(1R,2S)
2
OH OH
(2)
Os
O
Me
O
Se obtiene una pareja de enantiómeros del 1-Etil-2-metil-1,2-ciclohexanodiol.
RESPUESTA 7.13
Reacción del (Z)-2-Penteno:
Me
H
2
1
H
H
Me
H
Et
(Z)-2-Penteno
RCO3H
H
Me
O
H
Et
H3O+
3
H
Et
HO
O+
H
OH
H
Me
H2O
(1)(2S,3S)
Et
1
HO
2
H
2
2
H
Me
Et
3
OH
(2)(2R,3R)
RT-6,7
388
Reacción del (E)-2-penteno:
O
O
Os
O
H
Me
H
Me
Et
KOH
H
H 2O
2
3
H
Me
OsO4
Et
OH
HO
O
H
Et
(2) (2R,3R)
H
(E)-2-Penteno
H
Me
O
O
O
Et
KOH
H
H2O
Me
H
Et
H
2
HO
Os
3
OH
(1) (2S,3S)
O
En los dos casos se obtiene la misma pareja de enantiómeros.
RESPUESTA 7.14
Las reacciones que conducen a los dos isómeros son reversibles. Los dos haluros de alquilo se ionizan fácilmente, debido a
que ambos originan un carbocatión estabilizado:
Cl
ClCH2
ClCH2
CH CH CH2
CH CH CH2Cl
2000C
2000C
ClCH2
+
_
CH CH CH2 + Cl
ClCH2
+
_
CH CH CH2 + Cl
Ahora, el carbocatión vuelve a reaccionar con el nucleófilo (Cl−) en condiciones de control termodinámico, ya que la
temperatura se ha elevado hasta 2000C. El resultado final es el mismo que si la reacción entre 1,3-butadieno y cloro
transcurre a 2000C.
RESPUESTA 7.15
ÁTOMOS CONJUGADOS
1
*
+*
*
*
OMe
*
H
(1)
2
2
* H
*
*
4
9
H
7
+
*
OMe
(2)
C6 H5
OMe
3
1
3
H+*
3
*
OMe
(3)
H
4
H
(4)
0
+ OMe
RT-6,7
389
Orden de estabilidad relativa: (1) > (2) >> (3) >>> (4)
La reacción transcurre a través del carbocatión (1):
+ H
1
C 6H 5
C 6H 5
H
+
OMe
1
C6H5
OMe
OMe
(adición 1,4)
(adición 1,2)
+
H
2
+ OMe
2
C 6H 5
C 6H 5
+
OMe
H
H
(adición 1,4)
(adición 1,2)
Adición 1,2: se obtiene 3-Bromo-1-fenil-4-metoxiciclopenteno
2
1
1
+
H
C 6H 5
2
Br
C 6H 5
Br
3
H
4
1
H
_
(trans)
OMe
(1)(3R,4R)
OMe
2
2
C6H5
H
3
H
4
1
Br
(cis)
OMe
(2)(3S,4R)
Br
2
1
1
+
OMe
C6H5
2
Br
C 6H 5
3
4
1
H
_
OMe
(cis)
H
(3)(3R,4S)
H
2
2
C 6H 5
H
3
OMe
4
1
Br
(trans)
H
(4)(3S,4S)
Se obtienen dos racémicos: (1) y (4) ; (2) y (3) Las cantidades de (1) y (4) son iguales porque ambos se obtienen en la
reacción del anión bromuro por el lado menos impedido del carbocatión. Lo mismo sucede con (2) y (3) que surgen de la
interacción por la cara más impedida. Por este motivo, el racémico [(1) + (4)] será mayoritario y el [(2) + (3)] minoritario.
RT-6,7
390
Adición 1,4: se obtiene 3-Bromo-3-fenil-5-metoxiciclopenteno
Br
1
1
1
+
Br
H
5
C6H5
H
C6H5
2
3
_
(trans)
OMe
4
(5)(3R,5R)
OMe
C6H5
2
1
2
H
5
3
2
Br
(cis)
OMe
4
(6)(3S,5R)
Br
1
1
1
+
Br
OMe
5
3
C6 H5
OMe
C6H5
2
_
(cis)
H
4
(7)(3R,5S)
H
C 6H 5
2
1
2
OMe
5
3
2
Br
(trans)
H
4
(8)(3S,5S)
Ahora se obtiene una mezcla de otros dos racémicos: (5) y (8) ; (6) y (7) Por la misma razón que antes, el racémico [(5) +
(8)] será el mayoritario.
Si la reacción se realiza a temperatura alta, está sometida a control termodinámico.
Producto mayoritario: mezcla de estereoisómeros [(1), (2), (3) y (4)] de la olefina más sustituida: 3-Bromo-1-fenil-4Metoxiciclopenteno [adición 1,2]
Si la reacción se realiza a temperatura baja, está sometida a control cinético.
Producto mayoritario: mezcla de estereoisómeros [(5), (6), (7) y (8)] de la olefina menos sustituida: 3-Bromo-3-fenil-5Metoxiciclopenteno [adición 1,4]
RESPUESTA 7.16
Cl
1
+
R C CH2
_
Cl
Cl
R C CH2
HBr
2
1
2
CH
C CH3
+
(1')
Cl
(1)
R C
R
+
R CH CH2
Cl
_
Br
R
C
CH3
Br
_
Br
Cl
R CH CH2Br
(1'')
HCl
1
+
R CH CH
_
Cl
Cl
R CH CH
Br
+
R CH2 CH Cl
Br
Br
R CH CH2Cl
HBr
(2)
2
_
Cl
+
R CH CH2
1
2
_
Br
R CH2 CHCl
RT-6,7
391
El carbocatión (1) es menos inestable que el (2) debido al grupo alquilo R (cesor de electrones) unido a él. El carbocatión
(2) no se forma o lo hará en cantidades insignificantes.
En la reacción con HBr se originan los carbocationes (1’) y (1’’) De los dos, (1’) es más estable que (1’’) debido a la
deslocalización de la carga entre los átomos de cloro y carbono.
+
: Cl :
: Cl :
R C CH3
R C CH3
+
El producto mayoritario de la reacción será el siguiente:
: Cl :
Br
R C CH3
+
_
Cl
R C CH3
Br
RESPUESTA 7.17
3,4-Hexanodiol
Retrosíntesis:
OH OH
CH3CH2
CH CH CH 2CH3
CH 3CH2
CH CH CH 2CH3
CH3CH2X
CH 3CH2
CH2
CH2
CH
CH
CH
C
C
CH 2CH3
CH
+
CH C :
_
Síntesis:
HBr
CH
CH
CH3CH2
_
Na+:NH2
0
-33 C
C
C
CH C :
CH2CH3
H2 C
_ CH3CH2Br
H2
CH3CH2
CH3CH2
[Pt]
H2
CH2
[Pt]
CH
C CH
CH CH CH2CH3
CH
1)Na+NH2-
CH3CH2
2)CH3CH2Br
C
C
CH2CH3
OH OH
1)OsO4
CH3CH2
2)H3O+
CH CH CH2CH3
3,4-Hexanodiol
(E)-3-Hexeno
La síntesis es idéntica a la anterior hasta llegar al 3-Hexino. Este compuesto se transforma en (E)-3-Hexino por reducción
con sodio en amoníaco líquido:
:
_
Na+:NH2
CH3CH2
C
C
CH2CH3
-330 C
CH3CH2
H
C
H
C
CH2CH3
(E)-3-Hexeno
RT-6,7
392
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO
RESPUESTA 8.1
O
Cl
O
R C O:
H
P
Cl
R C O:
P
+
R C
O
_
H
Cl
OH
R C O:
H
P
OH
OH
P Cl
_
H
OH
O
OH
OH
P OH
_
H
O P:
_
H O
OH
+
HO P OH
+
HO P OH
OH
R C Cl
OH
+
P:
HO P
OH
OH
HO P Cl
O
+
O
OH
H
+
Cl
R C Cl
O
Cl
HO P :
R C Cl
R C
Cl
Cl
O
+
O
Cl
PO3H3
PCl2
O
Cl
+
O
R C
OH
O
3 R C Cl
O
Cl
O
H
Cl
O
PCl3
3 R C OH
OH
+
H
O P:
OH
OH
OH
+
P H
OH
OH
O P H
+
O P H
OH
OH
_
OH
RESPUESTA 8.2
O
OH
O C CH3
+
O
N
CH3 CO O CO CH3
+
_
CH3 C O
+
+N
H
Me
N:
C
O
Me
O
O
+
N C Me +
C
O _
Me C O
O
[catión acilamonio]
O
OH
+
C N
Me
_
[adición]
+
O
H
O
C
Me
+
N
[eliminación]
+
O
O
C + :N
H
Me
RT-8,9,10,11
393
O
O
Me C O
+
:N
H
+
Me C O
+
N
H
[Acetato de fenilo]
RESPUESTA 8.3
COCl
CO2H
O
N
+
O
+
C O C
Cl
_
N+
H
_
O
N:
+
N
C Cl
C6H5
O
C
+ O
N C C6H5
Cl
C6H5
[catión acilamonio]
_
O
O
C OH
C
[adición]
+
N
O +
O
C O
C
H
+
N
C6H5
C6H5
_
O +
O
C O
C
H
C
H
C6H5
O +
O
O
C O
C
C
H
O
O +
C O
[eliminación]
+
N
+
:N
C6H5
O
O
C
+
N+
C6H5
H
N:
RESPUESTA 8.4
O
:NH2
HN C CH2CH3
O
+
CH3CH2 C O Me
:O
NH2 C O Me
CH2CH3
[adición]
+ MeOH
_
:O :
+
NH2 C O Me
CH2CH3
RT-8,9,10,11
394
_
:O :
H
+
O H
H O:
N
C O Me
N
C O Me
H
CH2CH3
H
CH2CH3
+
NH3
H2N
O
NH C CH2CH3 +
[eliminación]
NH C
O Me
+
+
MeO
_
CH2CH3
+
H2N
H
_
O_Me
NH2
+
MeOH
RESPUESTA 8.5
O
O
_
R C NH2 + HO
: O:
HO
NH2
_
HO C NH2
R
R
NH2
H___OH
HO C
R
[base]1
[ácido]1
[ácido]2
HO C
OH
___
NH2 H
OH
R
_
[base]2
+
NH3
+ HO
_
R
[base]1
H
HO C
+ HO
OH
R
OH
_
HO
+ NH3
_
:O:
[adición]
C NH2
_
O:
HO C
_
R C O
[ácido]2
[ácido]1
O:
HO C
R
+
NH3
[eliminación]
[base]2
:O:
HO C R
+ H2O + NH3
ácido
RT-8,9,10,11
395
:O :
R
C OH
:O :
_
HO
+
R
C O
_
+
H2O
anión del ácido
H3O+ (ácido fuerte: HCl)
:O :
R
+
C OH
H2O
ácido libre
RESPUESTA 8.6
Hidrólisis de la lactona:
H 3O +
O
H 2O
O
Ác. γ −hidroxibutírico
γ −Butirolactona
O
+ H3O
O
OH2
+
O H
H
+ O___H
[adición]
HO_CH2CH2CH2_CO2H
+
O H
+
O_ H
O_ H
:OH2
+
H___OH2
O_H
O_ H
O_ H
+
O___H
[eliminación]
O_ H
: OH2
C
O:
O:
O:
+
H
+ H2O
_
O: O H
+
H
_
O: O H
O OH
O
+ H2O
O
H
O:
+ H3O+
H
Ác. γ-hidroxipropiónico
Hidrólisis de la lactama:
O
N
_
HO
H2O
_
H2N_CH2CH2CH2CH2_CO2
anión del Ácido
δ−aminopentanoico
H
δ−Valerolactama
_
OH
OH
[adición]
O
O
N
N
H
_
OH
OH
H___OH
OH
NH
H
H___OH
+_
N H
OH
_
+ HO
H
RT-8,9,10,11
396
N_H
+
_
O___H
OH
_
O__H
[eliminación]
O
C
OH
_
O
OH
C
NH2
O
+ H2O
NH2
H
anión del Ácido
δ−aminopropiónico
RESPUESTA 8.7
1. Hidrólisis en medio ácido:
O
O
O
C__OH
H 3 O+
+ H 2O
C__OH
O
O
Anhidrido ftálico
H O
+
O__H
+
H__OH2
O:
:OH2
H O
[adición]
H
+
O__H
O
O
O
O:
O:
O:
H
+
O___H
H O
:OH2
H O
O_H
O
O
O:
O:
O_H
+ H2O
O
+
H___OH2
_
+O H
H O
H O
O___H
:OH2
C O
[eliminación]
+
+ H3O
O
C O
_
+O H
O H
2. Reacción con metanol en medio ácido:
O
O
O + MeOH
C__OMe
H3O+
C__OH
O
O:
+
H OH2
__
O
Me
+
O__H
O
O
O:
O:
: OMe
H
[adición]
H-O + O__H
O
O:
RT-8,9,10,11
397
Me
H O + O___H
HO
:OH2
O
O
O:
O:
MeO
O___H
MeO
O_Me
O_ H
O
+
H___OH2
+ H2O
_
+O H
OMe
:OH2
C
[eliminación]
O
+
+ H3O
O
C
_
+O H
O
OH
3. Reacción con metiIamina:
O
O
C__NHMe
H 3 O+
O + 2MeNH2
C__O
O
H
_
: O:
:NMe
O
+
MeNH3
O
H
O:
+
_
[adición]
+
N__Me
MeH_N
OH
H
O:
O
O:
O:
O___ H
MeNH
O_H
NHMe
:NH2Me
C O
[eliminación]
O
+
MeNH3
+
C O
:O
O_
RESPUESTA 8.8
O
R CH2
C OEt + :B
O
_
R CH
_
C___OEt
CO2Et
CH2R
_ :O :
R CH C OEt +
H _B
O
R CH C CH2
+
_
R + EtO
CO2Et
β−cetoéster
Se pueden formar dos aniones enolato:
CH 3_CO2Et
_
EtO
EtOH
_
CH2_CO2Et (1) (anión enolato del acetato de etilo)
RT-8,9,10,11
398
C6H5CH2_CO2Et
_
EtO
EtOH
_
C6H5_CH_CO2Et (2) (anión enolato del fenilacetato de etilo)
1. Reacción del enolato (1) con acetato de etilo:
O
_
EtO2C CH2
_
O
[adición]
C OEt
EtO2C CH2
CH3
O
[eliminación]
CH3
C
CH3
_
C CH2 CO2Et
+ EtO
3-Oxobutanoato de etilo
OEt
2. Reacción del enolato (1) con fenilacetato de etilo:
O
_
EtO2C CH2
[adición]
EtO2C CH2 C CH2 C6H5
C OEt
CH2
_
O
C6H5
O
[eliminación]
_
C6H5CH2 C CH2 CO2Et + EtO
4-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
OEt
3. Reacción del enolato (2) con acetato de etilo:
O
_
EtO2C CH
_
O
[adición]
C OEt
EtO2C
CH3
C6H5
O C6H5
[eliminación]
CH3
CH
C
C6H5
OEt
CH3
C CH
_
CO2Et
+ EtO
2-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
4. Reacción del enolato (2) con fenilacetato de etilo:
_
EtO2C CH
C6H5
O
_
O
[adición]
EtO2C CH
C OEt
C6H5
CH2C6H5
O C6H5
[eliminación]
OEt
_
CO2Et + EtO
C6H5CH2 C CH
CH2C6H5
C
2,4-Difenil-3-oxobutanoato de etilo
RESPUESTA 8.9
Reacción 1:
_
C6H5 CH2_CO2Et
C6H5_CH2_CO2Et + EtO
_
+ H CO2Et
1)EtO
_
2)H3O+
O
O
_
C6H5 CH C OEt
_
C6H5 CH C OEt
(1)
O
O
_
EtO
C
C6H5
CH
O
C OEt
H
[adición]
EtO
C
C6H5 CH
O
C
H
_
+ EtOH
(2)
_
OEt
[eliminación]
O
C6H5
CH C H
_
+ EtO
CO2Et
(2)
RT-8,9,10,11
399
Reacción 2:
CH3 CH CO2Et
CH3
CH3
O
_
Na+ NH2
CH3
EtO C OEt
A
NH3 (liq.)
CH3 O
_
CH CO2Et + NH2
C
_
CH3
CH3 O
C OEt
CH3
C
_
+ NH3
C OEt
(A)
O
O
_
O
EtO C
[adición]
H3C C
C OEt
H3C C
CH3
O
EtO C
OEt
_
CH3 O
[eliminación]
C
CH3
OEt
C
_
C OEt
+ EtO
CO2Et
CH3 OEt
(A)
Reacción 3:
CH3
C 6H 5
Me
C6H5
LDA
CH CO2Et
CH CO 2Et + LDA
C6H5
B
Me
O
C_
C OEt
CH3COCl
Me O
C6H5
C
_
C OEt
+ HN(CHMe2)2
(B)
O
EtO C
C6H5
O
_
C
Me
Cl
C
O
Cl
EtO C
[adición]
C6H5
Me
C
C
Me
Me
O C6H5
[eliminación]
_
O
CH3
C C CO2Et
_
+ Cl
Me
RESPUESTA 8.10
Reacción 1:
H
H
CO2Et
Me
_
EtO
Me
CH2_CO2Et
EtOH
O
A
H 3 O+
Me
Me
+ CO2
(68 %)
H
Me
H
H
CO 2Et
Me
CH2__CO2Et
EtO
_
EtOH
H
O
H
_
O
C__OEt
C___ OEt
_
CH__CO2Et
CH__CO2Et
H
RT-8,9,10,11
400
O
H
H
H
C
O
+
H3O
CH__CO2Et
O
Q
+ CO2
CO2H
H
β-cetoácido
Reacción 2:
CO2Me
O
CH
CH2CH2
CH
CH2CH2 CO Me
2
CO2Me
MeONa
MeO2C
MeOH
CO2Me
O
CO2Me
(60 %)
CO2Me
3
4
CH
5 CH
2
CH2CH2
6
MeO2C
CO2Me
7
MeO2C
CH2CH2 CO Me
2
7
Hα
CO2Me
MeO2C
_
CH
_ CO2Me
___
CH
C
6
MeO
OMe
MeONa
MeOH
5
CO2Me
O
HC
CO2Me
2
CH
O
MeO C
Hα
3
4
MeO2C
C
_
CO2Me
HC
C___OMe
CH
O
O_
O
MeO2C
CO2Me
O
Reacción 3:
CO2Et
N
O
(CH2)4__CO2Et
1)EtO
_
2)H3O+
N
(27 %)
O
EtO C
N
O
CO2Et
H2C
EtO C
EtONa
EtOH
N
CO Et
_ 2
C H
O
_
EtO
N
RT-8,9,10,11
401
O
O
CO2Et
O
CO2H
H3O+
Q
N
N
+ CO2
N
9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO
RESPUESTA 9.1
Mecanismo SN1:
I*
1
1
Me
H
I
H
C6H13
C6H13
+
*I
Me
_
2
Me
H
Me
C6H13
(2R)
(2S)
H
C6H13
(2R)
2
I*
Supongamos:
100 moléculas (R) al principio
20 moléculas se sustituyen, dando [10(R) + 10(S)]
Ahora existen 80(R) + [10(R) + 10(S)]; desde el punto de vista de la actividad óptica es como si quedaran 80 moléculas (R).
El poder rotatorio aparente ha disminuido un 20 % después del 20 % de sustitución.
velocidad de sustitución = velocidad de racemización
Mecanismo SN2:
Me
Me
*I
_
* I ..... ..... I
I
H
C6H13
Me
H
*I
C6H13
(2R)
C6H13
_
I
H
C6H13
+ I
_
(2S)
H
H
I*
Me
(2S)
C6H13
+ *I
I
_
.....
Me
(2R)
Supongamos:
100 moléculas (R) al principio
20 moléculas se sustituyen, dando 20 (S)
RT-8,9,10,11
402
Ahora existen [80(R) + 20(S)]; desde el punto de vista de la actividad óptica es como si quedaran 60 moléculas (R).
El poder rotatorio aparente ha disminuido un 40 % después del 20 % de sustitución.
velocidad de sustitución = 2 velocidad de racemización
RESPUESTA 9.2
H
(BrCH)C3
1
C5(CHH)
Br
5
6
H
Br
1
(1R)
Br
2
OH
_
HO
4
5
6
H
1
SN2
H
3
2
3
H
Br
(CHH)C5
3
4
OH
trans (1R,3R)
trans (1S,3S)
C1(BrCH)
H
(3R)
RESPUESTA 9.3
CH3
C 6H 5 C
CH CH2Cl
SN 1
CH3
C6 H5 C
+
CH CH2
HO
CH3
_
C6H5 C
CH CH2OH
3-Fenil-2-buten-1-ol
CH3
C6H5 C
CH CH2
_
HO
OH
CH3
C6H5 C
+
HO
CH CH2
2-Fenil-3-buten-2-ol
C6H 5
+
CH CH2
HO
C6H5
CH3
_
CH3
2
CH=CH2 (2R)
2
CH=CH2 (2S)
CH3
C6H5
HO
RESPUESTA 9.4
Reacción 1:
La reacción no es válida; el equilibrio está desplazado hacia la izquierda:
CH3CH2OH + NaOH
pKa 17
_
CH3CH2O Na+
+ H2O
Keq = 0,05
pKa 15,7
Reacción 2:
La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado a la derecha (eliminación de H2):
2CH3OH + 2Na
_
2CH3O Na+
+ H2
RT-8,9,10,11
403
Reacción 3:
La reacción no es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la izquierda:
_
Me3C_O + NH4+
Me3C_OH + NH3(liq.)
Keq = 1,7 x 10-10
pKa 9,24
pKa 19
Reacción 4:
La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la derecha:
_
2Me2CH_O Na+ + H2
_
2Me2CH_OH + 2Na+ H
Keq = 3 x 1018
pKa 35
pKa 16,5
RESPUESTA 9.5
H
O+
O
Me
H
Me
Me
Me
+ H3O+
H
Me
Me
+ H2O
H
O+
H
Me
Me
Me
Me
Me
OH
Me
Me
H
Me
Me O +
+
Me_O_H
H2O
Me
Me
OH
H
Me
OH
+ H3O+
H
Me
MeO
H
RESPUESTA 9.6
MeO___H
: O:
Me
_
: O:
H
H
Me
Me
Me
Me
_
MeO
Me
HO
OMe
Me
Me
H
Me
_
+ MeO
OMe
RESPUESTA 9.7
CH3CH2
Me
Cl
CH O :
S
H
O
CH3CH2
Me + Cl
CH O S
CH3CH2
+
CH O S
H Cl
Cl
Me
CH3CH2
Me
_
O:
+
CH O S
H
CH3CH2
+ Cl
H Cl
Me
O
_
O
CH O S
Cl
O
+
N H
+
Cl
N:
Me
CH3CH2
CH
Cl
_
Cl
O
S
O
CH3CH2
CH CH3
+
Cl
_
+ SO2
Cl
RT-8,9,10,11
404
Reacción global:
OH
CH3CH2
Cl
+
+ SOCl2
CH CH3
CH CH3 +
CH3CH2
N + Cl
N
_ + SO2
H
RESPUESTA 9.8
Me
CH3
CH CH2 NH2
Me
MeI
CH CH2 NH Me
CH3
MeI
Me
CH3
Me
CH CH2 N Me
Me
MeI
CH3
Me
+
CH CH2 N Me
Me
Me
Me
+
CH CH2 N Me
Me
CH3
CH3
HO
_
C
CH2
Me
CH3
Me
_
+
CH CH2 N Me HO
Me
Me
+
N Me
Me
_
HO
_
I
Q
Me
CH3
C
+
CH2
NMe3 + H2O
Me
H
β
RESPUESTA 9.9
O
_
_
O
OH
_
HO
OH
N Pr
OH
O_ H___OH
N Pr
O
H___OH
OH
OH
HO
N Pr
HO
_
+ HO
H
OH
HO
_
HO H O
O
OH
C_OH
Pr
+
N
NH__Pr
H
OH
HO
+ H2O
OH
O
O
_
C_O
C_OH
NH__Pr
HO
OH
Pr
+
N
OH
HO
_
+ 2HO
OH
HO
N Pr H___OH
HO
OH
OH
NH2__Pr
+
HO
OH
RT-8,9,10,11
_
I
405
O
_
CO2
_
C O
+
NH2__Pr
_
HO H O
+
CH3CH2CH2__NH2
CO2H
OH
_
CO2
+ HO
_
CO2
_
+ H2O
_
CO2
CO2H
RESPUESTA 9.10
Me
MeO
N C
_
Me
OMe
S N2
Br
_
Br
+
NC
H
H
Me
Me
MeO
Br
NC
H
OMe
H
(R)
(R)
La sustitución de Br por CN hace cambiar las prioridades relativas de los grupos. Hay inversión de la configuración, pero la
configuración absoluta no varia.
RESPUESTA 9.11
CH2
CH2
HOCl
K2CO3
HO_CH2_CH2-Cl
H2C
1)EtMgBr
CH2
2)H3O+
O
HCl
CN
CH3CH2_CH2CH2_Cl
_
H4AlLi
CH3CH2_CH2CH2_CN
CH3CH2_CH2CH2OH
CH3CH2__CH2CH2_CH2NH2
Pentilamina
Síntesis del bromuro de etilmagnesio:
CH2
CH2
CH3_CH2Br
+ HBr
Mg
CH3_CH2_Mg_Br
Et2O
RESPUESTA 9.12
Me
H 2O +
O
_
HO
(2S)
_
H
_
O
O
Me
Me
enolato
La reacción es reversible; el agua reacciona con el anión enolato regenerando la cetona:
O
_
Me
Me
O
+ HO
_
H
(2S)
RT-8,9,10,11
H___OH
406
HO___H
H
O
_
Me
O
+ HO
_
Me
(2R)
RESPUESTA 9.13
Reacción 1:
La reacción está sometida a control cinético; el LDA extrae de forma preferente el hidrógeno del Cα menos sustituido:
H
O
LDA
H
C6H5CH2
H
00 C
H
O
O
_
H
C6H5CH2
+
C6H5CH2
H
O
_
+
H
H
(enolato mayoritario)
(enolato minoritario)
(A)
(B)
H
250C
CH3____I
O
C6H5CH2
H
_
O
C6H5CH2
H
_
C6H5CH2
H
H
_
O
H
C6H5CH2
+ I
Me
(A)
_
(76 %)
2-Bencil-6-metilciclohexanona
_
O CH2C6H5
CH3
____
O
0
I
CH2C6H5
25 C
Me
(B)
+ I
_
(6 %)
2-Bencil-2-metilciclohexanona
Reacción 2:
La reacción está sometida a control termodinámico; el anión terbutóxido (Me3CO¯) extrae preferentemente el hidrógeno del
Cα más sustituido:
H O
C__Me
CH2CH2CH2__Br
O
O
_
Me3C_O
_
C__Me
_ C__Me
CH2CH2CH2__Br
CH2CH2CH2__Br
enolato termodinámico
(más estable)
RT-8,9,10,11
407
O
_
COMe
C__Me
CH2
C
____
_
Br
+ Br
(90 %)
Reacción 3:
La reacción está sometida a control cinético; el LDA extrae preferentemente el hidrógeno del Cα menos sustituido:
O
O
O
C__Me
_
C__CH2
LDA
-600C
CH2CH2CH2__Br
C
_
CH2
CH2CH2CH2__Br
CH2CH2CH2__Br
enolato cinético
(menos estable)
O
_
O
C CH2
_
+ Br
Q
CH2____ Br
(80 %)
RESPUESTA 9.14
Reacción 1:
_
_
O Li+
O
H
O
LDA
0
O
O
CH2____Br
O
O
CH2_CH
O
CH2
THF ; -78 C
CH CH2
enolato de
la lactona
lactona del Ácido
4-hidroxibutanoico
(B)
(90%)
Reacción 2:
_
O
O
O Li
H
LDA
O
O
THF ; -780C
lactona del Ácido
5-hidroxipentanoico
_
O
+
(C)
O
CH2____Br
C
CH
CH2_C
O
CH
(D)
enolato de
la lactona
RT-8,9,10,11
408
RESPUESTA 9.15
_
CO CH2
EtO
Br
_
_
CO CH
EtOH
CO2Et
_
CO2Et
__
__
_
CH2 (CH2)2 CH2 Br
CO__C_
CO2Et
Br
CO2Et
CO2H
_
1)HO (dil.)
CO
_ CO
2
CO
+
2)H3O , Q
CO
RESPUESTA 9.16
Reacción 1
CH3CH2__CO2H
EtOH
H3O+
CH 3CH2__CO2H
CH3
CH3CH2
CO CH CO2Et
CH3
CH3CH2
CO C
_
CO2Et
EtO
CH3CH2__CO2Et
CH3
CH3CH2
EtOH
SOCl2
CO CH CO2Et
CH 3CH2__COCl
_
O CH3
O CH3
NaH ; Et2O
CH3CH2
C C
_
CO2Et
CH3CH2
CH3 O
O
C CH2CH3
CH3CH2
C CH2CH3
CO C
CO2Et
Cl
CH3 O
CH3CH2
_
CO C
C CH2CH3
_
CO2H
Q
CO2
C
C
CO2Et
1)HO- (dil.)
2)H3O+
CH3
CH3CH2
CO CH CO CH2CH3
Reacción 2
Retrosíntesis:
β
β
C6H5_CH2__CO__CH2_C6H5
α
C6H5_CH2__CO__CH_C6H5
β -cetoéster
Síntesis:
C6H5_CH2_CO2Et
β
CO2Et
C6H5_CH2__CO2Et
α
_
EtO Na+
EtOH
+ C6H5_CH2__CO2Et
α
_
C6H5__CH__CO2Et
RT-8,9,10,11
409
CO2Et
_
CH
C6H5
CO2Et
O
C CH2
C6H5
C6H5
CH CO CH2
C6H5
_
CO2
_
HO (dil.)
C6H5
CH CO CH2
C6H5
OEt
H3O+
CO2H
C6H5
CH CO CH2
Q
_ CO
C6H5
C6H5
2
CH2 CO CH2
C6H5
Reacción 3
Retrosíntesis:
β
C6H5
CH3
CO CH
CO2Et
C6H5
β
α
CO
CH2 CO2Et
β
C6H5__CO2Et + CH3_CO2Et
β-cetoéster
α
α
Síntesis:
_
EtO Na+
CH3_CO2H
_
EtO2C CH2
EtOH
O
O
C C6H5
EtO2C CH2
C C6H5
_
CH2__CO2Et
_
1)EtO
_
HO (dil.)
CH3
C6H5
2)IMe
CO CH CO2Et
OEt
C6H5
CH3
_
CO CH CO2
H3O+
CH3
C6H5
CO CH CO2H
_
Q
CO2
C6H5
CO CH2
CH3
RESPUESTA 9.17
Síntesis de E:
CO2H
CO2Et
C2H5OH
Me
H3O+
CO2H
SOCl2
CH2
Me
CO2H
CO2H
CO2Et
Me
_
CO2Et
CH2
C O
Cl
CH2
COCl
(A)
CO2Et Cl
_
C O
COCl
(B)
β
O
EtO2C
1)HO-(dil.)
Me
2)H3O+
O
EtO2C
(C)
Q
-2CO2
Me
HO2C
O
O
HO2C
β
(D)
Me
O
O
(E)
RT-8,9,10,11
410
El grupo éster del β-cetoéster F puede estar unido a C2 o C4 en E; en ambos casos se obtiene ácido 5-ceto-3metilhexanoico
O
2
Me
CO2Et
CO2H
CO2H
_
1)HO (conc.)
Me
2)H3O+
_
CO2H
O
Me
Me
O
O
β
(F)
Q
CO2
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
(G)
2-Etoxicarbonil-5-metil1,3-ciclohexadiona
β
O
Me
EtO2C
Me
+
2)H3O
4
O
O
_
1)HO (conc.)
O
CO2H
Q
_
Me
CO2
CO2H
CO2H
β
(G)
(F)
Me
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
4-Etoxicarbonil-5-metil1,3-ciclohexadiona
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN
RESPUESTA 10.1
CH3 OH
CH3CH2 CH CH CH CH
2
3
H3 O +
Me
Et
+
OH2
Me
_H O
2
CH CH Et
Et
+
CH Et
C
Me
Et
C
CH Et
:
H2O :
H
(Z) + (E)
Todos los estereoisómeros del sustrato (un alcohol en el ejercicio) originan una mezcla de las olefinas Z y E.
Estereoisómeros (3R,4R) y (3S,4R)
:
Me
Et
:OH
4
3
Et
H
Et
H
Me
Et
_H O
2
H
Et
Et
H
+
: OH2
:
H
H
H3O+
Me
Et
Me
H2O:
H
+
Et
_ H O+
3
H
(1)
Me
Et
Et
H
(E)
(mayoritario)
(3R,4R)
:
Me
Et
:OH
4
3
H
Et
H
+
: OH2
H
Et
Me
Et
_H O
2
:
H
H3O
+
Me
Et
H2O :
+
H
Et
(2)
H
_ H O+
3
H
Me
Et
(Z)
Et
(minoritario)
(3S,4R)
Me
Et
H
Et
H
RT-8,9,10,11
411
El carbocatión (1) origina el estereoisómero (E), que será el mayoritario, ya que las interacciones Et / Me y Et / H dan lugar a una
conformación con menor contenido energético que (2) (impedimento estérico entre los grupos Et / Et y Me / H)
Estereoisómeros (3S,4S) y (3R,4S)
Et
Me
H
Et
H
:
Et
Me
: OH
3
H
Et
H
H
Et
H
Et
Me
_
H2O
+
H
Et
:
4
H3 O
+
+
: OH2
Et
Me
H2 O :
H
(3)
_
H3O+
Et
Me
(E)
(mayoritario)
H
Et
(3S,4S)
:
Et
Me
: OH
3
4
Et
H
H
_
Et
Me
H2O
Et
:
H
H
H3O+
+
: OH2
Et
Me
H2O :
H
+
_
H 3O +
Et
H
(4)
Et
Me
(Z)
Et
H
(minoritario)
(3R,4S)
Et
Me
Et
H
H
Cualquiera de los cuatro estereoisómeros del alcohol da lugar a la misma mezcla de diastereoisómeros de la olefina.
RESPUESTA 10.2
Br
El radical CH3-CH- no interviene en la reacción y lo designamos por R; la configuración del carbono asimétrico en los productos
*
finales será la misma
que en el estereoisómero de partida.
Enantiómero (2R,3R) del 2,3-dibromopentano:
Me
H2
Br
4
1
B:
Br
Me
3
R
H
H
R
(2R,3R)
H1
H2
H2
E2
H
2
H
H
Me
R
(Z)
H
2
Me
3
4
Me
Br
H
(Z)(4R) [minoritario]
1
Me
H
Br
4
B:
2
H
3
R
H
H
1
R
Br
Me
H2
H
E2
Me
H
1
R
H
(E)
Me
2
H
3
H1
4
Me
H
Br
(2R,3R)
(E)(4R) [mayoritario]
RT-8,9,10,11
412
Enantiómero (2R,3S):
H2
Me
Br
4
1
B:
Me
Br
H2
Me
3
H
H
R
H
(2R,3S)
H1
E2
2
H
R
Me
R
H
(E)
H
2
H2
3
4
Me
Br
H
(E)(4R) [mayoritario]
1
Me
H
Br
2
H
H
B:
H1
3
4
R
H
H1
Br
Me
H2
E2
R
Me
R
1
H
H
(Z)
2
H
Me
3
4
Me
Br
H
(2R,3S)
(Z)(4R) [minoritario]
Enantiómero (2S,3S):
Me
H2
Br
4
1
B:
Br
Me
3
H
H
R
H
(2R,3S)
H1
Me
H
2
E2
R
2
H
R
Me
H
(E)
H
2
H2
3
4
H
Me
Br
(E)(4S) [mayoritario]
1
Me
H
Br
4
B:
2
3
H
H
R
H1
H
H1
Br
Me
H2
E2
R
Me
R
1
H
H
(Z)
2
H
Me
3
4
Me
Br
H
(2R,3S)
(Z)(4S) [minoritario]
Enantiómero (2S,3R):
Me
H2
Br
4
1
B:
Me
3
R
H
Br
H
R
(2S,3R)
H1
H2
H
2
E2
H
2
H
H
Me
R
(Z)
H
2
Me
3
4
H
Me
Br
(Z)(4S) [minoritario]
Me
H
1
Br
4
B:
3
2
H
R
H
H1
R
H1
Br
Me
H2
H
E2
Me
H
1
R
H
(E)
2
H
Me
3
4
H
Me
Br
(2S,3R)
(E)(4S) [mayoritario]
RT-8,9,10,11
413
(2R,3R) 2,3-Dibromopentano
o
(2R,3S) 2,3-Dibromopentano
(E)(4R) 4-Bromo-2-penteno [mayoritario]
+
(Z)(4R) 4-Bromo-2-penteno [minoritario]
E2
(2S,3S) 2,3-Dibromopentano
o
(2S,3R) 2,3-Dibromopentano
(E)(4S) 4-Bromo-2-penteno [mayoritario]
+
(Z)(4S) 4-Bromo-2-penteno [minoritario]
E2
RESPUESTA 10.3
Apartado 1
La pareja de enantiómeros (2R,3R) y (2S,3S) :
Me
H
Zn
I
2
E2
3
Me
Et
H
I
Me
Et
H
H
I
2
I
Zn
H
H
H
Et
H
(Z)
E2
3
Me
A (2S,3S)
A (2R,3R)
E2
E2
Me
H
I
Br
3
2
Et
H
I
_
Et
H
Br
Me
3
SN2
H
2
Br
H
A (2R,3R)
I
Zn
Br
3
2
Me
3
H
Me
A (2S,3S)
B (2S,3S)
H
Et
Br
_
SN2
H
Et
I
Et
(Z)
2
Br
Zn
B (2R,3R)
Apartado 2
La pareja de diastereoisómeros (2S,3S) y (2R,3S) :
Me
H
Me
H
OH
3
1
2
H
Me
Et
(2S,3S)
H
Me
H
3
Et
Br
+
3
2
H
Me
Et
1
Me
H
HBr
SN1
3
Br
H
_
Me
H
NH3
3
SN2
Me
H
Me
3
2
2
H
Me
2
Et
OH
Br
Me
H
NH3
NH2
3
SN2
2
H
Me
Et
(2S,3S)
B(2R,3S)
(2R,3S)
NH2
(2R,3S)
A(2S,3S)
2
Me
2
Et
Me
Et
H
Apartado 3
Los tres estereoisómeros dan lugar a reacciones E2 estereoespecíficas.
Br
CH3
Z
Z
R CH CH R
Br
CH CH CH3
H
R
E2
Br
CH3
Z
CH
C CH3
Z
R CH CH R
R
(R,R) o (S,S)
E2
Z
(Z)
H
R
E2
R
(R,S)
Z
(E)
RT-8,9,10,11
414
Estereoisómero (2R,3R):
B:
H
H
2
Me
Br
H
Me
Me
H
3
Br
(2R,3R)
H
Me
Br
Br
Me
Br
E2
(Z)
Me
[estereoespecífica]
Me
H
:B
H
H
Me
H
2
3
Br
Me
Br
Me
E2
H
Br
Br
Me
Br
(Z)
Me
(2R,3R)
Estereoisómero (2S,3S):
B:
Me
H
H
2
H
H
Me
3
Br
Br
Me
(2S,3S)
E2
Me
Me
Br
Me
Br
Br
(Z)
H
[estereoespecífica]
Me
H
:B
H
H
H
Me
2
3
Me
Br
Br
Br
Br
E2
H
Me
Me
Me
(Z)
Br
(2S,3S)
Estereoisómero (2R,3S):
B:
Me
H
H
2
Me
Br
H
H
Me
3
Br
(2R,3S)
Me
Me
Br
Br
Me
Br
E2
(E)
H
[estereoespecífica]
Me
H
H
H
Me
H
2
Br
:B
3
Me
Br
Br
Br
Me
E2
Me
H
Me
(E)
Br
(2R,3S)
RT-8,9,10,11
415
11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
RESPUESTAS 11.1
y 11.2
El mecanismo de la reacción de hidrólisis de un acetal es el mismo que el de su formación, pero escrito al revés. La
formación del acetal transcurre en los mismos pasos (1-7) que su hidrólisis (1’-7’) El primer paso de la formación (1)
corresponde al último de la hidrólisis (7’) y el último de la formación (7) al primero de la hidrólisis (1’)
1 Formación:
+
H___OH2
O
+
O
OH2
H
7’ Hidrólisis:
+
O
H
: OH2
+
H___OH2
O
2 Formación:
: O__H
+
O
H
+ __
: O CH2CH2OH
HO__CH2CH2OH
H
6’ Hidrólisis:
: O__H
+
O
__
: O+
CH2CH2OH
H
HO__CH2CH2OH
H
3 Formación:
H2O:
: O__H
: O__H
+
: O__CH2CH2OH
__
: O CH2CH2OH
+
H2O
H
H
5’ Hidrólisis:
+
H2O
4
: O__H
:O__H
: O__CH2CH2OH
+
:O__CH2CH2OH
H2O:
H
H
Formación:
H
: O:
H
+
H___OH2
: O__CH2CH2OH
+
:O H
OH2
: O__CH2CH2OH
RT-8,9,10,11
416
4’ Hidrólisis:
H
+
:O H
H
: OH2
: O:
: O__CH2CH2OH
+
H___OH2
: O__CH2CH2OH
5 Formación:
+
:OH2
: OH2
+
: O__CH2CH2OH
: O__CH2CH2OH
3’ Hidrólisis:
OH2
+
OH2
+
:O__CH2CH2OH
: O__CH2CH2OH
6 Formación:
HO CH2
H
+
:O
CH2
O
CH2
+
O
CH2
2’ Hidrólisis:
H
+
:O
HO CH2
CH2
+
O
O
CH2
CH2
7 Formación:
H2O:
+
H2O
H
H
+
:O
CH2
:O
CH2
O
CH2
O
CH2
1’ Hidrólisis:
+
H2O
H2O
H
H
:O
CH2
+
:O
CH2
O
CH2
O
CH2
RT-8,9,10,11
417
RESPUESTA 11.1
+
H___ OH2
O
:O__H
OH2
+
O
1
2
H
3
+
: O__CH2CH2OH
HO__CH2CH2OH
H2O:
H
H
+
H___OH2
: O:
3
+
: OH2
4
__
HO CH2
OH2
5
: O CH2CH2OH
O
: O CH2CH2OH
+
H2O
H
H2O:
6
+
:O
CH2
O
CH2
6
+
OH2 +
__
7
CH2
H
:O
CH2
O
CH2
acetal
RESPUESTA 11.2
H2O
H2O
H
:O
CH2
O
CH2
1
H
+
:O
OH2
CH2
O
2
:O__CH2CH2OH
CH2
H
+
:O H
3
: OH2
: O__H
5
6
__
: O+
CH2CH2OH
__
__
: O CH2CH2OH
: O CH2CH2OH
+
H2O
6
+
H__OH2
:O__H
4
3
+
+
O
H
H2O:
H
: OH2
HO__CH2CH2OH
7
O
H
+
H___OH2
Ciclohexanona
Etilenglicol
RESPUESTA 11.3
Si no se protege el grupo carbonilo de la cetona (pKa 19) la reacción con amiduro sódico (pKa 36) dará lugar a una mezcla
de su enolato y del carbanión alquinilo (R-C≡C:−) (pKa 26):
_
NH 2
H
CH 2
CO CH2CH2
C CH
_
:CH 2
CO CH2CH2
C CH
+
NH3
RT-8,9,10,11
418
El enolato de la cetona reaccionará con otra molécula de cetona a través de una reacción de condensación (Tema 6, p. 1)
Es necesario proteger previamente el grupo carbonilo.
La secuencia de reacciones es la siguiente:
O
CH3
CO CH2CH2
O
_
NH2
C CH
O
C C:
CH2CH2
CH3
HOCH2CH2OH
H3O+
CH2CH2
CH3
H3O+
O
_
CH3
O
CH3___I
CO CH2CH2
CH3
C
C CH3
C CH
_
NH2
O
CH2CH2
C C CH3
+ HOCH2CH2OH
RESPUESTA 11.4
En este caso se trata de proteger los dos grupos OH a la vez, formando el acetal con acetona:
CH2OH
O
CH3
+
O
C
CH2OH
CH3
CH2__O
O
CH2__O
CH3
C
CH3
1)t-BuO
2)ICH3
diol protegido
O
O CH3
O
H3O+
O CH3
HOCH2
CH3
CH2OH
RESPUESTA 11.5
_
O
O
N:
H___OAc
H O:
+
N
H
AcO
_
H___OAc
N
H
+
: OH2
N
AcO
_
N
+
H2O + AcOH
H
RT-8,9,10,11
419
RESPUESTA 11.6
:B
O
_
_
O (enolato)
N
(enamina)
+
O
N
CH3___I
I___CH3
H
+
N
O
CH3
CH3
enamina alquilada
cetona alquilada
Hidrólisis de la enamina alquilada:
+
HO___H
: OH2
+
N
:OH2
: OH
N
CH3
+ H3O+
N
CH3
Keq 2
pKa -1,7
CH3
pKa -2
: OH
: OH
+
N
N
H2O__H
+
N H
+
H
+
:O
CH3
CH3
CH3
:OH2
H
+
H O
O
+ H3O+
CH3
CH3
Keq 2x105
pKa -1,7
pKa -7
RESPUESTA 11.7
1
NC
H
Me
_
O
H 3O +
H
Me
1
H
Me
C
O
NC
OH
H 3O +
HO2C
OH
(2S)
OH
(2R)
H
Me
_
NC
2
Me
H
_
O
2
NC
H 3O +
Me
H
OH
NC
H3O+
Me
H
HO2C
Se obtiene un racémico (mezcla equimolecular de los estereoisómeros 2R y 2S)
RT-8,9,10,11
420
RESPUESTA 11.8
HC
CHO
_
+
C Na
HC
_
O Na+
_
NH3(liq.)
+
C Na
HC
+
Na
NH3(liq.) ; -330 C
CH
__
CH
CH C
-330 C
OH
H3O+
CH__C
CH
1-Fenil-2-propin-1-ol
(65 %)
+
O
_
+
C Na
CH3 C
_
O Na+
NH3(liq.)
-330 C
C
OH
H3O+
C CH3
C
C CH3
(1-Propinil)-1-ciclohexanol
RESPUESTA 11.9
Síntesis del 2-Butanol:
Mg
CH3CH2Br
__
CH3__CHO
__
CH3CH2 Mg Br
O MgBr
CH3
CH CH2
H3O+
CH3
OH
CH3
CH CH2
CH3
2-Butanol
CH3Br
Mg
__
CH3CH2__CHO
__
CH3 Mg Br
O MgBr
CH3 CH2
CH CH3
H3O+
OH
CH3 CH2 CH
CH3
2-Butanol
Síntesis del 3-Metil-3-hexanol:
O
Mg
CH3CH2Br
__
Pr
__
Et Mg Br
C Me
O MgBr
C
CH3CH2CH2
CH3
H3O+
OH
CH3CH2CH2
CH2CH3
C
CH3
CH2CH3
3-Metil-3-hexanol
O
CH3Br
Mg
__
Pr
__
Me Mg Br
O MgBr
C Et
CH3CH2CH2
C
CH2CH3
H3O+
OH
CH3CH2CH2
CH3
C
CH2CH3
CH3
3-Metil-3-hexanol
O
CH3CH2CH2Br
Mg
__
__
Pr Mg Br
Et C Me
O MgBr
CH3CH2
C
CH3
CH2CH2CH3
H3O+
OH
CH3CH2CH2
C
CH3
CH2CH2CH3
3-Metil-3-hexanol
RT-8,9,10,11
421
RESPUESTA 11.10
O
_
O
Et
O MgBr
[adición]
O
Et
O
+
MgBr
[eliminación]
O
Et
Et
O MgBr
O MgBr
O__MgBr
O
O MgBr + Et__MgBr
Et
OH
Et
H3O+
O MgBr
Et
Et
OH
Et
5-Etil-1,5-heptanodiol
RESPUESTA 11.11
Trifenilmetanol
Retrosíntesis:
C6H5
C6H5
O
C OH
C6 H 5
O
C C6H5
C6H5
O
C OEt
C6H5
C OH + EtOH
C6H5
O
C6H5
C OH
C6H5__Br
C6H5 MgBr
C6H6 + Br2
Síntesis:
C6H5__CO2H
EtOH, H3O+
CO2
C6H6
Br2
[Fe]
C6H5__Br
Mg
C6H5__MgBr
1)C6H5CO2Et
2)H3O+
O
C6H5
C C6H5
OH
1)C6H5MgBr
C6H5 C C6H5
2)H3O+
C6H5
Trifenilmetanol
1-Butanol
Retrosíntesis:
O
CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2MgBr
+
CH2
O
Mg + CH3CH2Br
CH2
+
R C O OH
peroxiácido
CH2
CH2
+ BrH
Síntesis:
O
CH2
CH2
+
R C O OH
peroxiácido
O
RT-8,9,10,11
422
CH2
HBr
CH2
Mg
CH3__CH2Br
H3O+
CH3CH2__CH2CH2__OMg
CH3CH2__CH2CH2__OH
1-Butanol
O
2,3-Dimetil-2-butanol
Retrosíntesis:
C CH + H2O
CH3
OH CH3
CH3
C
O
CH CH3
CH3
CH3 C CH3
CH3 CH MgBr
+
CH3
CH3
CH3 CH Br
CH3
CH CH2
CH3
C CH
Síntesis:
C CH
CH3
H2
[Pd]
CH3
O
CH3
C CH
H2O
CH3
[Hg2+]
CH3
HBr
CH CH2
H
C
O
CH3 CH MgBr
OH CH3
1)Me2CHMgBr
CH3 C CH3
CH2
CH3
Mg
CH3 CH Br
CH3
2)H3O+
enol
C
CH CH3
CH3
2,3-Dimetil-2-butanol
RESPUESTA 11.12
Síntesis 1:
CH2OH
HC C CH CH2OH
O
O CH3
BrMg C
O CH3
H3O
H
O CH3
C
C
OH
CH3
CH
O CH3
CH
H3O+
O CH3
OH
CH3
EtMgBr
HC C
+
1)CH3CHO
_
2)Cl NH4+
C
O CH3
H2SO4
CH3 C CH3
+
O
C
C CH2 CH2OH +
CH3
C CH3
Síntesis 2:
Me
COCH3
+
Br
HOCH2__CH2OH
TsOH
Q
O
O
Me
O
O
1)CH3CHO
Li
Br
HTF
Li
2)H3O+
RT-8,9,10,11
423
Me
O
O
CO__Me
CO__Me
H3O+
O
CH__CH3
CH__CH3
OH
OH
TsOH
CH__CH3
O
O
OH
OH
__ __
__ __
C Me
Me C C
Me C C
1)MeC C MgBr
2)H3O
H3O
+
C Me
+
+
CH__CH3
CH__CH3
O
OH
THP
O
RESPUESTA 11.13
C6H5
CH3
1)MeMgI
CH CHO
*
2)H3O+
C6H5 OH
CH3
CH
*
CH CH3
*
H
H
C6H5
CHO
Me
C6H5
CHO
Me
(2S)
(2S)
Regla de Cram
Conformación más favorecida en relación con el grupo carbonilo:
O
Me
H
Me
O
H
C6H5
H
el carbonilo está situado entre los
grupos pequeño (H) y mediano (Me)
C6H5(H)
(2S)
1
Me
H
O
Me
2
H
OMgX
H
OH
H3O
+
H
Me
C6H5
H
Me
(I) (mayoritario)
Me
C6H5
IMgMe
1
C6H5(H)
2
Me
OMgX
H
Me
H
C6H5
OH
H3O
+
Me
H
Me
H
(II) (minoritario)
C6H5
RT-8,9,10,11
424
H
Me
OH
H
3
H
Me
C6H5
H
Me
Me
OH
2
Me
OH
H
3
Me
C6H5
C6H5
H
H
(2S,3S) (mayoritario)
H
Me
OH
Me
OH
C6H5
(I)
H
3
Me
Me
C6H5
2
H
2
Me
2
3
Me
H
OH
H
(2R,3S) (minoritario)
C6H5
(II)
Estereoisómero mayoritario: (2S,3S)-3-Fenil-2-butanol (I)
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO
RESPUESTA 12.1
_ H
O
H
Me
_
H
Et
O
H
carbanión del
propanal
Me
O
Me
CHO
H
Me
H
_O
Et
_ H
O
Et
H 2O
(2R,3S)
CHO
H
CHO
H
2
HO
(2S,3R)
3
H
HO
Et
H
H 2O
Et
3
(2S,3S)
2
H
CHO
H
CHO
Me
H
CHO
H
2
Me
Me
_
Et
3
Me
Et
O
H
CHO
H
CHO
H
HO
H 2O
Et
O
carbanión del
propanal
Et
Et
Me
H
CHO
H
Me
H 2O
CHO
2
(2R,3R)
3
H
_O
Et
H
HO
Et
RT-8,9,10,11
425
RESPUESTA 12.2
Reacción 1:
Me
O
CH3
EtO2C
Me
_
HO
Me
O
_O
CH2
EtO2C
_
H____OH
EtO2C
O
Me
OH
Me
Me
_
HO
O
_
O C
EtO2C
H3O+
OH
O
O
_
HO C
Me
CO2
Q
O
O
O
(60 %)
Reacción 2:
O
O
C
_
HO
CH3
_
O
_
CH2
C
O
H___OH
O
O
O H
Q
O
O
+ H2O
(72 %)
Reacción 3:
O
O
H
_
CO32
O
_
_
O
O
O
O
_
_
HO
H____OH
O
_H O
2
Q
O_H
(96 %)
CO2Et
CO2Et
Reacción 4:
CO2Et
EtO
O
Me
O
_
O
_
H2C
O
O
O_
H____OC2H5
RT-12,13
426
CO2Et
_EtO
CO2Et
_
_
O
Q
H2O
O
O_H
(66 %)
RESPUESTA 12.3
Reacción retroaldólica:
O
_
CH
CH
O
O
C CMe3
C
Me
MeO
_
O
H
+
Me
MeO
CH
C CMe3
anión enolato
El anión enolato de la cetona reacciona con el benzaldehido:
O
_
O
O
C
CH
H
Me
_
O
CH CH C CMe3
C CMe3
Me
RESPUESTA 12.4
Reacción entre dos cetonas distintas:
OH
R CO CH2
C
OH
R
y
R'
CO CH2
CH3
C
R'
CH3
Reacción entre dos aldehidos diferentes:
CHO
CHO
R CH CH CH2 R
y
R'
OH
CH CH CH2 R'
OH
Reacción entre un aldehido y una cetona:
OH
CHO
R CH CH CH2 R
OH
y
R'
CO CH2
C
R'
CH3
RESPUESTA 12.5
Reacción 1:
CH3
CH3
CH CH CHO
2-Hidroximetil-3-metilbutanal
CH2OH
(52 %)
RT-12,13
427
Reacción 2:
OH
CH CH2
O
H3O+
CO CH3
CH CH
O
CO CH3
4-(2-Furanil)-3-buten-2-ona
Reacción 3:
OH
OH
CH CH2
CO CH2
H3O+
CH
CH CH
CO CH
CH
1,5-Difenil-1,4-pentadien-3-ona
RESPUESTA 12.6
Reacción 1:
_
Me
_ O
Me
HO
_
O_
O
O
+
+
H2O H OH2
_
_
Me
Me
O
H3O+
Me
H
Me
_
Me
Me
O
3H2O
Me
H
OH2
+
Me
Me
Me
Reacción 2:
_
O
_
O
HO
_
+
H2O
_
O
_
_
O
O
H3O+
O
_
OH2
+
3H2O
H2O
+
Reacción 3:
O
_
O
CH3
_
CH3
O
CH3
O
NaOH
Q
_
O
O
_
O
CH3
H3O+
O
O
+
OH2
CH3
+
OH2
2H2O
O
CH3
O
CH3
O
CH3
Reacción 4:
O
C6H5
C6H5
O
_
O
O
_
C6H5
C6H5
O
NaOH
C6H5
C6H5
C6H5
C6H5
_O
O_
H3O+
O
C6H5
C6H5
C6H5
2H2O
C6H5
C6H5
C6H5
H2O OH2
+ +
C6H5
C6H5
RT-12,13
428
Reacción 5:
O
H3C
_
_
EtO
CO2Et
H3C
H
H3C
O
O
O
CO2Et
H3C
O
EtO
_
H2C_
H3C
H2O
H
O_
O
O
CO2Et
H
O
H2C
H3O+
2H2O
OH
_
EtO
CO2Et
CH3
OH2
+
OH2
+
O
O
H _
_O
H
H
H3C
H
O
H
CO2Et
H3C
OH
O
CO2Et
H2C
_
OH
H
CO2Et
CO2Et
CH3
CH3
CH3
CO2Et
H
H2O
¡anión enolato de un fenol!
RESPUESTA 12.7
O
CH3
O
_
C O
H
O
CH2 C O C CH3
O
O
_
CH2 C O C CH3
CH3CO2H +
anión enolato del anhidrido
O
O
O
_
CH3 C O C CH2
O
_
O
O
CH3 C O C CH2
C
H
HO
HO
O
_
CH3CO2
CH3CO2H
CH
O
OH
O
CH3CO2H
+ CH3 C O C CH2 CH
+
OH2
O
CH3 C O C CH2
CH
HO
HO
O
+
OH2
O
CH3 C O C CH
_
CH
H
C O
CH3
_
H2O
O
O
CH3 C O C CH
CH
HO
HO
O
Hidrólisis del anhidrido de ácido:
O
CH3 C O
O
C CH
H3O+
CH
HO
O
CH3CO2H
+
HO C CH
CH
HO
Ác. o-hidroxicinámico
RT-12,13
429
H3O+
C
O
[esterificación]
O
O__H OH
O
Cumarina
Ác. o-hidroxiinámico
RESPUESTA 12.8
Reacción 1:
CH3__CH2__NO2
CH3O
+
O
O
_
CH3__CH
_
_
CH3__CH__NO2
_
H___OCH3
CH3OH
O
OH
H3C
H3C
H3C
NO2
NO2
+
NO2
NO2
enol
Reacción 2:
CH3
MeO2C _
CH
CH
CH
CH CH
*O
_
O
MeO2C
C OMe
CH CH CH CH CH C OMe
*
*
MeO2C
MeO2C
CH3
MeO___H
MeO2C
CH3
*
MeO2C
O
_
CH CH CH CH CH C OMe
*
MeO2C
O
CH3
CH CH CH CH CH2 C OMe
*
MeO2C
Reacción 3:
OMe
OMe
OMe
EtOH
O
_
Me
CH2
_
O
Me
O
O
HO
enol
CH
CH3CH2
O
Me
O
O
OMe
OMe
OMe
EtO
_
Me
O
O
Me
_
O
_
O
EtOH
430
Me
HO
Me
_
H2O
EtO
Me
O
O
OMe
OMe
Me
Me
Me
_
EtOH
_
O
HO
O
O
Me
Me
_
_
O
OMe
H2C
Me
Me
O
Me
Me
enol
O
OMe
OMe
Me
EtO
O
OMe
Me
_
Me
EtOH
C
O
O
_
Me
H2C
O
O
_
O
OMe
OMe
Me
Me
_
EtOH
H2O
O
O
OH
RESPUESTA 12.9
Reacción 1:
_
O
O
OH
O
HNa
_
O
O
O
O
O
O
O
O
enol
_
O
O
_
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
enol
RT-12,13
431
Reacción 2:
CO2Me
Me
_
O
CO2Me
Me
O
O
CO2Me
Me
_
O
O
O
Reacción 3:
O
O
Me
Me
_
O___H
O
OH
_
Keq 5x105
H2O
+
pKa 15,7
pKa 10
O
O
Me
_
Me
O
O
___
H
_
Me
OH
H
_
+
H
O
HO
O
Reacción 4:
O
O
O
+
_
O__C__O
O
_
O
O
_
+
_
Keq 0,2
pKa 10,3
CO2Et
CO2Et
OH__C__O
pKa 11
O
_
_
O
O
_
CO2Et
O C O
H
H
CO2Et
O
O
O
O
CO32
+
_
CO2Et
Reacción 5:
O
O
_
CH2
O
LDA
_
COMe
O
O
COMe
COMe
Me
Reacción 6:
O
_
Me2HC
Me2HC
* _
N
:
O
*
C
N:
*
C
:
C
O
*
_
*
N:
*
Me2HC
RT-12,13
432
N:
C
H
O
t-BuOH
Me2HC
Reacción 7:
Me CO2Et
_
O
Me CO2Et
_
O
Me CO2Et
HO
O
O
HCl
O
enol
Me CO2Et
Me CO2H
O
H3O
O
Me
O
+
O
[hidrólisis]
O
Q
CO2
O
Reacción 8:
CO2Me
O
CO2Me
_
O
EtO
O
_
_
CO2Me
A(C10H14O3)
_
O
H3O+
O
O
HO
CO2Me
CO2Me
CO2Me
CO2Me
enol
Reacción 9:
C6H5
C6H5
C6H5
OH
_
O
HK
_
C6H5
C
O
_
O
C6H5
C6H5
C6H5
HK
O
_
OH
O
enol
RT-12,13
433
RESPUESTA 12.10
Reacción 1:
O
_
HO
O
Me
_
Me
OHC
Me
CHO
H2 C
Me
O
O
O
_
O C
Me
HO
H
Me
Me
Reacción 2:
Me
_
HC
C
_
O
Me
O
OH
CH C C Me
CH C C Me
O
O
C Me
O
Me
enol
Me
Me
Me
Me
LDA
O
C
O
Me
O
_
O
CH2
O
O
OH
Reacción 3:
CO2Et
CO2Et
O
_
O
CH C Me
CH2
CH2 CH C Me
O
_
CO2Et
+
Et3NH
OH
CH2
O
CH C Me
O
enol
CO2Et
CO2Et
CO2Et
CO2Et
Et3NH
O
C
O
C
Me
_
O
O
O
CH2
O
OH
RESPUESTA 12.11
Obtención de la β-ionona:
Me
Me
O
Me
CH
Me
_
CH2__CO__CH3
Me
O
_
__
CH CH2 COCH3
Me
Me
__
EtOH
Me
OH
CH__CH2__COCH3
_
H2O
Me
Citral
RT-12,13
434
Me
Me
CH
Me
CH COCH3
H3O+
H
Me
CH
+
Me
CH COCH3
Me
(A)
Me
Me
O
H
transposición
Me
O
Me
H2O
Me
Me
+ Me
Me
β-Ionona
Reacción de Darzens:
Me
O
Me
Me
O
Me Me
CH__CO2Et
Me
_
__
CH CO2Et
Me
_
O
Me Me
Me
Me
CH__CO2Et
Me
Cl
Cl
Me
EtO
Me
O
Me Me
_
O
Me
_
_
CH C O
H
Me
*
*
CO2
Me
_
CH___O *
Me
Me
Me
H
_
Me
Me
CHO
EtO
_
Me
Me
H
H
CHO
Me
Me
(B)
Síntesis de D:
HC
C
_
O
O
C CH CH2
CH3
HC
+
OH2
HC
C
_
C CH CH2
H2O
C
*
HC
_
C CH CH2
CH3
C
H3O+
*
+
*
C CH CH2
OH
HC
C
HC
CH3
CH3
C CH CH2
CH3
C
+
C CH CH2
H3O+
H2O
CH3
(C)
+
OH2
HC
C
C CH CH2
CH3
H2O
_
+
H3O
HC
C
C CH CH2OH
2C6H5MgBr
CH3
RT-12,13
435
BrMg C
C
C CH CH2O MgBr
CH3
(D)
Reacción entre B y D:
Me
Me
CH3
Me
+
CHO
BrMg C
C
C CH CH2O MgBr
Me
(D)
(B)
Me
Me
CH3
Me
C
CH
C CH CH2O MgBr
C
OMgBr
Me
Me
Me
CH3
Me
H3O+
CH
C
C
H
C
H
C
C CH CH2OH
OH
Me
Me
Me
Me
H2
CH
[Pd]
Me
Me
(CH3CO)2O
H
C
CH
H
C
Me
Me
H3O+
CH
O
C CH CH2O C CH3
H
C
H
C
CH3
O
C CH CH2O C CH3
_H O
2
OH2
+
Me
Me
Me
CH3
OH
Me
Me
C CH CH2OH
OH
Me
Me
CH3
O
Me
Me
CH2O C CH3
+
Me
Me
Me
Me
trasposición
Me
O
CH2O C CH3
+
Me
RT-12,13
436
Me
O
Me
Me
H
Me
CH2O C CH3
H2O
OH2
+
Me
Me
O
Me
Me
Me
CH2O C CH3
H2O
Me
acetato de vitamina A
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO
RESPUESTA 13.1
H
4'
-3a *
E+
4'
+ * -3a
* 3a
-a
*
a*
E
E
4'
* -2a
-a*
_ +
H
(δEπ)4' = −2β (3a +3a) = −12aβ = −1,95β
*
2a
a =1/ 38
b
*
* -b
-b *
-b *
E+
* 2b
-b
b*
4
*
H
_ +
H
(δEπ)4 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −1,60β
+ * -2b
E
4
4
E
b =1/ 14
-c
*
*
E+
5
4c *
-4c * +
H
-2c
5
*
* -2c
*
E
_ +
H
(δEπ)5 = −2β(2c + 4c) = −12cβ = −1,75β
* 2c
5
E
c =1/ 47
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)4' > (δEπ)5 >
(δEπ)4
Reactividades relativas: C4 > C5 > C4'
RT-12,13
437
RESPUESTA 13.2
CH3
CH3 +
δ
C CH2
δ−
Cl
CH3 +
δ−
δ
δ−
C CH2 .... Cl .... AlCl3
CH3
AlCl3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C
+
CH2
C
+
CH2
Cl
_
AlCl3
CH3
CH3
transposición
CH3
C
+
CH2
[carbocatión más estable]
CH3
CH3
CH3
Me
+ CH CH2CH3
Me
H Cl
Me
CH3
_
AlCl3
CH3 C CH2CH3
+
CH3
+ HCl + AlCl3
RESPUESTA 13.3
Reacción 1:
Me
Me
+
+ HSO3_OH
_
O SO3H
H
+
Me
Me
Me
H
_
HSO3_O :
Me
Me
Me
Reacción 2:
H
H
H
_
O SO3H
+
H
+
_
: O_SO3H
H
H
+ HSO3_OH
_
HSO3_O :
H
RESPUESTA 13.4
O
O:
O
AlCl3
O
O
+ _
O AlCl3
_
C O AlCl3
O
O
O
O
+
O
+ C CH2CH2
O
_
AlCl3
O
+
H
O
O
_
AlCl3
CO2H
+ AlCl3
RT-12,13
438
O
O
H
CO2H
C_Cl
CO2H
H
SOCl2
Zn-Hg / HCl
Q
Cl3Al
+ HCl + AlCl3
+
C=O
O
Cl
_
Cl3Al
+ H
O
O
Cl
RESPUESTA 13.5
Reacción 1:
H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
Me
*
Me
(84,3 %)
+
*
Me
* Me
_
SO3
H
SO3H
[dos Me en posiciones activas]
Me
+ * H
Me
H2SO4 + H2O
Me
98,4 %
*
Me
SO3H
_
SO3
(14,5 %)
[impedimento estéreo]
Me
* Me
[dos Me en posiciones activas]
Me
Me
Me
H2SO4 + H2O
Me
*+
H
98,4 %
(1,2 %)
*
SO3H
Me
Me
_*
SO3
[ningún Me en posicion activa]
Reacción 2:
Me
H2SO4 + H2O
Me
98,4 %
Me
Me
*
Me
Me
*
H
Me
*
+ Me
_
SO3
(75 %)
Me
SO3H
[dos Me en posiciones activas]
RT-12,13
439
Me
Me
Me *+
H
H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
Me
Me
*
(25 %)
Me
_
*
SO3
Me
HO3S
[un Me en posicion activa]
Me
Me
Me
H2SO4 + H2O
Me
Me * +
_
SO3
Me
SO3H
Me
H
98,4 %
*
* Me
(0,0 %) [impedimento estéreo]
Me
[dos Me en posiciones activas]
RESPUESTA 13.6
[ σ esencial ]
[núcleo al que se une el electrófilo]
[sustituyente C6H5]
Br
* H
*
*
+
*
*
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
[ σ esencial ]
Br
H
*+
+
[mayoritario]
Br
[minoritario]
*
*
[5 carbonos en el sistema conjugado]
+*
*
*
H
[mayoritario]
*
Br
*
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
Conviene fijarse en el catión arenonio resultante de la sustitución en m- está formado por dos sistemas conjugados
independientes que no interaccionan entre sí, ya que el enlace que les une es σ esencial:
[σ esencial]
*+
H
*
*
*
H
H
H
Br
[no se puede dibujar como doble]
[σ esencial]
[σ esencial]
Br
+*
*
[5 carbonos en el sistema conjugado]
*
Br
*
+*
X
*
Br
*
+*
[estructura electrónica no válida]
(dos electrones desapareados)
RT-12,13
440
El caso de la nitración es idéntico al anterior:
NO2
* H
*
*
*
[mayoritario]
+
*
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
[σ esencial]
*+
NO2+
H
NO2
[minoritario]
*
*
[5 carbonos en el sistema conjugado]
+
* H
*
*
*
*
[mayoritario]
NO2
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
RESPUESTA 13.7
a
*
-a *
-a *
E+
2
a*
* -a
H
2a +
2
*
Br
*a
*
-a
_ +
H
2
Br
(δEπ)2 = − 2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81β
a =1/ 11
E
+
[ σ esencial ]
-b
*
b*
3
*b
H
_ +
H
-b *
(δEπ)3 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β
3
* 3
2b + Br
Br
b =1/ 8
c
*
* -c
-c *
-c *
E+
c*
4
* 2c
-c * + -2c
*
H 4 Br
_ +
H
(δEπ)4 = − 2β (c + 2c) = −6cβ = −1,60 β
4
Br
c =1/ 14
RT-12,13
441
-d
*
*d
d*
4d
*
E+
* -2d
-4d -2d
*+
*
H 5 Br
5
_ +
H
(δEπ)5 = -2β(2d + 4d) = −12dβ = −1,75β
* 2d
5
Br
d = 1/ 47
E+
6
[ σ esencial ]
-e
*
e*
H
6
Br
*e
_ +
H
*
+ 2e * -e
(δEπ)6 = −2β(e + 2e) = −6eβ = −2,12β
Br
6
_ + Br
H
7
e =1/ 8
f
*
E+
7
Br
-f
-4f *
H +
7
*
*
-2f
* -f
* 2f
(δEπ)7 = −2β(2f + 4f) = −12fβ = −2,03β
* -2f
2f*
f =1/ 35
Br
8
E+
[ σ esencial ]
H
* -g
8
*+
-2g
*g
_ +
H
Br
8
(δEπ)8 = −2β(g + 2g) = −6gβ = −1,81β
*
-g
*
2g
g =1/ 11
3h
* Br
-3h
*
2'
*
h*
E+
-h *
2'
2'
3h * +
Br
H
* -2h
-h
_ +
H
(δEπ)2' = −2β(3h + 3h) = −12hβ = −1,95β
* 2h
h =1/ 38
i
Br
*
3'
3'
3'
-i *
[ σ esencial ]
_ +
H
+
E
Br
H
+* i
(δEπ)3' = −2β(i + i) = −4iβ = −2,31β
i =1/ 3
RT-12,13
442
H
4'
Br
Br
4'
-3j *
4'
+ * -3j
-j * 3j
E
j*
+
* -2j
*
-j *
_ +
H
(δEπ)4' = − 2β(3j + 3j) = −12jβ = −1,95β
* 2j
j =1/ 38
-k
Br +*
Br
5'
5'
H
* k
-k*
E
5'
[ σ esencial ]
_ +
H
+
(δEπ)5' = −2β(k + k) = −4kβ = −2,31β
k =1/ 3
3l *
+
Br
6'
* -3l
6'
6'
E+
H
-l
*
l*
-l *
Br
* 3l
* -2l
_ +
H
(δEπ)6' = −2β(3l + 3l) = −12lβ = −1.95β
* 2l
l =1/ 38
Cx
[C más reactivo]
4'
5'
3'
6'
2'
8
(δEπ) x (-β)
4
1,60
5
1,75
2
1,81
8
1,81
2'
1,95
4'
1,95
7
2
6'
1,95
6
3
7
2,03
3
2,12
6
2,12
3'
2,31
5'
2,31
5
[mínima inestabilidad]
4
[C menos reactivo]
[FPV]4 = 18 400
[máxima inestabilidad]
RT-12,13
443
RESPUESTA 13.8
El sustituyente (Me o NO2) lo designamos por Z:
H
-a
*
a*
-a *
1
NO2
Z
+ * -2a
b*
-b *
* 2a
a = 1/ 11 ; Q(2) = 4a2 = + 0,36
b = 1/
H
b
*
8
; Q(2) = b2 = + 0,12
2b
H +*
b
* Z
-b
*
7
NO2
O2N +
* -b
* 2b
8
a*
3
+
2b * NO2
6
b = 1/
-a
*
b
* Z
H
(δEπ)3 = −6bβ = −2,12β
(δEπ)1 = −6aβ = −1,81β
-b
*
-b
*
; Q(2) = b2 = + 0,12
*
b
b = 1/
(δEπ)6 = −6bβ = −2,12β
*
-a
H
4
2a
*
Z
+ * -2a -2a * +
NO2
H
(δEπ)5 = −6aβ = −1,81β
NO2
H
a
*
8
2a * +
(δEπ)7 = −6bβ = −2,12β
2.12
2.12
2.12
+0.12
+0.12
0.00
-a
* Z
a*
a = 1/ 11 ; Q(2) = a2 = + 0,09
8 ; Q(2) = 0,0
C3
C6
C7
* a
(δEπ)4 = −6aβ = −1,81β
*
-2a
+0.36
+0.09
0.00
0.00
*
-a
NO2
Z
a = 1/ 11 ; Q(2) = 0,0
*b
δEπ x (-β)
1.81
1.81
1.81
1.81
5
-a
*
11 ; Q(2) = 0,0
a = 1/
Z
*
-b
C1
C8
C4
C5
posición
2a
*
(δEπ)8 = −6aβ = −1,81β
Q(1)
8
1
5
4
Z
7
6
3
2-Metilnaftaleno (Z = CH3)
El sustituyente (Me) estabiliza el catión arenonio:
⎯ situación más favorable:
(δEπ) = -1,81β ; Q = +0,36 (sustitución en C1 ; producto mayoritario)
⎯ situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = 0,0
(sustitución en C7 ; producto minoritario)
Estos son los factores parciales de velocidad en la nitración del 2-Metilnaftaleno:
(FPV): C1 (347000) > C8 (3360) > C4 (3190) > C6 (2920) > C5 (1515) > C7 (240)
La nitración del 2-Metilnaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2-Metil-1-nitronaftaleno y 2-Metil-8-nitronaftaleno:
NO2
Me
1
HNO3
H2SO4
2
NO2
8
Me
2
Me
+
RT-12,13
444
2-Nitronaftaleno (Z = NO2)
El sustituyente (NO2) desestabiliza el catión arenonio:
⎯ Situación más favorable:
(δEπ) = -1,81β ; Q = 0,0 (sustitución en C4 o C5 ; productos mayoritarios)
⎯ Situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = +0,12 (sustitución en C3 o C6 ; productos minoritarios)
La nitración del 2-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2,5- y 2,8-Dinitronaftaleno:
NO2
NO2
2
HNO3
8
NO2
2
Me
+
H2SO4
5
NO2
RESPUESTA 13.9
Apartado 1:
Q = + 0,12
H
1
*
*
*
*
E
+ Me
Q = + 0,36
*
E
6
Me
Q = 0,00
H +*
Me
*
Q = 0,00
(δEπ)6 = −2,12β
(δEπ)1 = −1,81β
posición
* Me
*
*
(δEπ) x (-β)
C1
1,81
C6
2,12
Qx(Z)
Q2(Me) = +0,36
Q6(Me) = 0,00
Q2(Me) = +0,12
Q6(Me) = 0,00
Orden de reactividad que se predice: C1 > C6
(FPV): C1 (1x106) > C6 (6970)
Apartado 2:
Q = + 0,50
Me
*
E
E
*+ 2
*
H
*
* Q = 0,00
NO2
8
H
*
*+
*
Me
Me
*
*
NO2
Q = 0,00
Q = + 0,09
Q = 0,00
*
*
*
*
+*
H
E
3
NO2
Q = + 0,50
(δEπ)2 = −2,12β
(δEπ)8 = −1,81β
(δEπ)3 = −2,12β
RT-12,13
445
(δEπ) x (-β)
posición
C2
2,12
C8
1,81
C3
2,12
Qx(Z)
Q1(Me) = +0,50
Q4(NO2) = 0,00
Q1(Me) =
0,00
Q4(NO2) = +0,09
Q1(Me) =
0,00
Q4(NO2) = +0,50
Si el metilo está en una posición activa estabiliza el catión arenonio; con el grupo nitro sucede lo contrario.
Orden de estabilidad que se predice: C2 > C8 > C3
Me
8
2
[ C más reactivo ]
3
[ C menos reactivo ]
NO2
RESPUESTA 13.10
Secuencia 1:
NH2
HNO3
(MeCO)2O
N2+Cl
NH2
NHCOMe
NHCOMe
:B
H2SO 4
NO2
NaNO2
NaNO2
HCl
Cu
NO2
NO2
NO2
_
NO2
Secuencia 2:
CO2H
CO2H
CO2H
HNO3
CO2H
H2
H2SO4
NO2
NaNO2
Pd / C
NH2
CO2H
H3O
CuCN
_
N2+Cl
HCl
CO2H
+
CO2H
CN
Secuencia 3:
NH2
N2+Cl
NH2
Br
Br2
Br
NaNO2
Br
Br
Cl
CuCl
Br
Br
HCl
H2O
NO2
NO2
NO2
Cl
Sn
HCl
_
Br
NO2
Cl
Cl
Br
NaNO2
Br
Br
H3PO2
Br
Br
HCl
NH2
N2+Cl
_
RT-12,13
446
Secuencia 4:
Cl
Cl
Cl
NaNO2
Cl
H2
CuCN
HCl
Pd / C
N2+Cl
NH2
_
CN
CH2NH2
Secuencia 5:
CMe3
CMe3
CMe3
CMe3
HNO3
H2
NaNO2
H2SO4
Pd / C
HCl
H3O+
CuCN
N2+Cl
NH2
NO2
CMe3
CMe3
_
CO2H
CN
Secuencia 6:
Et
Et
CH3CH2Cl
HNO3
AlCl3
H2SO4
Et
Et
Et
NaNO2
Sn
HCl
H2O
H2SO4
NO2
N2+SO4H
NH2
_
OH
Secuencia 7:
NO2
NO2
HNO3
HNO3
H2SO4
H2SO4
NO2
NO2
Sn
HCl
Cl
NaNO2
HCl
NH2
Cl
_
Br
NaNO2
Sn
HCl
N2+Cl
_
N2+Cl
NH2
CuCl
NO2
NO2
CuBr
HCl
Cl
Cl
Secuencia 8:
NO2
N2+SO4H
NH2
HNO3
H2
NaNO2
H2SO4
Pd / C
H2SO4
OH
HNO3
NO2
OH
H2O
OH
OH
H2
NaNO2
Pd / C
HCl
NH2
_
OH
CuI
N2+Cl
_
I
RT-12,13
447
RESPUESTA 13.11
[C más reactivo]
+ _
N2Cl
O2 N
HO
OH
O2 N
+
N
N
cloruro de p-Nitrobencenodiazonio
Síntesis del cloruro de p-nitrobencenodiazonio:
NH_COMe
NH2
NH_COMe
HNO3
(MeCO)2O
_
+
N2Cl
NH2
NaNO2
:B
HCl, H2O
Acetanilida
NO2
NO2
NO2
RESPUESTA 13.12
H2N
Me
HCl, H2O
Me
Me
HO3S
H2N
_
+
N2Cl
_ +
Cl N2
NaNO2 (2eq.)
NH2
(A)
Me
SO3H
SO3H
HO
N
HO3S
+
N
+
N
Me
NH2
OH
N
Me
HO3S
SO3H
H2N
SO3H
HO
N
HO3S
N
N
Me
(B)
N
NH2
OH
Me
[colorante azul]
RT-12,13