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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA PROGRAMA DE QUIMICA SÍNTESIS ORGÁNICA LADY JOHANNA ROSERO CARVAJAL Autor JOHNNY ROBERTO RODRIGUEZ Acreditador DOSQUEBRADAS, RISARALDA 2012 1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El presente módulo fue diseñado en el año 2012 por la Química Lady Johanna Rosero Carvajal, tutora medio tiempo del CCAV Eje Cafetero, quien pertenece al cuerpo académico de la UNAD desde el primer semestre del 2011. Como novedades de este material es la presentación por unidades, capítulos y lecciones, que permite una fácil ubicación de temáticas específicas, según el interés del estudiante. Además, el componente práctico para los cursos teóricos de Química al final de cada unidad. Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes: • Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra). • No comercial. No puede utilizar esta obra para fines comerciales. • Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra derivada a partir de esta obra. • Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de esta obra. • Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del titular de los derechos de autor • Nada en esta menoscaba o restringe los derechos morales del autor. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA INTRODUCCIÓN El presente modulo está dirigido a estudiantes de programas de pregrado que oferta la UNAD, bajo la modalidad de educación superior a distancia. El material está estructurado en tres unidades que son las temáticas macro del curso académico. El contenido de cada una de las partes fue seleccionado, teniendo en cuenta los saberes mínimos que se esperaría debe alcanzar un estudiante de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia en el campo de Síntesis Orgánica. La propuesta permite que los estudiantes reconozcan los conocimientos mínimos del curso en mención, que le permita resolver situaciones propias del mismo y además, abordar posteriores temáticas que requieran de éstos conocimientos. De la misma manera, se proponen los fundamentos teóricos necesarios para abordar el componente práctico (prácticas de laboratorio), que son importantes en la medida que se requiere verificar principios y teorías; además, desarrollar habilidades propias de un curso metodológico. Para el mejor aprovechamiento de este material, se recomienda que el estudiante posea como conocimientos previos: química orgánica, como lo son: nomenclatura, propiedades fisicoquímicas de los compuestos orgánicos, isomería, hibridación, reacciones orgánicas. El modulo se caracteriza porque en cada lección se presentan ejemplos modelos del tema en estudio, al final de cada capítulo se exponen ejercicios; con respuesta, que permite a los estudiantes contextualizarse en diversas áreas del conocimiento, con el fin de fortalecer las temáticas propias del curso. 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Finalmente, el Material pretende servir como guía de aprendizaje autónomo, se recomienda apoyar este proceso por medio de lecturas especializadas, ayudas audiovisuales, visitas a sitios Web y prácticas de laboratorio; entre otros, así lograr una efectiva comprensión, interiorización y aplicación de las temáticas estudiadas. 4 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA INDICE DE CONTENIDO UNIDAD UNO: DESCONEXIONES Y REORDENAMIENTO NUCLEOFÍLICO CAPÍTULO UNO: Interconverción de grupo funcional IGF Lección uno: Introducción a la síntesis orgánica. Lección dos: Interconverción de alcanos. Lección tres: Interconverción de alquenos. Lección cuatro: Interconverción de alcohol. Lección cinco: Interconverción de grupo carbonilo. CAPÍTULO DOS: Desconexiones Lección seis: Análisis retro – sintéticos Lección siete: Sitones y equivalentes sintéticos Lección ocho: Operaciones usadas en retro – síntesis: Protección y desprotección de grupos funcionales. Lección Nueve: Desconexiones de enlaces Lección Diez: Criterios de desconexión. CAPÍTULO TRES: Reordenamiento Nucleofílico Lección Once: Reordenamientos para la síntesis de aldehídos y cetonas Lección Doce: Reordenamientos para la síntesis de ácidos carboxílicos Lección Trece: Reordenamientos para la síntesis de ésteres Lección Catorce: Reordenamientos para la síntesis de amidas sustituidas Lección Quince: Reordenamientos para la síntesis aminas primarias, carbamatos y ureas 5 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA UNIDAD DOS: HETEROCICLOS Y POLÍMEROS CAPÍTULO CUATRO: Heterociclos I Lección Dieciséis: Introducción y clasificación de los heterociclos Lección Diecisiete: Heterociclos Aromáticos Lección Dieciocho: Reactividad de Heterociclos Aromáticos Lección Diecinueve: Heterociclos de Cinco Miembros Lección Veinte: Heterociclos de Seis Miembros CAPÍTULO CINCO: Heterociclos II Lección veintiuno: Heterociclos de dos o más heteroátomos Lección veintidós: Síntesis de Heterociclos con Nitrógeno Lección veintitrés: Síntesis Heterociclos con Oxigeno Lección veinticuatro: Síntesis Heterociclos con Azufre Lección veinticinco: Importancia de los Heterociclos CAPÍTULO SEIS: Polímeros Lección veintiséis: Generalidades de Polímeros Lección veintisiete: Reacciones Poliméricas Lección veintiocho: Metátesis Lección veintinueve: Polímeros de origen natural 6 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA UNIDAD UNO DESCONEXIONES Y REORDENAMIENTO NUCLEOFÍLICO 7 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO 1 – INTERCONVERCIÓN DE GRUPO FUNCIONAL IGF LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN A LA SÍNTESIS ORGÁNICA Hay muchas razones para sintetizar una molécula en laboratorio a partir de precursores más simples. En la industria farmacéutica se diseñan y sintetizan moléculas orgánicas esperando que algunas sean buenas medicinas. En la industria química, la síntesis se lleva a cabo para llegar a rutas más económicas hacia compuestos conocidos. La ruta eficaz de síntesis es un trabajo muy creativo que, a veces se puede describir con términos subjetivos como elegante o bella. No hay secretos en la planeación de una síntesis orgánica, todo lo que se necesita es conocer las distintas reacciones. El único truco real es avanzar siempre en reversa en lo que se suele llamar dirección retrosintetica. No hay que buscar la materia primar y preguntarse que se podria obtener. En lugar de ello, se debe examinar el producto final para preguntarse cual fue el precursor inmediato de este producto. Uno de los metodos de vital importancia en el diseño de una sintesis se basa en el metodo de desconexiones e interconversión de grupo funcional (IGF) a continuación se realiacionan los mas importantes: LECCIÓN 2: INTERCONVERCIÓN DE ALCANOS ALCANOS IGF IGF IGF Alquenos Aldehidos Cetonas 8 IGF Halogenuros de Alquilo- RX UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 2.1. Alcanos IGF Alquenos Un alcano se puede desconectar a un alqueno, por interconversión de grupo funcional (IGF). Análisis H3C CH3 IGF H3C CH3 Síntesis Si se toma un alqueno y se le efectúa hidrogenación catalítica, se obtiene un alcano. Independiente de lo práctico o no de la reacción, lo interesante aquí es la transformación que puede sufrir la molécula. H3C CH3 H3C CH3 2.2. Alcanos IGF Aldehídos y cetonas Un alcano se puede desconectar a un aldehído o cetona, por interconversión de grupo funcional (IGF). 9 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Análisis O R IGF H R H O R IGF H R R 1 Síntesis La reacción de Wolff – Kishner es un método valioso para convertir una cetona o un aldehído en un alcano R2C=O R2CH2. Esta reacción consiste en tratar una cetona o un aldehído con hidrazina, H2NNH2, en presencia de KOH: - NH2 O + R R - H2NNH 2 1 R N OH H2O R 1 + 1 - H OH + C H3C R C 1 N N + H La perdida de nitrógeno, inducida por la base, produce un carbanión H H3C - R - H3C La hidrazona es protonada en el carbono para dar un intermediario neutro. + H2O N R R 1 H N R R N H N OH La base extrae uno de los protones ligeramente ácidos del - NH2 y se produce un anión hidrazona. Este anión tiene una forma de resonancia alílica que coloca la carga negativa sobre el cabono y el doble enlace entre los nitrogenos La reacción de la cetona o aldehído con hidrazina produce una hidrazona H3C N N - H El carbanión es protonado para dar un alcano neutro. Esta sería la molécula objetivo 10 H2O H2O H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 2.3. Alcanos IGF Halogenuros de Alquilo – RX Los alcanos se pueden convertir en un reactivo de Grignard y este a su vez se convierte en un halogenuro de alquilo. Análisis IGF CH2MgCl IGF Cl Síntesis Los órganohalogenueros, RX, reaccionan con el magnesio metálico en solvente de éter o de tetrahidrofurano (THF) y forman halogenuros organomagnesianos, RMgX. Estos productos, llamados reactivos de Grignard son ejemplos de compuestos organometálicos, porque contienen un enlace, carbono – metal Mg/ Et 2O CH2MgCl Cl H3O+ LECCIÓN 3: INTERCONVERCIÓN DE ALQUENOS ALQUENOS IGF IGF IGF IGF HALOGENUROS DE ALQUILO- RX ALQUINOS ALCOHOLES 11 DESHALOGENACIÓN DE DIHALUROS VECINALES UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 3.1. Alquenos IGF Halogenuro de alquilo – RX Los alquenos se convierte en halogenuros de alquilo Análisis IGF RCH2-CH2X RCH=CH2 Síntesis A través de una reacción de eliminación donde un nucleófilo (base de lewis) ataca un hidrogeno de la molécula y causa la eliminación de HX se puede sintetizar un alqueno. Como este tipo de reacciones produce mezclas de alquenos el químico ruso, Alexander Zaitsev formulo una regla en la que se expone que en las reacciones de eliminación inducidas por bases se suele producir el alqueno más sustituido (el más estable); esto es el alqueno con más sustituyentes alquilo en los carbonos del doble enlace. RCH2-CH2X KOH alcohol -HX RCH=CH2 Este tipo de reacciones se conocen con el nombre de deshidrohalogenación de R –X 3.2. Alquenos IGF Alquinos Los alquenos se pueden convertir en alquinos 12 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Análisis IGF RC RCH=CH2 CH Síntesis Por medio de una reacción de hidrogenación catalítica, es posible romper uno de los enlaces del alquino. RC CH H2 RCH=CH2 catalizador de Lindlar 3.3. Alquenos IGF Alcoholes Los alquenos se pueden sintetizar a partir de alcoholes. Análisis IGF RCH2-CH2OH RCH=CH2 Síntesis Por medio de la deshidratación (reacción de eliminación), es decir la perdida de agua de un alcohol, es posible la preparación de un alqueno. Con frecuencia, la deshidratación se hace tratando un alcohol con un ácido fuerte. + RCH2-CH2OH H /-H2O calor 13 RCH=CH2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 3.4. Alquenos IGF Dihaluros vecinales Los alquenos se pueden convertir a dihaluros Análisis IGF RCH-CH2X RCH=CH2 X Síntesis Mediante una reacción de deshalogenación de dihalurso vecinales es posible obtener un alqueno; los halogenuros se remueven con magnesio o con zinc. Zn RCH-CH2X RCH=CH2 -X2 X LECCIÓN 4: INTERCONVERCIÓN DE ALCOHOLES ALCOHOLES IGF IGF IGF ADIC. DE REACT.ORGNMET. A ALDEHIDOS Y CETONAS REDUCCIÓN A ALDEHIDOS Y CETONAS 14 IGF HALOGENUROS DE ALQUILO- RX (SN) ALQUENOS UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 4.1. Alcoholes IGF aldehídos y cetonas Los alcoholes pueden ser convertidos a un aldehído o cetona y su correspondiente reactivo de Grignard. Análisis O OH IGF C C H H + H MgBr H Síntesis Cuando se trata una cetona o un aldehído con un reactivo de Grignard, RMgX, se produce un alcohol por la adición nucleofílica de un anión carbono. Su mecanismo de reacción es el siguiente: +MgX :R´ O R R 1 MgX + O R :R´ R O 1 R´ R El ácido de lewis Mg forma primero un complejo ácido base con el átomo básico de oxígeno del aldehído o cetona; el grupo carbonilo se vuelve mejor receptor. +2 4.2. MgX - OH H2O R 1 La adición nucleofílica de un grupo alquilo :R- al aldehído o cetona produce un intermediario tetraédrico de magnesio alcóxido. Este experimenta una hidrolisis dando como producto un alcohol R´ R Alcohol Alcohol IGF compuestos con grupo carbonilo Los alcoholes pueden ser convertidos a compuestos con grupo carbonilo. 15 R 1 + HOMgX UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Aldehídos y cetonas OH O IGF 1 R 1 R R R Síntesis Los aldehídos y cetonas son reducidos a alcoholes por medio de LiAlH 4 o NaBH4, estos reactivos actúan como donadores de ion hidruro (:H-), mediante adición nucleofílica. La adición de agua o ácido acuosos después de la adición nucleofílica protona el alcóxido y produce el alcohol. O R :H R O - 1 del NaBH4 - H3O+ R´ H R OH R´ R + H2O H Ácidos carboxílicos R IGF OH O R OH Síntesis Los ácidos carboxílicos son reducidos por LiAlH4/THF (el THF se calienta para que la reacción sea completa) o BH3/THF (rápida a temperatura ambiente) a alcoholes primarios. 16 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O 1. BH3/THF R OH 2. H3O OH R + Esteres O IGF R R OH OR Síntesis Al igual que los ácidos carboxílicos, los ésteres pueden ser reducidos por LiAlH4 a alcoholes. O 1. LiAlH4, Et2O R OR 4.3. R OH 2. H2O Alcohol IGF Alquenos Los alcoholes pueden ser convertidos en alquenos 17 + R OH UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA RCHCH3 IGF RCH=CH2 OH Síntesis Los alquenos experimental reacciones de oximercuriación – desmercuriación para dar como producto alcoholes. El reactivo empleado para esta reacción es el acetato de mercurio (Hg(OAc)2) el cual en medio acuosos sufre una disociación para formar el electrófilo que va a reaccionar. CH3 O O H3C Hg O H3C Hg + O - CH3 O O O O + La oximercuración implica un ataque electrofílico al doble enlace por el derivado de mercurio cargado positivamente. El producto es un ión mercurinio, un catión organometálico que contiene anillo de tres miembros. En el segundo paso, el agua del disolvente ataca el ión mercurinio para formar (después de la desprotonación) un alcohol organomercúrico. OAc OAc + Hg(OAc) R Hg(OAc) - - Hg Hg -H+ CH2 Ataque Electrofílico H O Ión mercurinio H2O H2O 18 H + HO Hg(OAc) Alcohol organomercúrico UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA El segundo paso es la desmercuriación para eliminar el mercurio, el borohidruro de sodio (NaBH4, Agente oxidante) reemplaza el fragmento de acetato de mercurio por hidrógeno. Para alquenos no simétricos la oximercuriación – desmercuriación generalmente da lugar a productos de adición con una orientación de markovnikov. Según esta regla el –OH se debe fijar del átomo de carbono mas sustituido, y el –H, al carbono menos sustituido. Los alcoholes también pueden ser sintetizados a partir de alquenos por hidroboración, reacción que presenta un una orientación anti – Markovnikov, ello se debe a que el diborano (B2H6) genera una adición del –OH en los carbonos menos sustituidos. El reactivo BH3/THF es la forma en el que el borano generalmente se utiliza en las reacciones orgánicas. El mecanismo de esta reacción consiste en la obtención de un alquilborano oxidado en una etapa posterior por peróxido de hidrógeno básico a alcohol. IGF RCH2CH2-OH RCH=CH2 Síntesis 19 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 5: INTERCONVERCIÓN DE GRUPO CARBONILO (ALDEHÍDOS, CETONAS Y ÁCIDOS CARBOXILÍCOS) Aldehídos y cetonas 5.1. Aldehídos y cetonas IGF alcoholes Los aldehídos y ácidos carboxílicos pueden ser convertidos a alcoholes primarios Por el contrario las cetonas son convertidas a alcoholes secundarios 20 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis Una de las reacciones más valiosas de los alcoholes es su oxidación para dar compuestos carbonílicos. Los alcoholes primarios dan aldehídos y ácidos carboxílicos, y los alcoholes secundarios, cetonas; y por lo general los alcoholes terciarios son poco reactivos con los agentes oxidantes. La oxidación de un alcohol primario para obtención de un aldehído se debe considerar hacerse con clorocromato de piridino (PCC) en diclorometano como disolvente, la utilización de otro agente oxidante ocasionaría una sobreoxidación, lo que daría como resultado un ácido carboxílico. En el caso de los alcoholes secundarios se oxidan utilizando dicromato de sodio en ácido sulfúrico o utilizando permanganato de potasio. 21 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 5.2. Aldehídos y cetonas IGF Compuestos Aromáticos Los aldehídos y cetonas se interconvierten en hidrocarburos aromáticos Síntesis Por medio de la acilación de Friedel – Crafts de un anillo aromatico con un cloruro de acido, en presencia de AlCl3 como catalizador, es posible la obtención de de aldehídos o cetonas. 5.3. Aldehídos y cetonas IGF Alquinos terminales Los aldehídos se pueden convertir a alquinos terminales O IGF R R H H 22 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis La hidroboración seguida de oxidación de un alquino da lugar a una adición anti – Markovnikov de agua al triple enlace. Se utiliza el di – (isoamil borano secundario), denominado disiamilborano, ya que al ser tan voluminoso no se puede adicionar dos veces al triple enlace. En la oxidación del borano, el enol, intermedio inestable, se tautomeriza rápidamente a aldehído, es decir que que el enol (compuesto inestable) reordena sus átomos en busca de dar un producto más estable. H R R H O -OH 1. Sia2BH R H 2. H2O2, NaOH OH H Enol (no aislado) 5.4. Aldehídos y cetonas IGF Metil – bencenos Síntesis Por medio de la oxidación con CrO3 los metil – bencenos producen aldehídos 23 Aldehído UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ácidos Carboxílicos 5.5. Ácidos carboxílicos IGF Alcoholes primarios Síntesis El mecanismo de esta reacción fue expuesta en la oxidación que genera aldehídos y cetonas. 24 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 5.6. Ácidos carboxílicos IGF Alquilbencenos Síntesis La oxidación de los alquilbencenos, dan como productos ácidos carboxílicos. Para que esta reacción se lleve a cabo, los hidrógenos alquílicos deben estar unidos directamente al anillo bencénico. 25 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 5.7. Ácidos carboxílicos IGF Alquenos Síntesis La síntesis de ácidos carboxílicos a partir de alquenos, se lleva a cabo mediante la ruptura oxidativa de sus dobles enlaces 5.8. Ácidos carboxílicos IGF reactivo de Grignard Síntesis Un reactivo de Grignard puede generar como producto un ácido carboxílico al ser tratado con CO2 26 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 5.9. Ácidos carboxílicos IGF ésteres Síntesis La hidrólisis de esteres dan como resultado ácidos carboxílicos 27 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO II – DESCONEXIONES. LECCIÓN 6: ANÁLISIS RETROSINTÉTICO El problema de la síntesis química de moléculas orgánicas se resuelve mediante el denominado análisis retrosintético. Esta metodología permite la propuesta de rutas sintéticas para una molécula objetivo mediante la desconexión de enlaces. Se entiende por desconexión, aquella transformación que puede sufrir una molécula compleja que la lleva a convertirse en estructuras más simples. Una manera clara de explicar, consiste en tomar una molécula A, a cual se le realizan “múltiples cortes” para obtener moléculas más sencillas (B, C y D). A + + B D C Figura No 1: Desconexión. 28 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una vez realizada la desconexión, el siguiente paso es efectuar la síntesis de la molécula a partir de las estructuras que se obtuvieron. Hay que tener en cuenta que, al efectuar la desconexión, no siempre se obtienen los fragmentos deseados, por lo cual se deben realizar interconversiones de grupos funcionales que faciliten el proceso de síntesis. Al iniciar el estudio de la desconexión, se debe establecer la simbología respectiva de ésta. Desconexión: símbolo ( ): implica la ruptura de enlace y generación de estructuras más simples. Interconversión de grupo funcional (IGF): proceso de conversión de un grupo funcional en otro. Molécula objetivo: molécula que se pretende desconectar. Análisis: proceso por el cual se explica la desconexión. Síntesis: proceso de preparación de la molécula objetivo. LECCIÓN 7: SITONES Y EQUIVALENTE SÍNTETICOS Cada etapa de desconexión se basa en una reacción química y formalmente supone la ruptura de un enlace para dar lugar a dos fragmentos denominados sintones. La etapa contraria a la desconexión es la propia reacción. Una vez desconectada la estructura y analizados los sintones se tienen que proponer los correspondientes equivalentes sintéticos, es decir los reactivos que harán el papel de los sintones en la reacción. 29 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ejemplo El cloruro de t-butilo se puede desconectar en el enlace C-Cl para generar un sintón catiónico (el carbocatión t-butilo) y un sintón aniónico (el ion cloruro). H3C H3C H3C H3C Cl + C H3C H3C Cl - sitón aniónico Sitón catiónico LECCIÓN 8: OPERACIONES USADAS EN RETRO – SÍNTESIS: PROTECCIÓN Y DESPROTECCIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES La protección de grupos funcionales es una estrategia sintética que hay que aplicar cuando se desea efectuar una reacción de un compuesto que posee en su cadena dos grupos funcionales, uno más reactivo que el otro, pero que los dos pueden ser afectados por la reacción a la que se desea someter. Para conseguir este tipo de transformaciones se procede a: 1. Proteger el grupo o los grupos funcionales más reactivos. 2. Efectuar la reacción sobre el grupo funcional libre. 3. Desproteger los grupos funcionales. Una reacción de protección no es más que una reacción quimioselectiva en la que un grupo funcional se transforma en otro grupo funcional. Las condiciones que debe cumplir un grupo protector son: 30 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 1. Se debe poder instalar en el sistema polifuncional de manera quimioselectiva. 2. Debe ser estable a las condiciones de reacción que va a sufrir el grupo funcional libre. 3. Se debe poder eliminar en condiciones quimioselectivas. Ejemplo: síntesis de cetoalcohol a partir de colesterol. O O O H3C OEt ?? OH H3C O El carbonilo cetonico del colesterol, es más reactivo que el carbonilo del éster. Por tal razón es necesario proteger el carbonilo cetonico, reducir el grupo éster y desproteger el carbonilo cetonico. P O O Protección H3C OEt O O P H3C OEt Transformación P O H3C desprotección OH P H3C 31 OH UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Tabla No 1. Principales grupos protectores 32 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 8.1. PROTECCIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS Para proteger aldehídos y cetonas, usualmente se utiliza la conversión de estos en acetales. O H+ + R1 OR´ R´O 2R´OH R2 R2 R1 Ejemplo Consideremos la reducción de un cetoester a un cetoalcohol. O H3C O O ?? OEt H3C OH Es necesario proteger la cetona para que esta resista la reducción a la que va ser sometido el compuesto, más específicamente el grupo éster. Los acetales se pueden desproteger en condiciones suaves mediante reacciones de hidrólisis ácida. 33 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O H3C + OEt H3C OH HO O O O H+ OEt THF LiAlH4 O H2O H+ H3C O OH O H3C OH En primer lugar la cetona se protege haciéndola reaccionar con etilenglicol, en presencia de un catalizador ácido. Seguidamente se somete la molécula a reducción con LiAlH 4, como la cetona se encuentra protegida, es el grupo éster el que sufre la reducción. Por último se hidrolasa el acetal en medio acuoso, regenerándose el grupo carbonilo cetonico. 8.2. PROTECCIÓN DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Los ácidos carboxílicos comúnmente son protegidos mediante su conversión en ésteres. Los ésteres más empleados son los de etilo y metilo; obtenidos fácilmente mediante la reacción de esterificación de Fischer: O O H+ + R R´OH R OH OR´ + H2O Éster Ácido carboxílico La desprotección se lleva a cabo mediante hidrólisis ácida o básica (saponificación) 34 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O OR´ R H2O H+ ó H2O, OH Ácido carboxílico Éster 8.3. OH R - PROTECCIÓN DE ALCOHOLES La protección de alcoholes se realiza mediante la conversión de este en un acetal (tetrahidropiranil éteres), para tal fin comúnmente es utilizado el DHP (dihidropirano). El mecanismo de la formación de los tetrahidropiranil éteres se inicia con la protonación regioselectiva del doble enlace del anillo de dihidropirano. Esta reacción genera una especie carbocatiónica que deslocaliza la carga positiva sobre el átomo de oxígeno. La reacción de este intermedio catiónico con el alcohol (ROH) conduce al alcohol protegido (ROTHP) y a la regeneración del catalizador ácido. H + H + HC O O Dihidropirano H H + O + Estructuras resonantes del intermedio catiónico H + R O O + R O O + H 35 R O O + H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 9: DESCONEXIONES DE ENLACE La formación de enlaces C-C, es una de las necesidades básicas, que debe resolverse en el diseño de una síntesis orgánica. El método de las desconexiones o método del sintón, permite encarar la formación de estos enlaces a través de algunas operaciones de síntesis, que toman en cuenta la presencia de uno o dos grupos funcionales. 9.1. Alcoholes Un alcohol se puede desconectar a compuesto carbonilo (aldehído o cetona) y haluro de alquilo. Análisis O IGF + X O H Síntesis La síntesis se puede realizar vía Grignard, donde se toma el haluro alquilo y se hace reaccionar con magnesio en éter etílico, lo cual genera el magnesiano. 36 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA X Mg Et2O MgX Una vez se obtiene el magnesiano, éste se hace reaccionar con el compuesto carbonilo para producir el alcohol. + O MgX H2O/H + O O H MgX 9.2. Haluros de Alquilo y Epóxidos Algunos alcoholes se pueden desconectar a haluro de alquilo y epóxido. Análisis Observe los dos carbonos que se resaltan en el alcohol. Este tipo de estructura se puede desconectar a haluro de alquilo y epóxido. R OH R 37 X + O Epóxido UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis La síntesis se puede realizar vía Grignard, donde se toma el haluro alquilo y se hace reaccionar con magnesio en éter etílico, generando el magnesiano. R X Mg Et2 O R MgX magnesiano Una vez se obtiene el magnesiano, éste se hace reaccionar con el epóxido para producir el correspondiente alcohol. R R MgX OMgX + O Epóxido H2O/H 38 R OH UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 9.3. Haluros de Alquilo y Ácidos Carboxílicos Algunos ácidos carboxílicos se pueden desconectar a haluro de alquilo y dióxido de carbono. Análisis Observe como el grupo hidroxilo se convierte en carbonilo facilitando la ruptura y produciendo haluro de alquilo y dióxido de carbono. O R C R X + CO2 O H Síntesis La síntesis se realiza vía Grignard, lo cual produce el magnesiano. R X Mg Et2O R MgX El magnesiano se hace reaccionar con dióxido de carbono para producir el correspondiente ácido carboxílico. R MgX + CO2 39 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O R 9.4. O H2O/H C OMgX R C OH Aldoles a Compuesto carbonilo La desconexión de un aldol produce un aldehído y una cetona. Análisis Un aldol es un β-hidroxicarbonilo. La desconexión se inicia desde el grupo hidroxilo lo que facilita la ruptura hacia el carbonilo preexistente. Esto produce un aldehído (aceptor) y una cetona (dadora). O H O O O + R Aldol R1 R H Aldehído H3C R1 Cetona Síntesis La síntesis se realiza sustrayendo, vía medio básico, los hidrógenos ácidos de la cetona. Ésta última (nucleofila) se hace reaccionar con el aldehído (electrófilo). La 40 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA sustracción del protón, por parte del oxígeno cargado, produce el aldol, lo cual regenera la base. O O O OH H3C R1 + H2C Cetona R1 H2C H2O R1 Estructuras resonantes O R H Aldehído O R O OH H2O R1 O + R OH R1 Aldol 9.5. Compuestos Carbonilo α, β- Insaturados a Aldoles La desconexión de un compuesto carbonilo α, β- insaturado produce aldehído y cetona. Análisis Un compuesto carbonilo α, β- insaturado (o aceptor de Michael) se puede interconvertir a un aldol y de allí a compuestos carbonilo. 41 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O IGF R1 Compuesto carbonilo -insaturado O O O + R R H Aldol R1 R H H3C Aldehído Cetona Síntesis La síntesis se realiza del mismo modo que para el aldol. Una vez se produce el aldol, éste se deshidrata para generar el compuesto carbonilo α, β- insaturado. OH O R R1 R Aldol 9.6. O H2O R1 Compuesto carbonilo -insaturado Compuestos 1,3-dicarbonilo a Éster y Cetona La desconexión de un compuesto 1,3-dicarbonilo produce una cetona y un éster. Se debe utilizar un medio básico débil para evitar la saponificación del éster. Análisis La desconexión del compuesto 1,3-dicarbonilo se realiza por ruptura entre los carbonos α y β. El radical que conserva el carbono α genera la cetona, y el fragmento que conserva el carbono β genera el éster. 42 R1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O O O + R R1 Compuesto 1,3-dicarbonilo R OR2 H3C éster R1 cetona Síntesis Se sustrae uno de los hidrogenos ácidos de la cetona, lo cual genera un nucleófilo que posteriormente se hace reaccionar con el éster. Para evitar la saponificación del éster se utiliza una base débil la cual debe ser idéntica a la porción del alcóxido. O H3C R1 Cetona R2O Na R2OH O O + H2C R1 H2C R2OH R1 Estructuras resonantes O R OR2 éster O O O O + R OR2 R1 R R1 Compuesto 1,3-dicarbonilo 43 OR2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 9.7. Compuestos 1,5-dicarbonilo a Cetona y Aceptor de Michael La desconexión de un compuesto 1,5-dicarbonilo produce una cetona y un compuesto carbonilo α, β-insaturado (aceptor de Michael). Análisis La desconexión del compuesto 1,5-dicarbonilo se realiza por ruptura entre los carbonos α y β. El radical que conserva el carbono α genera la cetona, y el fragmento que conserva el carbono β genera un compuesto carbonilo α, βinsaturado (también llamado aceptor de Michael) O R O Compuesto 1,5-dicarbonilo O R1 R O CH3 cetona + R1 carbonilo -insaturado Síntesis La sustracción de un hidrógeno ácido de la cetona, genera un nucleófilo que posteriormente se hace reaccionar con el compuesto carbonilo α, β-insaturado para extender la cadena. O R CH3 cetona O NaOH H2O R O CH2 44 R CH2 + H2O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O O R1 carbonilo -insaturado O R H2O O R R1 + R1 OH H O H 9.8. Beta – Ceto Éster a Ésteres (o Diéster) La desconexión de un β- cetoéster produce dos ésteres (si el β- cetoéster es cíclico, se produce un diéster). El trabajo con éster implica que se deba utilizar una base débil para evitar su saponificación. Análisis La desconexión del β- cetoéster se realiza por ruptura entre los carbonos α y β, lo cual produce dos ésteres. O R O OR1 -ceto éster O O + R OR1 éster H3C OR1 éster Síntesis Al sustraer el hidrógeno ácido del éster se genera el nucleófilo que, posteriormente, se hace reaccionar con una segunda molécula de éster. Esto produce el β-ceto éster. 45 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O H3C R1O Na R1OH OR1 éster O O + H2C OR1 H2C R1OH OR1 Estructuras resonantes O R O OR1 éster O O O + R OR1 OR1 R OR1 OR1 -ceto éster Análisis en un β-cetoéster cíclico Se inicia la desconexión entre los carbonos α y β, lo cual produce el diéster. O O O OR1 O R1O -ceto éster OR1 diéster Síntesis pueda dar una reacción de tipo intramolecular con el carbonilo en el extremo del éster. 46 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O diéster R1O OR1 R1O O O R1O O OR1 Reacción intramolecular O R1O OR1 + R1OH Estructuras resonantes O OR1 O Reacción intramolecular Na / R1OH O OR1 O OR1 + R1O -ceto éster 9.9. Estructuras Con Esqueleto Derivado del Éster Malónico (Extensión de Cadena) El éster malónico es uno de las estructuras más versátiles para realizar trabajos de síntesis orgánica, pues fácilmente puede sufrir reacciones para extender su cadena. 47 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una estructura que puede servir para mostrar este tipo de reacción es el ácido butanoico, el cual puede obtenerse desde el éster malónico O O O EtO OEt Malonato de dietilo (éster malónico) OH ácido butanoico Análisis La desconexión del ácido butanoico se inicia con la interconversión al diácido; observe como se cambia un hidrógeno por un grupo carboxilo. Posteriormente se pasa de diácido a diéster y finalmente a éster malónico y haluro de etilo. ácido butanoico O O IGF IGF OH OH O OH diácido O O OEt O X haluro de etilo OEt diéster 48 OEt + O OEt éster malónico UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis La versatilidad que posee el éster malónico radica en la capacidad de liberar fácilmente, en medio débilmente básico, protones; esto debido a la posibilidad de reorganizar, por resonancia, el par de electrones libres a la salida del protón; lo que lo convierte en un buen nucleófilo que puede reaccionar con haluros de alquilo primarios y extender su cadena. O O EtO OEt EtO Na / EtOH O O EtO O OEt EtO O Cl EtO O O OEt O EtO OEt O O H2O / H OEt + EtOH O HO OH diácido La estructura del diácido, a través de la formación de un enlace de hidrógeno intramolecular, se puede descarboxilar, lo que genera un monoácido producto del tautomerismo. 49 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O O H O CO2 HO OH O OH diácido H O O Tautomerismo OH OH ácido butanoico 9.10. Estructuras Aromáticas Sustituidas Observe el siguiente ejemplo en el cual se pide a un químico orgánico que desconecte, hasta benceno, la 4-isopropilacetofenona. O 4-isopropilacetofenona Me Me 50 Me UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Análisis Este es un ejemplo interesante y se podría pensar que hay dos maneras de desconectar esta molécula: la vía a) en la cual se desconecta primero el grupo alquilo para producir acetofenona y cloruro de isopropilo, posteriormente desconexión del acilo para generar benceno. En la vía b) se desconecta el grupo acilo para generar cumeno y cloruro de acetilo; posteriormente se desconecta el grupo alquilo, obteniéndose benceno y cloruro de isopropilo. Ambas desconexiones terminan en el benceno y, para el químico poco experimentado en síntesis, parecen el mismo camino. Sin embargo, cuando se inicia la síntesis queda claro que hay un orden de los eventos, importantísimo, para obtener la molécula deseada. O O Me Cl + + b) Me a) Me Cl O Me a) Me Me Me 4-isopropilacetofenona O b) Cl Me + + Me Me Me 51 Cl Me UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis La síntesis aclara el concepto del orden de los eventos, pues pone de manifiesto que hay una organización en las reacciones que llevan a la molécula objetivo. Evaluando la síntesis vía a) Se inicia con la acilación de Friedel-Crafts, donde el benceno reacciona con el cloruro de acetilo y ácido de Lewis. Observe como el grupo acilo, al ser un desactivador, orienta la posición meta; por lo tanto, por esta vía no se podría generar el compuesto deseado (sustitución para). Se descarta entonces esta síntesis y por ende, la desconexión que le da lugar. O AlCl3 + Me Me O Cl Me Me AlCl3 O Cl Me Me Me Síntesis vía b) Se inicia con la alquilación de Friedel-Crafts; el benceno reacciona con el cloruro de isopropilo para producir el arilo. Hay que recordar que el compuesto producido (cumeno) está más activado que el material de partida (benceno), por lo cual hay que efectuar el control estequiométrico para evitar la polialquilación. 52 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Me Cl + AlCl3 Me Me Me cumeno Observe que el alquilo al ser un grupo activador, orienta las posiciones orto y para. En este caso, la posición más favorecida es la para, debido a que no presenta impedimento estérico como la orto. La posterior acilación de FriedelCrafts genera, en mayor proporción, la molécula deseada. O O AlCl3 + Me Cl Me Me Me Me Me LECCIÓN 10: CRITERIOS DE DESCONEXIÓN En la busca de planificar una síntesis apropiada, es necesario poder elegir correctamente la desconexión a seguir para ello los siguientes pasos son de gran ayuda: 1. Elegir desconexiones que nos lleven a reacciones conocidas y de uso frecuente, ello hace que la síntesis de la molécula objetivo sea viable. R CO H3C R NH2 Sustitución en el acilo Sustitución nucleófilica por amina 53 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA (HO)C Adición de magnesiano a carbonilo R 2. Son viables las desconexiones C – heteroátomo O O NO 2 R S R S O OH R OR 3. Aplicar desconexiones C – C cuando la estructura de la molécula lo permita a uno de los carbonos implicados asumir el carácter positivo y al otro el negativo: Posible desconexión H3C CO Posible carbocatión CH3 Posible carbanión 4. Elegir la desconexión que genere el rendimiento mas alto de la molécula objetivo H3C CH3 O H3C 54 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H3C CH3 - O H3C Cl CH3 O H3C H3C H3C CH3 Cl H3C CH3 - O O H3C H3C En el anterior ejemplo, podemos observar una reacción de williamson; en el momento de escoger la desconexión, se concluye que la reacción representada por la flecha verde al ser una SN2 se obtendrá mejor rendimiento con un halogenuro primario que minimiza la eliminación. Cuando existen varias desconexiones posibles permitidas se elige entre ellas aplicando los siguientes criterios de carácter práctico, a. La desconexión debe generar sintones químicamente coherentes. b. Los sintones deben corresponderse con equivalentes sintéticos accesibles. c. Los equivalentes sintéticos deben ser comerciales o de síntesis posible con rendimiento razonable. d. Deben evitarse, dentro de lo posible, equivalentes sintéticos tóxicos, caros, peligrosos, difíciles de conseguir. 55 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO III – REORDENAMIENTO NUCLEOFÍLICO Se entiende por reordenamiento, aquella reacción que involucra la salida de un grupo migrante (W), desde un átomo A (denominado inicio de la migración), a un átomo adyacente B (denominado fin de la migración.) W A W B Reordenamiento A B Por su parte Los reordenamientos nucleofílicos son aquellos que su grupo migrante sale con el par de electrones. Tabla No 2: Clase de reordenamientos nucleofílicos REORDENAMIENTOS Pinacólico, PRODUCTO DE REACCIÓN Semipinacólico, Homologización, Aldehídos y Cetonas Aldehídos y cetonas catalizado por ácido, Hidroperóxidos. Arndt-Eistert, Favorskii. Ácidos Carboxílicos Arndt-Eistert, Favorskii, Baeyer-Villiger. Ésteres Arndt-Eistert, Beckmann Amidas sustituidas Hofmann, Curtius Aminas primarias 56 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Curtius Carbamatos y Ureas LECCIÓN 11: REORDENAMIENTOS PARA LA SÍNTESIS DE ALDEHÍDOS Y CETONAS Como se expuso en la tabla No 2, los aldehídos y cetonas son obtenidos a partir de una serie de reordenamientos nucleofílicos que describiremos a continuación: 11.1. Reordenamiento Pinacólico El reordenamiento pinacólico formalmente es una deshidratación debido a la paerdida de agua a partir del material inicial. En esta reacción un diol adyacente (pinacol) se convierte en cetona (pinacolona) bajo condiciones ácidas y calor. El primer paso del reordenamiento es la protonación y la pérdida de una molécula de agua para producir un carbocatión. Hay una migración del grupo metilo para formar un carbocatión estabilizado por resonancia que con la desprotonación por el agua da lugar al producto pinacolona. 57 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Paso 1: Protonación de un grupo hidroxilo Paso 2: La perdida de agua da lugar al carbocatión CH3 CH3 H3C CH3 CH3 + CH3 OH H+ H3C H3C CH3 OH CH3 CH3 + C CH3 + H2O OH OH + O H H Paso 3: La migración del grupo metilo forma un carbocatión estabilizado por resonancia CH3 CH3 -CH3 (migración del metilo) + C H3C CH3 H3C + C CH3 O H O CH3 H3C CH3 CH3 CH3 H O CH3 + Carbocatión estabilizado por resonancia H Paso 4: La desprotonación da lugar al producto CH3 H3C + C H O CH3 H3C CH3 H3C CH3 CH3 CH3 H O CH3 + H2O CH3 O + H3O+ CH3 Hay que tener en cuenta ciertas reglas cuando vamos a realizar el reordenamiento pinacólico. Reglas La primera de ellas es que cuando se trabaja con un diol vecinal asimétrico, se debe protonar el grupo hidroxilo que produce el carbocatión más estable, una vez ocurre la salida del agua, Teniendo en cuenta esto, la segunda regla implica que si hay la posibilidad de migrar: Alquilo (R-) o Arilo (Ar-); predomina el Arilo sobre el Alquilo, es 58 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA decir, Ar > R. Si los grupos que van a migrar son Hidruro o Alquilo, o Hidruro, Arilo, se deben realizar ambos reordenamientos. Para estos casos, la formación de la cetona se ve favorecida sobre el aldehído, por la estabilidad que presenta la primera. Las mezclas generalmente se presentan y pueden depender de las condiciones de reacción así como de la naturaleza de los sustratos. La acción de ácido sulfúrico concentrado produce principalmente cetonas. La formación de aldehídos se favorece por el uso de condiciones suaves (bajas temperaturas y ácidos débiles como el acético). La tercera regla consiste en que cuando hay dos grupos alquilo con posibilidad de migrar, se debe tener en cuenta el predominio de alquilo: 3º > 2º > 1º > metilo. Ejemplo Aplique la reordenación pinacólica al siguiente compuesto a) OH Ph Ph OH b) Una vez analizado el compuesto, se establece que el grupo hidróxilo demarcado a) será el que se debe protonar, para formar el carbocatión más estable. 59 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA a) OH Ph Ph a) OH2 Ph Ph OH H+ OH b) Diol protonado Ph Ph H 2O OH Carbocatión terciario Estabilizado por fenilos Aquí sólo queda reordenar el grupo alquilo, expandiendo el anillo y generando una cetona cíclica. Ph Ph OH Ph Reord. Ph OH Carbocatión Ph H+ Ph O 2,2-Difenilciclohexanona 11.2. Reordenamiento semipinacólico Cuando se tiene un β-aminoalcohol, donde el grupo amino es primario, y se trata en medio de ácido nitroso, se produce una sal de diazonio, la cual al expulsar el nitrógeno molecular, se reordena formando un compuesto carbonilo. 60 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R1 R2 NH2 R3 OH N2 R1 HNO2 Ácido nitroso -Aminoalcohol R2 R1 N2 R3 R2 OH Sal de diazonio Reord. R2 R3 OH Carbocatión R1 + R2 OH Carbocatión R1 R1 R3 R3 H OH Carbocatión estabilizado por heteroátomo R2 R3 O Compuesto carbonilo De igual manera que para el pinacólico, el reordenamiento semipinacólico cumple con la segunda y tercera reglas, es decir, la migración de arilo predomina sobre alquilo; y cuando se presentan hidruro y arilo o hidruro y alquilo, se deben realizar ambas migraciones. Recuerde que el producto de mayor proporción es la cetona. Ejemplo A continuación se realiza el reordenamiento semipinacólico del 3-amino-2-metil-2butanol. 61 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA NH2 H3C CH3 H3C OH 3-Amino-2-metil2-butanol -Aminoalcohol NH2 HNO2 HO H3C N2 CH3 HO Ácido nitroso CH3 -Aminoalcohol CH3 Sal de diazonio N2 CH3 HO H3C CH3 H3C CH3 CH3 Reord. N2 HO CH3 + CH3 CH3 H O CH3 CH3 3-M etilbutanona Compuesto carbonilo Sal de diazonio 11.3. Homologización de aldehídos y cetonas: Reacción de Arndt - Eistert Mucha de las reacciones características del diazometano depende del proceso, en alguna fase de la reacción, de eliminación de nitrógeno molecular. El carácter nucleofílico de diazometano, cuya estructura puede representarse como -:CH2N2+, lo capacita para atacar grupos carbonilo como por ejemplo por su adicción a un aldehído: 62 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA - O + + H3C R O N H + R N N N El intermediario formado en esta reacción puede reaccinar de tres maneras, y, dependiendo de la estructura del compuesto carbonílico utilizado, puede ser observado experimentalmente cualquiera de estos tres cursos. En términos generales: R + b b CH3 R N H N2 O a c R + H a O O + N2 N c O R H + N2 Reglas: Los aldehídos producen un buen porcentaje de metilcetonas. En las cetonas se debe tener en cuenta la prioridad de migración, es decir, arilo predomina sobre alquilo. Y para el caso de alquilos, se considera el siguiente orden: terciario > secundario > primario > metilo. 63 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ejemplo Se ha pedido a un químico orgánico que prepare el 2-butanol, utilizando el reordenamiento de homologización. Respuesta Análisis Se puede resolver intercambiando el grupo funcional alcohol por una cetona, posteriormente se efectúa desconexión para llegar al propanal. OH O IGF CH3 CH3 IGF CH3 2-Butanol O CH3 CH3 Butanona H Propanal Síntesis Al propanal se le efectúa el reordenamiento de homologización. O CH3 Propanal CH3 H + CH2 N O a) N Diazometano 64 b) CH2 H N N a) a) M igración de hidruro b) Formación de epóxido UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O CH3 a) Reord. CH3 Butanona + N2 O b) CH3 CH2 Epóxido Producto Principal Una vez obtenida la butanona, se procede a reducirla con un hidruro metálico para formar el alcohol. O CH3 OH CH3 NaBH4 H2O Butanona CH3 CH3 2-Butanol 11.4. Reordenamiento de Aldehídos y cetonas Catalizado por Ácidos Los aldehídos y cetonas sufren reordenamiento en medio ácido, en esta reacción los carbonos que se encuentran en posición α al carbonilo migran. En el mecanismo de reacción se puede observar que en una primera etapa migra uno de los grupos formando un carbocatión sobre el carbono α y haciendo que el grupo hidroxilo ataque nucleofílicamente para producir un intermediario epóxido 65 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA protonado, posteriormente migra el segundo grupo y el epóxido se transforma en alcohol estabilizando el carbocatión. Para este tipo de transposiciones o reordenamiento es importante tener en cuenta que: Los aldehídos se reordenan a cetonas; Las cetonas se reordenan a otras cetonas, aunque requieren de condiciones más drásticas. En ningún caso una cetona se reordena a aldehído. Mecanismo Etapa 1: Protonación de grupo carbonilo y transposición del carbono α al carbonilo O R1 R2 R3 OH + H R4 R1 R2 OH R4 R3 R1 R2 R4 R3 Migración del primer grupo Etapa 2: Formación de un epóxido, migración del segundo grupo formando un intermediario estabilizado por heteroátomo. La salida del protón regenera el medio y produce el compuesto carbonilo reordenado. 66 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Epóxido H intermediario O R1 R2 O R4 HO R4 R3 R2 R3 R1 M igración del segundo grupo H + R4 R3 R1 R2 Compuesto carbonilo Ejemplo Para el caso de la 4-Metil-3-hexanona, hay dos posibles tipos de migración, pues presenta diferentes ambientes alrededor de los carbonos α. En estos casos se efectúan ambos tipos de migraciones, lo cual da mezclas de productos. O Me ,, Me Et 4-M etil-3-hexanona Migración desde el carbono α O Me OH OH Me Et 4-M etil-3-hexanona H + Me Et Me H Cetona protonada M igración del primer grupo 67 Me Me H Et Carbocatión UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA La migración del segundo grupo, implica el movimiento del grupo etilo en lugar del metilo. Esto porque el primero es un grupo más sustituido. Epóxido intermediario H O Me OH Me H Me H Et M igración del segundo grupo H Et O + Me Me Me H Et 3-Etilpentanona Migración desde el carbono α” O Me + H " Me Et HO OH Me H H Me H H Et 4-M etil-3-hexanona Me Me Et Cetona protonada M igración del primer grupo H H Carbocatión H H H H O Me Me OH H H H + Me Me Me Et H Et M igración del segundo grupo 68 Me Et O 4-M etil-2-hexanona UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 11.5. Reordenamiento de hidroperóxidos. El reordenamiento de hidroperóxidos permite observa la migración preferente de un grupo y no de otro; es decir, que se puede medir las aptitudes migratorias de dos grupos, por las diferencias en los productos obtenidos. Cuando se tiene un hidroperóxido primario, el hidrógeno es el grupo que migra, de tal manera que se produce un aldehído. Cuando grupos alquilo y arilo están presentes, el predominio de la migración será para el arilo. Mecanismo de reacción El hidroperóxido se hace reaccionar en medio ácido, protonando el grupo hidroxilo; posterior a ello se produce la migración de uno de los grupos y eliminación de agua. R3 R1 O O H R2 Hidroperóxido H R3 + R1 O O H R2 H 2O R3 R1 O R2 H El carbocatión generado, producto de la migración, recibe una molécula de agua, la cual libera un protón que se adhiere al oxígeno alcóxico (o hidroxilo), posteriormente se produce la salida del alcohol (o del agua) y la formación de un compuesto carbonilo. 69 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R3 H2O R3 R1 R1 O R2 O H H O R2 O H H H O + R1 + R3 R2 OH Alcohol Compuesto carbonilo Ejemplo En este ejemplo se da la migración del grupo fenilo, en lugar de etilo o del metilo, debido a la alta densidad electrónica del primero. C2H5 H3C C2H5 + H O O H H3C O O H Ph Ph H2O C2H5 H3C H Hidroperóxido H2O C2H5 H3C O C2H5 Ph H3C O H H H 70 O O H Ph O Ph UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H O + H3C C2H5 Butanona + Ph OH Fenol LECCIÓN 12: REORDENAMIENTOS PARA LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Como se expuso en la tabla No 2, los ácidos carboxílicos son obtenidos a partir de una serie de reordenamientos nucleofílicos que describiremos a continuación: 12.1. Reacción de Arndt – Eistert A partir de las diazocetonas, es posible la síntesis de ácidos carboxílicos. Este tipo de compuestos se prepara por tratamiento de los cloruros de ácido con diazometano: O + R Cl Cloruro de ácido O CH2 N N Diazometano (exceso) 71 R Cl CH2 N N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O R O CH N N R CH N N + HCl Diazocetona H Cl Las dizocetonas de esta clase reaccionan con agua, alcoholes y amoniaco, corrientemente en presencia de plata u oxido de plata como catalizador, dando ácidos carboxílicos, ésteres y amidas respectivamente, que poseen un grupo – CH2 de más que el ácido carboxílico del que deriva el cloruro de ácido. El paso correspondiente a la transposición se produce de la siguiente forma: La pérdida de nitrógeno por parte de la diazocetona, deja un átomo de carbono deficiente en electrones (carbeno), al que puede migrar un grupo R. O R O CH N N Diazocetona R CH Carbeno + N2 Reord. R CH C Cetena La cetena resultante (que puede aislarse en algunos casos), reacciona con agua, alcohol, o amoniaco, lo que depende de la forma en que se realice la reacción, dando el producto final: 72 O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O + EtOH + H2O + RNH 2 R Et O R O O R H O O R R NH Mecanismo para la formación ácido carboxílico En la síntesis de Arndt-Eistert, propiamente dicha, la cetena es convertida a un ácido carboxílico al reaccionar con agua y óxido de plata. R CH C O O H2O Ag2O Cetena R CH2 C OH Acido carboxílico Mecanismo para la formación Ésteres Las cetenas pueden reaccionar con alcoholes para producir ésteres. OH R CH C O R1OH + H R Cetena CH C OR1 H 73 + H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O H R CH C O Tautom. R OR1 CH2 C OR1 Éster Mecanismo para la formación Amidas Las cetenas pueden reaccionar con aminas primarias para dar amidas monosustituidas. R CH C O R1NH2 O R CH Cetena CH NHR1 H O H R C C Tautom. NHR1 O R CH2 C NHR1 Amida Ejemplo Se realiza el reordenamiento produciendo la cetena y desde ésta se preparan: ácidos carboxílicos, ésteres y amidas. 74 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O + Ph Cl Cloruro de benzoilo CH2 N N Cl CH2 N Diazometano (exceso) O Ph Ph O CH N N H Ph CH N N + HCl Diazocetona Cl O Ph CH + N2 Reord. Ph CH C O Cetena Carbeno Producción de Ácido Carboxílico Ph CH C O H2O Ag2O Cetena 75 O Ph CH2 C OH Acido fenilacético N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Producción de Éster O Ph EtOH CH C O Ph CH C Cetena H O H Ph OEt CH C O Tautom. Ph OEt CH2 C OEt Fenilacetato de etilo Producción de Amida O Ph CH C O H3CNH2 Metilamina Ph CH C Cetena H O H Ph NHCH3 CH C O Tautom. Ph NHCH3 CH2 C NHCH3 N-metil fenilacetamida 76 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 12.2. Reacción de Favorskii. La transposición o reordenamiento de Favorskii constituye un curioso ejemplo de alquilación intramolecular, una de las aplicaciones más representativas de esta reacción, ya que permite la contracción de anillos. El tratamiento de un αhalocetona (cloro, bromo o yodo) con ion hidroxilo ocasiona una transferencia del esqueleto carbonado que pasa a través de una ciclopropanona intermediaria, dando lugar a derivados de ácidos carboxílicos (carboxilatos, o ésteres), dependiendo de la base que se utilice. La formación de amidas también se puede llevar a cabo mediante este mecanismo. Mecanismo La α-halocetona es tratada con hidróxido, el cual ataca el hidrogeno ácido presente en la estructura, generando un carbanión: O R1 R2 H O R3 OH R4 H2O X R1 R3 R2 X R4 R1 R3 R2 X + H2O R4 Estructuras resonantes Hidrógeno ácido -Halocetona O X = Cl, Br, I El carbanión ataca nucleofílicamente al carbono halogenado, formando la ciclopropanona intermediaria a la salida del halógeno. Una vez producido el intermediario, éste sufre una adición de OH-, seguido de la apertura del anillo para dar el más estable de los carbaniones posibles (Aril>metil). Posteriormente se produce un intercambio de protones que conducen al producto final, un anión carboxilato transpuesto. 77 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O R1 R3 R2 X O R1 OH R3 OH R1 R3 R4 X R2 R2 R4 Ciclopropanona intermediaria R4 Desplazamiento hacia formación del carbanión más estable O H H O Reord. R3 R4 H R3 R4 O R1 O R2 R1 Carbanión + O OH R2 Carboxilato Una vez formado el carboxilato, éste se puede neutralizar para obtener el ácido carboxílico. H O R3 R4 + O R1 H neutraliz. R2 H R3 R4 OH R1 Carboxilato O R2 A. carboxílico 78 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ejemplo - - O O O Br OH O - HC O Br Br Br - - HO O O HO - OH- COO - CH Rapida COO - COOH H + LECCIÓN 13: REORDENAMIENTOS PARA LA SÍNTESIS DE ÉSTERES Como se expuso en la tabla No 2, los ésteres son obtenidos a partir de una serie de reordenamientos nucleofílicos que describiremos a continuación: 13.1. Reacción de Arndt-Eistert El mecanismo y aplicación de esta reacción fue descrito en la lección 12, numeral 12.2; a continuación referenciaremos un ejemplo de cómo se obtienen esteres por medio de la presente reacción: 79 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ejemplo Utilizando el reordenamiento de Arndt-Eistert, prepare el propanoato de etilo. Análisis Se debe efectuar la desconexión al propanoato de etilo y determinar el haluro de ácido de partida. O O IGF CH3CH 2 OEt Me CH C O Propanoato de etilo IGF H3C Cetena C Cl Cloruro de acetilo Síntesis Se realiza el reordenamiento de Arndt-Eistert. O H3C C O CH2 N + Cl Cloruro de acetilo N Cl CH2 N Diazometano (exceso) O H3C H3C O CH N H N H3C CH N Diazocetona Cl 80 N + HCl N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O H3C Reord. CH + N2 H3C CH C O Cetena Carbeno Se efectúa la reacción con etanol, para producir el éster. O EtOH H3C CH C O H3C CH C Cetena H O O H H3C OEt CH C Tautom. OEt H3CCH2 OEt Propanoato de etilo 13.2. Reacción de Favorskii. La reacción de Favorskii, fue descrita en la lección 12, numeral 12.3; para la síntesis de ésteres por medio de este reordenamiento es importante tener en cuenta que, se debe utilizar alcóxido, como base, en su respectivo alcohol. Los alcóxidos utilizados pueden ser metóxido o etóxido. 81 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O R1 R2 H O R3 OR R4 ROH X O R1 R3 R2 R4 X R3 R2 -Halocetona X = Cl, Br, I O O R1 R3 X X + ROH R4 Estructuras resonantes Hidrógeno ácido R2 R1 X O R1 R3 OR OR R1 R3 R4 R2 R2 R4 Ciclopropanona intermediaria R4 Desplazamiento hacia formación del carbanión más estable OR H O Reord. R3 R4 H ROH OR R1 R2 R3 R4 OR R1 Carbanión O + OR R2 Éster Ejemplo De los ésteres A y B propuestos, sólo uno se puede preparar vía reordenamiento de Favorskii, ¿cuál será? 82 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O Me Me OEt OEt Me B A Para resolver este ejemplo, se deben desconectar los ésteres y determinar la αhalocetona inicial. Posteriormente se debe efectuar su reordenamiento. Análisis del compuesto A Se demarcan los carbonos como 1, 2 y 3, iniciando con el carbonilo. Luego se genera la ciclopropanona intermediaria, para terminar con la α-halocetona. O O Me 3 1 2 IGF OEt A O IGF 1 Me 3 Me 2 Ruptura entre los carbonos 2 y 3 Br -Halocetona Análisis del compuesto B Al igual que con el compuesto A, se efectúa el mismo proceso con B. 83 Me UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O IGF Me 1 2 IGF 1 OEt Me Me 3 B O Me 3 2 Ruptura entre los carbonos 2 y 3 Me Br -Halocetona Curiosamente, la desconexión genera la misma α-halocetona. Se realiza entonces la síntesis, para determinar cuál de los dos ésteres se produce. Síntesis O Me O Me OEt EtOH Br -Halocetona Me Br Estructuras resonantes O O Br Me CH2 Br + EtOH CH2 O OEt OEt Me Ciclopropanona intermediaria 84 Me Formación del carbanión más estable UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O Reord. Me O Me OEt CH2 + EtO Me B H Carbanión primario OEt OEt La formación del carbonilo del éster hace que el desplazamiento se efectúa hacia el carbanión más estable (en este caso, carbanión primario), lo que lleva a la generación del éster B. Esta es la razón por la cual se forma el éster ramificado B, en lugar del éster lineal A. 13.3. Reacción de Baeyer-Villiger Los aldehídos y las cetonas se pueden convertir en éstere mediante la reacción con perácidos (ácido peroxisulfúrico, H2SO5) o ácidos orgánicos (RCO3H). La reacción es particularmente útil con cetonas porque permite obtener ésteres con buenos rendimientos. + R R Aldehído o cetona OH R O O O O R O O Éster Perácido R + R OH Ácido Por ejemplo, la reacción de la acetofenona con ácido m – cloroperoxibenzoico (MCPBA) permite la obtención de acetato de fefnilo: 85 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O O CH3 O O + OH Cl Acetofenona MCPBA CH3 O OH + Cl Cl Acetato de fenilo Ácido mclorobenzoico El mecanismo de esta reacción se inicia con la protonación del oxigeno carbonílico, que lo convierte en un compuesto mucho mas reactivo. A continuación, se produce el ataque nucleofílico del oxigeno peroxídico. El ión oxonio resultante se desprotona fácilmente para dar un compuesto neutro. El oxigeno carbonílico de la parte de peróxido se protona, lo que facilitará su eliminación como grupo saliente. Finalmente, la regeneración del grupo carbonilo fuerza la migración del grupo fenilo, con el par de electrones de enlace, al átomo de oxígeno adyacente con eliminación simultánea del ácido carboxílico. Mecanismo de la reacción de transposición de Baeyer – Villiger Protonación de la cetona y ataque nucleofílico del perácido: O O O CH3 O + OH OH CH3 + Cl O + Cl 86 O - UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA HCl HCl + O OH O CH3 H OH O OH O + O CH3 Cl Cl Etapa de intercambio protónico H OH O O O + O O + CH3 O - Cl Cl O O OH O O O + CH3 OH Cl Cl O O OH O O + CH3 O OH O O Cl Cl + OH O OH O O + CH3 Cl Cl 87 - UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Paso de transposición HCl H + OH H O O O Migración del fenilo H C 3 O O O + + OH CH3 Cl Cl Intercambio protónico O OH - O O O O H3C + + O O + OH O H3C Cl Cl El producto de esta reacción muestra que el grupo fenilo tiene mayor tendencia a la migración que el grupo metilo, de lo contrario se hubiese obtenido benzoato de metilo. Esta tendencia a migrar se denomina aptitud migratoria. La aptitud migratoria de esta reacción es la siguiente: H > fenilo > alquilo 3° > alquilo 2° > alquilo 1° > metilo 88 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 14: REORDENAMIENTOS PARA LA SÍNTESIS DE AMIDAS SUSTITUIDAS Como se expuso en la tabla No 2, las amidas son obtenidas a partir de una serie de reordenamientos nucleofílicos que describiremos a continuación: 14.1. Reacción de Arndt-Eistert El mecanismo y aplicación de esta reacción fue descrito en la lección 12, numeral 12.2; a continuación referenciaremos un ejemplo de cómo se obtienen amidas por medio de la presente reacción: Ejemplo: La producción de amidas se realiza frecuentemente desde haluros de ácido y amoniaco o aminas; o desde anhídridos y aminas; o desde ésteres y aminas. La idea es preparar, vía reordenamiento de Beckmann y reordenamiento de ArndtEistert, la butanilida. O CH3CH2CH2C NHPh Butanilida Respuesta Análisis La desconexión se puede dividir en dos partes, la primera de ellas es conversión de la amida a compuesto carbonilo por sustracción de NH. La segunda parte es conversión de la amida a cetena, y de allí a cloruro de ácido. Veamos. 89 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O CH3CH2CH2C NHPh Butanilida Beckmann Arndt-Eistert IGF IGF O CH3CH2CH2CPh + CH3CH2CH C O Fenil propil cetona (compuesto carbonilo) PhNH2 Cetena Anilina IGF O CH3CH2C Cl Cloruro de propanoilo Síntesis Se prepara la butanilida, vía reordenamiento de Beckmann. Antes de iniciar el reordenamiento de Beckmann, se debe preparar la oxima respectiva. HO O CH3CH2CH2 N Ph H2NOH Hidroxilamina Fenil propil cetona (compuesto carbonilo) CH3CH2CH2 Oxima 90 Ph UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Reordenamiento de Beckmann HO H2O N N + CH3CH2CH2 H Ph CH3CH2CH2 Oxima Ph Reord. H2O Oxima protonada NPh NPh H2O CH3CH2CH2 NPh + H CH3CH2CH2 CH3CH2CH2 Tautom. OH2 O CH3CH2CH2C NHPh O H Butanilida Reordenamiento de Arndt-Eistert O CH3CH2C O + Cl Cloruro de propanoilo CH2 N N Diazometano (exceso) 91 CH3CH2 Cl CH2 N N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O CH3CH2 O CH N N CH3CH2 CH N + HCl N Diazocetona H Cl O CH3CH2 O CH N N CH3CH2 Diazocetona CH + N2 Carbeno O Reord. CH3CH2CH C O PhNH2 Anilina CH3CH2CH C NHPh Cetena H O H O Tautom. CH3CH2CH C CH3CH2CH2 C NHPh NHPh Butanilida 14.2. Reacción de Beckmann Cuando las oximas se tratan con PCl5 o con cierto número de reactivos, se reacomodan para dar amidas sustituidas. Otros reactivos utilizados han sido ácido sulfúrico concentrado, ácido fórmico, dióxido de azufre, cloruro de tionilo, 92 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA sílica gel, etc. Las oximas de cetonas cíclicas dan un alargamiento de anillo y forman la lactama. De los grupos atados al carbono de la unidad C=N, el que migra en esta transposición es generalmente el que se encuentra en posición anti al hidroxilo, siendo esto un método utilizado para determinar la configuración de la oxima, aunque algo dudoso. Mecanismo Generalmente las oximas tienen una alta resistencia a la inversión, y de acuerdo con esta reacción se prevé proceder con la protonación del hidroxilo de la oxima. Oxima N OH N + OH2 H R1 R2 R1 R2 Oxima protonada Grupo anti al hidroxilo Seguido a ello se produce la migración del sustituyente en posición anti. Simultáneamente el enlace N – O sufre la ruptura originando la expulsión de agua, para evitar la liberación de nitrógeno, generándose un carbocatión; el cual entra a reaccionar con el agua, para liberar posteriormente el protón (que regenera el medio) y producir un enol que se tautomeriza, formando la amida sustituida. 93 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA + N R1 OH2 Reord. H2O R2 Oxima protonada H N R1 N H2O R2 H2O R1 R2 Carbocatión + N H O R1 NHR1 Tautom. R2 O R2 Amida sustituida Ejemplo Es interesante observar que las lactamas (amidas cíclicas) se pueden preparar desde ciertas oximas. N OH H + N OH2 Reord. H2O Ciclohexanona oxima N Carbocatión 94 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H 2O OH2 N H + O N H Tautom. O HN H N Lactama LECCIÓN 15: REORDENAMIENTOS PARA LA SÍNTESIS AMINAS PRIMARIAS, CARBAMATOS Y UREAS Como se expuso en la tabla No 2, las aminas, carbamatos y ureas son obtenidas a partir de una serie de reordenamientos nucleofílicos que describiremos a continuación: 15.1. Reacción de Hofmann y de Curtius Los derivados de ácidos carboxílicos se pueden convertir en aminas primarias si pierden un átomo de carbono por medio de los rearreglos de Hofmann o de Curtius. Aunque la primera incluye una amida primaria y la segunda comprende una azida de acilo, ambas se efectúan a través de mecanismos similares. Rearreglos de Hofmann O R NaOH, Br2 NH2 H2O 95 RNH 2 + CO 2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Rearreglos de Curtius O R N + N - N H2O Calor RNH 2 + CO 2 + N2 El rearreglo de Hoffman se efectúa cuando se trata una amida primaria, RCONH 2, con Br2 y una base. El mecanismo general es largo, pero la mayor parte de las etapas ya se conoce. Así, la bromación de una amida en las etapas 1 y 2 es análoga a la bromación promovida por bases de un ion enolato de una cetona, y el rearreglo del anión de la bromamida en la etapa 4 es similar al rearreglo del carbocatión. La diferencia principal entre la etapa de migración en el rearreglo de Hoffman y el rearreglo de un carbocatión es que el grupo – R inicia su migración al átomo vecino al mismo tiempo que el ion bromuro sale, en lugar de esperar a que salga. La adición nucleofilica de agua al grupo isocianato carbonilo en el quinto paso es un proceso típico del grupo carbonilo, como lo es la etapa de descarboxilación final. Mecanismo de reacción Primera Etapa: Bromación del nitrógeno La base extrae un protón ácido N – H y produce un anión, el anión reacciona con bromo en una reacción de sustitución en alfa para dar una N – bromoamida. 96 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O NaOH(ac.) R NH Br Br H Amida no sustituida R O N + H2O Br Br R H N Br + Br H Segunda Etapa: Sustracción de hidrógeno La base extrae el protón amídico restante y da un anión bromoamida. O O OH R N Br R N Br + H2O H Tercera Etapa: Reordenamiento y formación de isocianato El anión bromoamida se reacomoda al migrar el grupo R unido al carbono carbonílico al nitrógeno al mismo tiempo que el ion bromuro sale. Esto da un isocianato. O R N Br Reord. R N C O Isocianato 97 + Br UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Cuarta Etapa: Hidrólisis del Isocianato El isocianato añade agua en una etapa de adición nucleofílica y produce un ácido carbámico. El ácido carbámico pierde espontáneamente CO 2, con lo que se produce la amina. OH H 2O R N C O Isocianato O O R N C R N C OH O OH H2O O H O R N C O R N H H O + H Amina primaria H O C O Carbonato Reacción de Curtius Cuando las azidas de acilo se someten a elevadas temperaturas, se produce la pirolisis, formándose isocianatos. Esta reacción da buen rendimiento del isocianato, puesto que no hay presencia de agua que pueda hidrolizarlo. O R C N N N R N Azida de acilo C O Isocianato 98 + N2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA La descomposición térmica de las azidas de acilo, por su similitud con la reacción de Arndt-Eistert, parece que ocurriera vía nitreno intermediario; sin embargo no hay evidencia a su favor, por lo que es probable que ocurra concertadamente. O R C N N N O N2 Azida de acilo R C N Nitreno Reord. R N C O Isocianato Una vez se produce el isocianato, éste se puede hacer reaccionar de diferentes formas. Hidrólisis básica del Isocianato Producción de Aminas Al igual que en la reacción de Hofmann, los isocianatos se hidrolizan produciendo aminas primarias y carbonato. R N C O Isocianato OH H 2O O O R N C R N C OH 99 H O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O OH H2O O R N C O + R N H H O H Amina primaria H C O O Carbonato Reacción de Isocianato con Alcohol Producción de Carbamatos o Uretanos R N C O R'OH Alcohol O O R N C R N C OR' H Isocianato OR' H Carbamato o Uretano Reacción de Isocianato con Aminas Producción de Ureas R N C O Isocianato R'NH2 Amina O O R N C R N C NHR' H 100 NHR' H Una Úrea UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA UNIDAD DOS HETEROCICLOS Y POLIMEROS 101 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO 4 – HETEROCICLOS I LECCIÓN 16: INTRODUCCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS HETEROCICLOS Un compuesto heterocíclico es una sustancia que contiene un anillo formado por uno o más de un tipo de átomo distinto del carbono. Existen compuestos monocíclicos, bicíclicos y mayores, todos ellos con gran interés para los químicos y bioquímicos. Los heterociclos más comunes son aquellos en los que uno o más de los átomos que forman parte de la estructura anular son nitrógeno oxigeno o azufre: Heteroátomo Compuestos Heterociclos N H Pirrol Piridina Indol N Isoquinolina Tiofeno N H Imidazol S Benzotiofeno 102 Quinolina N N S H N N N Nitrógeno Azufre N N Pirazina N Piridazina UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Oxígeno O O Furano O Benzofurano O Cumarina Se clasifican en dos grupos: alifáticos y aromáticos. Los compuestos alifáticos poseen las propiedades físicas y químicas típicas del heteroátomo específico que incorporan. Por ejemplo: H N O H N Tetrahidrofurano (es un éter) Pirrolidina Piperidina Son aminas secundarias Por lo tanto las reacciones que sufren son las representativas de su familia, en este caso reacciones de éteres y aminas. En los heterociclos aromáticos un orbital p del heteroátomo contiene uno o dos (según el caso) electrones no compartidos que se superponen con los orbitales p de los átomos de carbono formando una nube de 6 electrones π por encima y debajo del anillo. Ejemplos: H N O S Pirrol Furano Tiofeno 103 N Piridina UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Entre los heterociclos aromáticos existen dos clases fundamentales: Los de cinco miembros y los de seis miembros, cuyas propiedades químicas sustancialmente diferentes. Los heterociclos de cinco miembros o son excedente suelen ser más ricos en electrones que el benceno, por lo que dan lugar a reacciones de sustitución electrófila con bastante facilidad. Los heterociclos de seis miembros deficientes, por el contrario, suelen ser más que pobres en electrones que el benceno, por lo que tienden a dar lugar fácilmente a reacciones de sustitución nucleófila. LECCIÓN 17: HETEROCICLOS AROMÁTICOS 17.1. Definición de aromaticidad La aromaticidad es una propiedad asociada con estabilidad extra de ciertos tipos de sistemas π (pi) debido a la naturaleza de los orbitales moleculares y lo cual envuelve las siguientes consideraciones: a. Regla de Hückel Esta regla explica el número de electrones π (pi) involucrados dentro del anillo. 4n + 2. Donde n = 0, 1, 2, 3, 4,... Ejemplo: 104 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Catión ciclopropenilo n=0 4(0) + 2 = 2 electrones π. Ejemplo: Pirrol N H n=1 4(1) + 2 = 6 electrones π. b. Estructura plana La estructura plana indica que necesariamente deben presentarse orbitales tipo sp2 en el anillo, de tal manera que haya un mayor traslape de estos. c. Dobles enlaces conjugados dentro del anillo Los sistemas lineales no son aromáticos. d. Reacciones de Sustitución Aromática, Nucleofílica Ejemplos: 105 ya sea Electrofílica o UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Sustitución electrofílica aromática del pirrol O H3C Cl AlCl3 N CH3 N H H O Pirrol Sustitución electrofílica aromática del indol NO RONO N Indol N H H LECCIÓN 18: REACTIVIDAD DE HETEROCICLOS AROMÁTICOS Los heterociclos dan reacciones de Sustitución, nunca de Adición, pues se perdería la estabilización por resonancia. Sin embargo, según el tipo de heterociclo la reacción preferente tendrá modos opuestos: los de sies miembros actúan de electrófilos y los de cinco miembros de nucleófilos. 106 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 18.1. Reacción de Sustitución Nucleofílica Aromática Los nucleófilos pueden efectuar reacciones de sustitución sobre un anillo aromático si el anillo aromático presenta, en posición orto o para, grupos fuertemente electrón-atrayentes. En el siguiente ejemplo, el átomo de cloro del 2,4-dinitroclorobenceno es sustituido por el grupo hidroxilo mediante la reacción del compuesto aromático con hidróxido sólido a elevada temperatura: El mecanismo de esta reacción se explica mediante el ataque nucleofílico del anión hidróxido al carbono del anillo aromático que soporta al grupo saliente. Esta reacción genera un complejo sigma aniónico. La carga negativa está deslocalizada sobre los carbonos orto y para y en estos carbonos se encuentran los grupos nitro 107 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA que ayudan a deslocalizar a la carga negativa por efecto inductivo y resonante. La pérdida del ion cloruro en el complejo sigma produce el 2,4-dinitrofenol. Mecanismo de la reacción de Sustitución Nucleofílica Aromática 1º. Formación del complejo sigma aniónico 2º. Eliminación del cloruro y formación del producto se sustitución Si no hay grupos electrón-atrayentes en las posiciones orto y para no es posible la estabilización del intermedio aniónico sigma y la reacción de sustitución nucleofílica aromática no tiene lugar. 108 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 18.2. Reacción de Sustitución Nucleofílica Aromática La reacción más común de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática; esto es, un electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos: E H H H + H H H + + E H H H+ H H H Se puede introducir en el anillo aromático muchos sustituyentes diferentes por reacciones electrofílicas de sustitución. Si seleccionamos los reactivos apropiados, es posible halogenar el anillo aromático, nitrarlo, sulfonarlo o acilarlo. Pordemos partir de materiales sencillo y preparar millares de compuestos aromáticos sustituidos. SO3H R NO 2 O X H R 109 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 19: HETEROCICLOS DE CINCO MIEMBROS Dentro de estas estructuras se encuentran el pirrol, furano y tiofeno. N O S H Pirrol Furano Tiofeno Si se examina la molécula de pirrol, se observa como el momento dipolar resultante se encuentra hacia dentro del anillo. El par de electrones sobre el nitrógeno está involucrado en la aromaticidad. Esto tiene consecuencias bien interesantes, la primera de ellas es que la molécula deja de ser básica, ya que el par de electrones no está disponible para formar enlace; y la segunda es que el anillo presenta alta densidad electrónica (los carbonos se encuentran ricos en electrones; de manera similar, ocurre con el furano y el tiofeno), favoreciéndose la reacción de Sustitución Electrofílica Aromática (SEAr.) = momento dipolar N H Sustitución Electrofílica Aromática (SEAr) Al colocar a reaccionar el pirrol (furano o tiofeno) con un electrófilo, éste puede sufrir Sustitución Electrofílica Aromática (SEAr). 110 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA El proceso consiste en determinar, mediante estructuras resonantes, la posición donde se va a presentar la sustitución. Observe las diversas estructuras resonantes que resultan para determinar la posición donde se da la sustitución. El pirrol presenta dos posiciones en las cuales podría pensarse que es posible llevar a cabo la reacción de sustitución electrofílica. -Tres estructuras resonantes H E N H N1 E (3) H N E H -Carga sobre el heteroátomo (2) H E N H 3 2 E N -Dos estructuras resonantes E Pirrol E E H No se da la reacción N N N H H H -Carga sobre el heteroátomo E = Electrófilo Claramente se advierte, en ambos casos, que se obtiene carga sobre el heteroátomo favoreciéndose la estabilidad de la misma; sin embargo, la reacción de sustitución en la posición 2 se ve beneficiada sobre la posición 3, debido al mayor número de estructuras resonantes que contribuyen con el híbrido de resonancia. De igual manera que para en el pirrol, la reacción de SEAr en el furano o el tiofeno, se dará en la posición 2 y no en la posición 3. 111 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Sustitución Electrofílica Aromática en HETERO-CICLOS CON ANILLOS FUSIONADOS Observe el Indol. Cuando se estudia este tipo de estructuras, se pueden distinguir dos partes: una es el anillo bencénico, la otra es el anillo que presenta el heteroátomo. Anillo bencénico Anillo heterocíclico 4 5 3 6 N1 7 momento dipolar 2 H M ás rico en electrones. Como se aprecia en la figura, el heteroátomo presenta un par de electrones que los aporta para conseguir la aromaticidad, esto hace que éste anillo en particular sea rico en electrones, lo cual facilita el ataque electrofílico. Pérdida de la aromaticidad en el anillo bencénico N 3 N1 2 E (2) E H N E H (3) E H Indol N H E = Electrófilo 112 E N H Se conserva la aromaticidad en el anillo bencénico UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Hay un hecho interesante en este ejemplo, y es que la sustitución sobre el anillo heterocíclico puede afectar la estabilidad del anillo bencénico adyacente. En la sustitución en posición 3 se conserva la aromaticidad del anillo bencénico, caso contrario se encuentra cuando se realiza la sustitución en posición 2. Por lo tanto, la sustitución electrofílica aromática del indol (SEAr), sólo se dará en la posición 3. La sustitución sólo se da en la posición 3 E H N H Preste atención a la estructura de la Quinolina. El anillo donde se encuentra el heteroátomo es deficiente en electrones, por lo cual la reacción de sustitución electrofílica aromática sólo se podrá dar en el anillo bencénico. Mediante estructuras resonantes se puede establecer la posición de la sustitución. Se conserva la aromaticidad en el anillo heterociclo E 5 4 6 3 7 8 E N E 2 N (5) N (6) 1 Quinolina E E N E = Electrófilo N Pérdida de la aromaticidad en el anillo heterociclo 113 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Las posiciones 5 y 8 del anillo son equivalentes, lo mismo ocurre con las posiciones 6 y 7. Como en la sustitución sobre la posición 6 (ó 7) se pierde la aromaticidad del anillo heterociclo, la sustitución electrofílica aromática (SEAr) sólo se dará en las posiciones 5 y 8. Posición 5 E H N Posición 8 H N E Síntesis Todos los heterociclos de cinco miembros son formalmente enoles de compuestos 1,4-dicarbonílicos que se les hace reaccionar con el apropiado heteroátomo (H2O, NH3, H2S, S2-). 114 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA A su vez el compuesto 1,4-dicarbonílico podría provenir de la alquilación de un enol con un α- carbonilcompuesto. Ejemplo: Heterociclos fusionados a anillos bencénicos, presentan reactividad similar a la de los heterociclos sin fusionar, aunque la posición β es ahora algo más reactiva. LECCIÓN 20: HETEROCICLOS DE SEIS MIEMBROS PIRIDINA. Al observar la molécula de piridina se infiere que el momento dipolar resultante se encuentra fuera del anillo. Esto se da como consecuencia de la diferencia de electronegatividad entre el nitrógeno y el carbono, lo cual hace que el anillo se encuentre deficiente en electrones y por lo tanto la piridina pueda sufrir reacciones de sustitución nucleofílica aromática (SNAr). = momento dipolar N 115 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una piridina halogenada puede presentar diversos puntos de sustitución por parte de un nucleófilo. Examine el ataque nucleofílico y determine las diferentes estructuras resonantes. Sustitución en posición 2 4 3 5 6 N Nu X 1 Nu X N Nu X N N Piridina Carga sobre el heteroátomo X N Nu = Nucleófilo Nu X = Grupo saliente: Cl, Br, I. Sustitución en posición 4 X 5 6 3 N 1 2 X Nu X Nu X Nu N N N Nu Carga sobre el heteroátomo Nu X N 116 Nu X UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Las estructuras con sustitución 2 y 4, presentan deslocalización de la carga negativa sobre el heteroátomo (lo cual estabiliza la carga), por lo tanto éstas son las posiciones donde se presenta la sustitución nucleofílica. La sustitución en posición 3 se dificulta, pues no presenta deslocalización de la carga sobre el heteroátomo. Sustitución nucleofílica Aromática en HETERO-CICLOS CON ANILLOS FUSIONADOS Observe de nuevo la Quinolina. Al igual que en el indol, se pueden distinguir dos partes, una es el anillo bencénico y la otra es el anillo con el heteroátomo. Anillo bencénico Anillo heterocíclico 4 5 3 6 7 N1 8 Rico en electrones. 2 momento dipolar Deficiente en electrones Como lo muestra la figura, el par de electrones sobre el heteroátomo no interviene en la aromaticidad; como la electronegatividad del nitrógeno es mayor que la del carbono, hace que el heteroátomo saque carga del anillo tornándolo deficiente en electrones, lo cual explica que se pueda dar ataque nucleofílico en esta parte del heterociclo. 117 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Sustitución en posición 2 4 4 3 N1 3 Nu X Nu X N1 Carga sobre el heteroátomo X N Nu Nu = Nucleófilo X = Grupo saliente: Cl, Br, I. Sustitución en posición 4 X 3 N1 X Nu X Nu N N Nu 2 Carga sobre el heteroátomo Nu X N 118 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Al igual que en la piridina, las estructuras con sustitución 2 y 4 presentan deslocalización de la carga negativa sobre el heteroátomo, por lo tanto, estas son las posiciones donde se da la reacción de sustitución nucleofílica. La posición 3 presenta dificultad para efectuar la reacción de sustitución nucleofílica aromática. Síntesis La retrosíntesis de piridinas y piridonas da lugar a compuestos dicarbonílicos, los cuales pueden obtenerse por condensación aldólica o de Claisen. Ejemplo: Piridinas fusionadas a anillos aromáticos, tales como: Quinoleina e Isoquinoleina, muestran reactividad similar al heterociclo sin fusionar. Se sintetizan de anilinas por acilación de FriedelCrafts. 119 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 120 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO 5 – HETEROCICLOS II LECCIÓN 21: HETEROCICLOS DE DOS O MÁS HETEROÁTOMOS Los heterociclos conocidos con dos o más heteroátomos son los que se obtienen por sustitución de uno o más centros “CH” por “N”, los cuatro más conocidos: Piridina, tiofeno, pirrol y furano. Con lo que podemos obtener tres diazinas de la piridina, y dos azoles de cada tipo de heterociclo de cinco miembros. Las diazinas son más reactivos al ataque nucleofílico y menos reactivos al ataque electrofílico que la piridina. Son también menos básicas. Los azoles exhiben un balance entre la reactividad a electrófilos mostrada por los heterociclos de cinco miembros simples, y la aceptación de nucleófilos tipo cetona característica de la piridina, y en general de todos los anillos que contienen el enlace C=N. En cuanto a la síntesis: Los 1,2-diazoles, oxazoles y diazinas se logran vía NH2OH ó NH2-NH2 con el compuesto1,3- ó 1,4-dicarbonílico correspondiente. 121 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Los 1,3-diazoles y diazinas son sintetizados de amidas, tioamidas o amidinas con α-halocetonas o compuestos 1,3-dicarbonílicos. LECCIÓN 22: SÍNTESIS HETEROCICLOS CON NITRÓGENO 22.1. PIRROL Los pirroles son sintetizados por diferentes reacciones, a continuación se describirán las más características de estas: H N PIRROL Síntesis de Hantzsch Es la formación de derivados de pirrol desde α-clorometilcetonas, β-cetoésteres y amoniaco o aminas. 122 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Cl CO 2Et CO 2Et + NH3 + Me O + H2O + HCl O Me Me Me N H Síntesis de Paal-Knorr Es la formación de pirroles por ciclación de compuestos 1,4-dicarbonilos con amoniaco o aminas primarias. R´ R R´ R O O OH HO NH3 R N R´ H 1,4-Dicarbonilo Síntesis de Knorr Es la formación de derivados del pirrol por condensación de α-aminocetonas como tales o generadas in situ desde isonitrosocetonas con compuestos carbonilo conteniendo grupos activos α-metileno. R O O + R´ NH2 -Aminocetona R OEt Base Base R´ O R´´ CO 2Et N H -Cetoéster 123 R´´ UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 22.1.1. DESCONEXIÓN DE PIRROLES Dependiendo del tipo de estructura que se tenga, hay varias formas de desconectar un pirrol. Forma 1 Desconexión a α-halocetona, amoniaco y β-cetoéster CO2R2 CO2R2 Cl R + R1 N R NH3 O + O R1 H -Clorocetona -Cetoéster Forma 2 Desconexión a 1,4-dicarbonilo y amoniaco R R1 OH HO R N H R1 IGF R R1 + O O NH3 1,4-dicarbonilo Forma 3 Desconexión a α-aminocetona y β-cetoéster. 124 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O R R R1 N O OR3 + R2 R1 H NH2 O -aminocetona R2 -cetoéster 22.2. PIRIDINA Las piridinas son sintetizadas por diferentes reacciones, a continuación se describirán las más características de estas: N PIRIDINA Síntesis De Chichibabin Consiste en la condensación de compuestos carbonilo con amoniaco o aminas, bajo presión, para formar derivados de piridina; la reacción es reversible y produce diferentes derivados de piridina con algunos productos no deseados. R 3 RCH2CHO + NH3 R 125 R N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis Desde β-Cetoéster O O MeO2C CH2O Me OMe -Cetoéster H4N AcO Me CO2Me N Me H MeO2C D.D.Q Me CO2Me N Me DDQ: Diciano dicloro quinona. Rearreglo de Ciamician-Dennstedt Consiste en la expansión del anillo de pirrol por calentamiento con cloroformo, u otro compuesto halogenado, en solución alcalina. El diclorocarbeno intermediario, al adicionarse al pirrol, forma un dihalogenociclopropano inestable el cual se rearregla a una 3-halopiridina. Cl CCl2 N H RO Cl N Cl HCl RO N H 126 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Reacción de Reimer-Tiemman con Pirrol La reacción de Reimmer-Tiemann con pirrol (ebullición con cloroformo y potasa alcohólica) da una mezcla de 2-aldehído pirrol y 3-cloropiridina. El cloroformo primero es deshalogenado a diclorocarbeno, el cual reacciona con el anión o la molécula neutra de pirrol. CCl2 N N H H 2-aldehído H CCl2 Cl N H Cl Cl Pirrol N N 3-cloropiridina H 22.2.1. CHO DESCONEXIÓN DE PIRIDINAS Hay diversas maneras de desconectar piridinas. Forma 1 Desconexión a aldehído y amoniaco. R R IGF R N 3 RCH2CHO + NH3 127 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Forma 2 Desconexión a β-cetoéster, sal de amonio y formaldehído. MeO2C CH2O OMe CO2Me IGF O Me N OMe Me O + Me O O Me H4N AcO Forma 3 Desconexión de 3-cloropiridina a pirrol. Cl N N H 22.3. INDOL Los indoles son sintetizadas por diferentes reacciones, a continuación se describirán las más características de estas: H N INDOL 128 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis De Reissert Consiste en la condensación de o-nitrotolueno con éster oxálico, reducción de la amina, y ciclación al indol. CH3 CH2COCO2Et (CO2Et)2 NaOEt Zn, AcOH NO2 NO2 CO 2H N CO 2 N H H Síntesis De Fischer Es la formación de indoles por calentamiento de arilhidrazonas de aldehídos o cetonas en la presencia de un catalizador. El cloruro de cinc es el catalizador más frecuentemente usado, pero también se pueden utilizar otros haluros metálicos, ácidos próticos y de Lewis y ciertos metales de transición. R` CH2R` ZnCl2 NH N C R N R H Arilhidrazona Indol 129 + NH3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Para ver esta reacción desde un punto de vista más amplio se puede desglosar, iniciando con la preparación de la fenilhidrazina y posteriormente haciendo reaccionar esta última con un aldehído o una cetona para formar la arilhidrazona respectiva, la cual en presencia del catalizador, formaría finalmente el compuesto indólico. Síntesis de Fischer de Fenilhidrazina Esta consiste en la formación de arilhidrazinas por reducción de compuestos diazo con exceso de sulfito de sodio e hidrólisis en ácido clorhídrico de la hidrazina sustituida de la sal del ácido sulfónico. El proceso es un método estándar para la producción de arilhidrazinas. NaSO3 ArN2 ArN NSO3Na NaHSO3 SO3Na ArNNHSO3Na HCl ArNHNH2 Síntesis de Fenilhidrazona desde un Aldehído O + Fenilhidrazina H3C H H + NHNH2 H3C H Propanal Acetaldehído 130 N N H Fenilhidrazona UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis de Fischer Una vez formada la fenilhidrazona, ésta se tautomeriza produciendo enamina. Luego ocurre desplazamiento sigmatrópico [3,3], el cual rompe el enlace sigma de la posición 1,1, formándose uno nuevo en la posición 3, 3. H 3 Tautomerismo 3 H2C H 2 H 3, 3 2 NH N1 1 NH NH Desplazamiento sigmatrópico H Claramente se observa la pérdida temporal de la aromaticidad sobre el anillo bencénico, lo que implica la inmediata salida de un protón para recuperarla. Posteriormente se produce el ataque nucleofílico del nitrógeno sobre el carbono del enlace imino, formando el heterociclo de cinco miembros. H H NH NH2 N NH2 H El medio ácido hace que se produzca la salida de una molécula de amoníaco, formándose el respectivo indol. H H + H H N NH3 N H H Indol 131 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis de Fenilhidrazona desde una Cetona Formación de la fenilhidrazona O H3C Fenilhidrazina CH3 H + NHNH2 H3C + CH3 N Propanona N H Fenilhidrazona Síntesis de Fischer La fenilhidrazona se tautomeriza para formar la enamina. Para el caso de cetonas asimétricas, se debe tener cuidado al realizar el tautomerismo, pues éste producirá la enamina más sustituida. H 3 Tautomerismo 3 H2C 2 CH3 CH3 3, 3 2 NH N1 1 NH NH Desplazamiento sigmatrópico H CH3 NH NH2 CH3 N H 132 NH2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H H + CH3 H N CH3 NH3 N H 22.3.1. H 2-M etilindol DESCONEXION DE INDOLES Hay diversas maneras de desconectar piridinas. Forma 1 Desconexión a 2-nitrotolueno IGF CO2H N N H H CH2COCO2Et NO2 IGF IGF CH3 NO2 Forma 2 Quizá la forma más simple de desconectar un indol es formando compuesto carbonilo y anilina. 133 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Desconexión en anilina y compuesto carbonilo Cuando se efectúa la desconexión de un indol, se enfoca la atención sobre el doble enlace del anillo heterocíclico, el cual se interconvierte en alcohol. R` R` R IGF R N N H H O H Indol Una vez se obtiene el alcohol, éste es transformado en carbonilo. Luego se rompe el enlace de unión al anillo. R` R + O NH2 NH2 Anilina R R` O Aldehído o cetona 22.4. QUINOLINA Las piridinas son sintetizadas por diferentes reacciones, a continuación se describirán las más características de estas: N QUINOLINA 134 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Reacción de Skraup Consiste en la síntesis de quinolinas desde aminas aromáticas, glicerol, agente oxidante y ácido sulfúrico. CH2OH + H2SO4 PhNO2 CHOH NH2 N CH2OH La formación de quinolina probablemente toma lugar a través de las siguientes etapas: A) El glicerol y el ácido sulfúrico reaccionan para dar acroleína HO OH Oxid. O H HO Glicerina Aceptor de Michael Acroleína Oxid: H2SO4 B) Adición de anilina a acroleína para formar el aldehído β-fenilamino propiónico (I). C) Cierre del anillo de (I), seguida de deshidratación para producir la dihidroquinolina (II). D) Oxidación de la dihidroquinolina, por el nitrobenceno, a quinolina (III). El nitrobenceno se reduce a anilina y reacciona de nuevo. 135 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H O O H + H + H NH2 Anilina N Aceptor de M ichael O H O H O H H + H H + H H N N N H H H (I) O H 1) H2O 2) Oxid. PhNO2 N N H H Quinolina ( II ) N ( III ) Reacción de Doebner-Miller. Método de Beyer La síntesis implica la preparación de quinolinas, catalizado con ácido, desde aminas aromáticas primarias y un compuesto carbonilo α,β-insaturado. Cuando 136 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA este último es preparado in situ desde dos moléculas de aldehído o un aldehído y metilcetona, la reacción es conocida como el Método de Beyer para quinolinas. O NH2 N R Carbonilo insaturado Anilina + H H + R Quinolina Síntesis de Combes Implica la formación de quinolinas por condensación de β-dicetonas con arilaminas primarias seguida por el cierre del anillo, catalizado por ácido, de la base de Schiff intermediaria. R1 R1 + NH2 Anilina O H 2O O O N R -Dicetona R1 H2SO 4 H2O N Quinolina 137 R R UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Reacción de Pfitzinger Es la formación de quinolinas sustituidas en posición 4 por ácido carboxílico, debido a la condensación de ácido isático desde isatina con compuestos carbonilo α-metileno; la subsecuente descarboxilación proporciona quinolinas. R1 O COOH O O O R N NH2 H ácido isático Isatina COOH R1 R1 N N R R Quinolina sustituida Síntesis de Niemetowski Consiste en la reacción del ácido antranílico con una cetona que posea metileno en carbono α. OH COOH R1 R´ + NH2 + O R N 138 R 2 H2O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis de Camps Consiste en la formación de hidroxiquinolinas desde aminoacetofenonas oaciladas en presencia de hidróxido de sodio alcohólico. Se producen dos isómeros, cuya proporción relativa es determinada principalmente por el residuo sobre el nitrógeno del grupo amino. CH3 O N HO R O H CH3 OH OH R N 22.4.1. OH N R DESCONEXION DE QUINOLINAS Hay diversas maneras de desconectar Quinolinas. Forma 1 Se interconvierte el doble enlace en alcohol y posteriormente se desconecta a compuesto carbonilo α,β-insaturado (aceptor de Michael) y anilina. 139 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H O IGF N R N R H O + H NH2 R Forma 2 Interconversión de los dobles enlaces en alcoholes y posterior desconexión a un compuesto 1,3-dicarbonilo. H O R 1 R1 IGF N R N R O H H R1 + NH2 140 O O R UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Forma 3 Interconversión a grupo carboxilo y posteriormente a α-cetoácido. Finalizando en isatina. COOH R1 N Quinolina sustituida R1 IGF R N IGF R O COOH R1 + O O O NH2 N R H Isatina Forma 4 Interconversión de los dobles enlaces en alcoholes. Formación de carbonilos de tal manera que se genere 2-aminobenzaldehído y cetona. O R N H R IGF R1 R1 N Quinolina sustituida H 141 O H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O R H + O NH2 2-aminobenzaldehído R1 cetona Forma 5 Interconversión del alcohol en carbonilo y del doble enlace en alcohol. Ruptura para formar ácido antranílico y cetona. O OH R1 R1 IGF R N N R O H H R1 COOH + NH2 O R Forma 6 Interconversión para formar carbonilo cetónico y amida. Posterior ruptura de la amida para generar 2-aminoacetofenona y anhídrido 142 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CH3 R N O OH CH3 O IGF CH3 R NH2 + OH N O H N O R O O R R 22.5. ISOQUINOLINAS N ISOQUINOLINA Reacción de Bischler-Napieralski Es la ciclodeshidratación de 2-feniletilamidas a derivados 3,4-dihidro-isoquinolinas por medio de agentes condensantes tales como pentóxido de fósforo o cloruro de cinc. 143 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA HN P2O5 o ZnCl2 O + N CH3 H2O CH3 La posterior oxidación, genera el compuesto aromático. Pd N + H2 CH3 Reacción de Pomeranz-Fritsch (Modificación De Schlittler-Müller) Es la formación de isoquinolinas por ciclación catalizada por ácido de benzalaminoacetales preparados desde aldehídos aromáticos y aminoacetal; en la Modificación de Schlittler-Müller los materiales de partida son bencilaminas y el glioxalsemiacetal. OEt OEt H + HN 2 OEt OEt N O O + H H + 2 EtOH N 144 N UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Modificación de Schlittler-Müller Se mezcla bencilamina y glioxalsemiacetal lo que produce una base de Schiff. La reacción posterior en ácido sulfúrico da como producto la isoquinolina. OEt O NH2 + OEt OEt H N OEt R R + H N + 2 EtOH R Síntesis Pictet-Gams Consiste en la formación de isoquinolinas por ciclación de carbinoles amino metil fenil acilados o sus éteres con pentóxido de fósforo en tolueno o xileno. OH P2O5 O N NH R R 145 + 2 H2O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis Pictet-Spengler Consiste en la formación de derivados de tetrahidroisoquinolinas por condensación de 2-ariletilaminas con compuesto carbonilo y ciclación de la base de Schiff formada. RO RO + R1CHO NH2 RO N RO R1 RO HCl N RO R1 Tetrahidroisoquinolina Rearreglo de Gabriel-Coleman (Síntesis de Gabriel de Isoquinolina) Consiste en la formación de derivados de isoquinolina o benzotiazinas sustituidas por la acción de alcóxidos sobre el ácido ftalimidoacético o ésteres de sacarina o cetonas. O O O NK OR OR + N Cl O Ftalimida de Potasio O -Haloéster 146 O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA OH O OR NaOEt N R 22.5.1. DESCONEXIÓN DE ISOQUINOLINAS Forma 1 Se inicia con interconversión de los dobles enlaces en alcohol, O H IGF N NH O H Posteriormente desconexión a benzaldehído y aminoacetaldehído. O H + O 147 H2N H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Forma 2 Interconversión del doble enlace a alcohol, luego carbonilo y desconexión para formar la amida. IGF N NH H O Me Me 1-M etilisoquinolina Desconexión de la amida en arilamina y cloruro de acetilo O IGF NH O IGF + Me NH2 Cl Me Interconversión de la amina en nitrilo, cloruro de bencilo y benceno CN IGF Cl 148 IGF UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 22.6. IMIDAZOL N N H IMIDAZOL Reacción de Bredereck Cuando una α-halocetona se hace reaccionar con amida se forma un imidazol. R2 R2 O H2N + R1 N 2 O Cl R1 H N H -clorocetona Formamida Imidazol Reacción de α-Aminocetonas con Iminoésteres Las α-aminocetonas reaccionan con iminoésteres para producir imidazoles. NH2 R R OMe R O -aminocetona + N N R R H iminoéster 149 N H imidazol R UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 22.6.1. DESCONEXION DEL IMIDAZOL La desconexión del imidazol se puede realizar a una α-halocetona (o β-cetoéster) y dos moléculas de formamida R2 R2O2C O ó R1 R2 N R1 R1 Cl -clorocetona N O -cetoéster + H2N H 2 O H Formamida Imidazol 22.7. PIRAZINA N N PIRAZINA Síntesis De Gutknecht Es la ciclación de α-amino cetonas, producidas por la reducción de cetonas isonitroso para producir dihidropirazinas las cuales son deshidrogenadas con óxido de mercurio (I) o sulfato de cobre (II), o algunas veces con oxígeno atmosférico. 150 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O N 2 HNO 2 2 R 2 R R1 O 4 H2 NH2 2R N R1 R1 N R1 R1 O O R OH R N R1 R1 N R O H2 R Síntesis de Staledel-Rugheimer Consiste en la condensación de α-clorocetonas con amoniaco y posterior oxidación. Cl NH2 2 NH3 2 R H2O 2 O R N O R N R O R N R N OTRAS MANERAS DE PREPARAR PIRAZINAS Las pirazinas pueden ser obtenidas por condensación de derivados 1,2dicarbonilos con 1,2-diaminas. 151 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R NH2 O R R N R O R R N R + R NH2 O R N R R N R Las pirazinas se pueden sintetizar por deshidrogenación, en fase de vapor, desde la piperazina. La reacción se inicia con óxido de etileno y etilendiamina, posteriormente se cicla y deshidrogena. H N O + NH2 H2N HO NH2 H2O fase de vapor N HN NH 3H2 N Piperazina Una manera alterna de preparar piperazina y por ende pirazinas, es la reacción de anilina con dihaluro de alquilo, luego ácido nitroso, medio básico y oxidación. 152 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 2 PhNH2 Ph + Br 2 N N Ph HNO2 Br ON N N 2 HO NaOH NO NO + HN NH O N N 22.7.1. DESCONEXIÓN DE PIRAZINAS Forma 1 Formación de α-dicetona y 1,2-diamina R R1 N N R1 R IGF H H O N R1 R O R1 O R R1 + O H 153 N R H2N R1 H2N R H UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Forma 2 Conversión a α-aminocetona y α-halocetona H N R R N IGF N R R N IGF R H O N O H N R H NH2 O R + R O H2N IGF O R Cl 22.8. PIRIDAZINA N N PIRIDAZINA Las piridazinas generalmente son obtenidas desde hidrazina y un compuesto dicarbonilo apropiado. La piridazina puede ser sintetizada desde el anhídrido maleico e hidrazina, el primer producto es el tautómero. La reacción del tautómero con PCl3/POCl3, sustituye los hidroxilos por cloros. Finalmente los átomos del halógeno son reemplazados por hidrógeno. 154 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O NH H2NNH2 O OH N tautom. NH O Anhidrido maléico N O OH Cl PCl3 N POCl3 N N H2, Pd, C N Piridazina Cl 22.8.1. DESCONEXIÓN DE PIRIDAZINAS Forma 1 La piridazina se puede desconectar hasta anhídrido e hidrazina. Se inicia con la interconversión de los dobles enlaces en alcoholes y de allí al anhídrido. H N O IGF NH N NH Piridazina H 155 O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O + O H2NNH2 Hidrazina O Anhídrido maleico Forma 2 La piridazina se puede desconectar hasta el compuesto 1,4-dicarbonilo e hidrazina. H N O NH IGF NH N Piridazina H O O H H O 1,4-dicarbonilo 156 + H2NNH2 Hidrazina UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 23: SÍNTESIS HETEROCICLOS CON AZUFRE 23.1. TIOFENO S TIOFENO Ciclación de Volhard-Erdmann Es la síntesis de alquil y ariltiofenos por ciclación del succinato disódico u otro compuesto 1,4-difuncional (γ-oxo ácidos, 1,4-dicetonas, ésteres cloroacetilos sustituidos) con heptasulfuro de fósforo. O Na O R R1 R P 4S 7 O Na O R1 S Tiofeno Síntesis de Paal-Knorr Esta síntesis es muy versátil tanto para la preparación de furanos como de pirroles. Para la producción de tiofenos consiste en la ciclación de compuestos 1,4-dicarbonilos por destilación con P4S7. 157 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R O P 4S 7 destil. R´ O R R´ S Síntesis Desde Acido Múcico La reacción del ácido múcico con sulfuro de bario y calor da como resultado la formación de tiofeno, óxido de bario, dióxido de carbono y agua. HO2C(CHOH)4CO2H + BaS + BaO + CO2 + H2O S Acido Múcico Síntesis Industrial El tiofeno puede ser sintetizado en gran escala por la pirólisis de n-butano con azufre. CH3CH2CH2CH3 n-Butano 23.1.1. + S 560 ºC + H2S S DESCONEXION DEL TIOFENO Se inicia con la interconversión de los dobles enlaces en alcoholes. Posteriormente la formación de carbonilo genera el compuesto 1,4-dicarbonilo, y se libera azufre. 158 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R R1 R R1 IGF H O S O S H Tiofeno R R1 H H O + S O 1,4-dicarbonilo 23.2. BENZOTIOFENO S La preparación de benzotiofeno se puede realizar de diversas formas. Síntesis en Fase de Vapor Et H2S CrO 3Al2O 3 Etilbenceno 159 S UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis desde Bencenotiol La reacción de bencenotiol con acetileno produce benzotiofeno. HC CH 600-650 oC S SH Bencenotiol Reacción de Diels-Alder La reacción del anhídrido maleico (dienófilo) con un tiofeno apropiado (dieno) conduce a la formación de un anillo. Cambios posteriores dan como resultado el benzotiofeno. O O O O O O + S anhídrido maleico 2-viniltiofeno S 1)Descarboxilación 2)Deshidrogenación S 160 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis por Desplazamiento de Grupo La reacción de sustitución nucleofílica aromática entre el 2-nitrobenzaldehído y un éster azufrado, genera el benzotiofeno sustituido. CHO NO2 CHO HSCH2CO2Me Base O ºC DMF SCH2CO2Me CO2Me S SÍNTESIS DESDE CETONAS APROPIADAS La síntesis de benzotiofeno se puede realizar desde cetonas apropiadas que se ciclan en presencia de ZnCl2 ó H2SO4. R R O ZnCl2 S S 23.2.1. DESCONEXION DEL BENZOTIOFENO Forma 1. El benzotiofeno se puede desconectar a bencenotiol y acetileno. 161 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA + S HC CH SH Benzotiofeno Bencenotiol Acetileno Forma 2. Desconexión a una cetona azufrada. H R O IGF S R S Una vez se obtiene la cetona azufrada, ésta se puede desconectar a bencenotiol y α-halocetona. O R O R + S SH Cetona azufrada Bencenotiol 162 Cl -halocetona UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 24: SÍNTESIS HETEROCICLOS CON OXIGENO 24.1. FURANO O FURANO Síntesis De Feist-Benary Es la formación de furanos desde cetonas α-halogenadas o éteres y compuestos 1,3-dicarbonilos en presencia de piridina. Si se utiliza amoniaco, como agente de condensación, se producen pirroles. Me Cl -Halocetona CO2Et Piridina + Me CO2Et O O Me -Cetoéster + H2O + HCl O Me Síntesis De Paal-Knorr Esta síntesis es muy versátil tanto para la preparación de pirroles como de tiofenos. Para la preparación de furanos consiste en la ciclación de compuestos 1,4-dicarbonilos por tratamiento con H2SO4, P2O5 o ZnCl2. 163 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R´ R R´ R O O OH HO HNH 2SO 34 P2O5 R R´ O N H 1,4-Dicarbonilo Síntesis Desde Acido Múcico HO2C(CHOH)4CO2H + CaO Acido Múcico 24.1.1. + CaCO3 + H2O O DESCONEXIÓN DE FURANOS Forma 1 Interconversión de hidrógeno por un grupo éster. Conversión del doble enlace en alcohol. H H R R CO2Et O R O IGF IGF O R Furano 164 CO2Et R O R UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Ruptura con formación de α-halocetona y β-ceto éster. R O CO2Et + Cl O -halocetona R -ceto éster Forma 2 Ruptura y formación de enol. Interconversión del enol a ceto. R R R1 R1 O OH HO Furano IGF enol R R1 O O ceto 24.2. BENZOFURANO O BENZOFURANO 165 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Síntesis en Fase de Vapor La reacción de fenol con etileno y posterior utilización de óxidos de aluminio y hierro en presencia de sulfuro de cobalto, bajo condiciones vigorosas, produce el benzofurano. 170-180 ºC + CH2 CH2 OH O Fenol Al2O3/Fe2O3 CoS 650 ºC + H2 O Benzofurano Rearreglo de Perkin. Contracción del Anillo de Cumarina El calentamiento de 3-halocumarinas en presencia de álcali y su posterior descarboxilación, produce benzofuranos sustituidos. R R X O COOK KOH O OK X R R CO2 CaO Destil. O O 166 KX UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una explicación alterna a la obtención del benzofurano desde cumarina se puede advertir de la siguiente forma: - Adición del bromo sobre el doble enlace Br Br Br Br O H OH O O OH O Cumarina - Sustracción de protón, por parte de la base, y salida de bromuro Br Br Br + O H2O Br O O O - Ataque nucleofílico de la base, apertura del anillo lactónico y posterior cierre que involucra contracción del anillo Br Br O H O O OH O O 167 O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA - Descarboxilación para generar el benzofurano Br CO2 CaO Destil. O O Benzofurano Reacción de Claisen O O O R + R CH2COEt OEt O Br O Na O HO R R RO H2O CO2Et CO2Et O O Rearreglo de Claisen 3 + OH CH2 C CH2 Cl K2CO3/Me2CO 3 2 Cl 168 H2C 2 Cl CH2 O1 1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H Cl 3, 3 Desplazamiento sigmatrópico O Cl CH2 CH2 OH Cl O 24.2.1. CH3 CH3 O DESCONEXIÓN DE BENZOFURANOS Forma 1. Conversión a fenol y α-halocetona Benzofurano R IGF R O OH H O Enol R O + O OH OH Fenol 169 Cl R UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Forma 2. Conversión a Cumarina IGF O O O Forma 3. Conversión a salicilaldehído y α-haloéster IGF IGF CO2Et O O O O H H CO2Et O OEt O O O H OH 170 + OEt Br O UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA 24.3. CUMARINA O CUMARINA O Acilación de Kostanecki Es la formación de cromonas o cumarinas por acilación de o-hidroxiaril cetonas con anhídridos alifáticos ácidos, seguido de la ciclación. Cromona O O O CH3 R O R O R O CH3 OH R O O Cumarina Condensación de Pechmann Consiste en la síntesis de cumarinas por condensación de fenoles con βcetoésteres en presencia de un ácido de Lewis como catalizador. 171 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Me Me + O O OH CO 2Et O O Me AlCl3 O 24.3.1. O DESCONEXIÓN DE CUMARINAS Para realizar la desconexión de una cumarina, se debe enfocar en el doble enlace carbono-carbono, el cual se encuentra conjugado con el carbonilo. La interconversión se hace a alcohol. Para ello se debe tener en cuenta de ubicar el grupo hidroxilo en posición β al carbonilo. Esto porque los compuestos carbonilos α, β -insaturados se forman por la deshidratación de aldoles. O O H IGF O O O Cumarina Una vez formado el alcohol, éste es convertido en carbonilo, formando aldehído y un éster. La posterior desconexión conduce al salicilaldehído y al anhídrido acético. 172 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O O H Me O H O + OH O O Salicilaldehído Me O Me Anhídrido acético LECCIÓN 25: IMPORTANCIA DE LOS HETEROCICLOS Los compuestos Heterocíclicos son comunes en química orgánica y muchos tienen propiedades importantes. Por ejemplo, el antibiótico penicilina. La mayoría de los pigmentos de las plantas y animales son tetrapirroles cíclicos. En el campo de la bioquímca, podemos citar las bases púricas y pirimidínicas que constituyen el código del DNA, que determina las características genéticas de todos los seres vivos: 173 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Las vitaminas que actúan en el cuerpo como los sitios activos de las enzimas, las cuales controlan la mayor parte de las reacciones metabólicas. No solo los heterociclos procedentes de fuente natural exhiben actividades fisiológicas. También los sintéticos se han utilizado como drogas y antibióticos en medicina. 174 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA CAPITULO 6 – POLIMEROS LECCIÓN 26: GENERALIDADES DE POLÍMEROS Los polímeros se han utilizado desde el principio de la civilización humana. Las herramientas prehistóricas y los refugios se hacían en madera y de paja. Estos dos materiales de construcción contienen celulosa, biopolímero de la glucosa. La ropa se hacía de la piel y el pelo de los animales que contiene proteína, biopolímero de los aminoácidos. Después de que aprendiera a utilizar el fuego, se empezaron a hace utensilios de cerámica y de vidrio, utilizando polímeros inorgánicos naturales. Un polímero es una molécula de masa molecular elevada que está formado por muchas unidades más pequeñas llamadas monómeros, que se van repitiendo, enlazándose unas a otras. Hoy en día cuando se habla de polímero generalmente se hace referencia a polímeros orgánicos sintéticos en vez de biopolímeros orgánicos naturales como el ADN, la celulosa y las proteínas. O a polímeros inorgánicos como el vidrio y el hormigón. El primer polímero orgánico sintético se obtuvo en 1838, poco después de que el estireno fuera sintetizado y purificado. El descubrimiento de estireno fue inevitable, ya que el estireno polimeriza espontáneamente no se que se añada estabilizante. En 1839, Charles Goodyear descubrió como transformar la resina polimérica de aspecto gomoso de árbol de caucho en un material fuerte y elástico, por calentamiento con azufre. El caucho vulcanizado revolucionó rápidamente la fabricación de botas, neumáticos para utomoviles e impermeables. Principalmente hay dos clases de polímeros: polímeros de adición y polímeros de condensación. Los polímeros de adición se obtienen a partir de la adición rápida 175 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA de una molécula a una cadena de polímeros en crecimiento, generalmente con un intermedio reactivo (catión, radical o anión) en el extremo de crecimiento de la cadena. A los polímeros de adición a veces también se les conoce como polímero de crecimiento de cadena, ya que el crecimiento generalmente se produce en el extremo de una cadena. Los monómeros generalmente son alquenos y la polimerización implica adiciones sucesivas a los dobles enlaces. Los polímeros de condensación se obtienen mediante la condensación (formación de enlaces con pérdida de una molécula pequeña) entre los monómero. Las condensaciones más frecuentes implican la formación de amidas y ésteres. A estos se les denomina polímeros de crecimiento por pasos o etapas, ya que cualquier par de moléculas de monómeros puede reaccionar dando lugar a un paso en la condensación. LECCIÓN 27: REACCIONES POLIMÉRICAS La reacción química por la cual se obtienen los polímeros se denomina polimerización. Existen muchas de estas reacciones y son de distintas clases. Pero todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que luego se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. Llamamos monómeros a esas moléculas pequeñas. Las reacciones de polimerización se pueden clasificar del modo siguiente: 27.1. POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN Muchos alquenos experimentan polimerización de crecimiento de cadena cuando se tratan con pequeñas cantidades de iniciadores apropiados: 176 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Polimero Utilización Formula del Unidad monomero de repetición del polímero Polietileno Botellas, bolsas, H2C CH2 CH2 CH2 n películas Polipropileno CH3 Plástico, fibras H2C CH3 CH CH2 n Poliestireno Plástico, espumas CH2 CH n aislantes H2C Policloruro Cl de Plásticos vinílicos, vinilo H2C películas, tubos Cl C CH2 n Cl Poliacrilonitrilo Fibras de CN orlón, H2C acrilán N C CH CH2 n 27.1.1. Polimerización radicalaria La polimerización radicalaria se produce cuando se calienta un alqueno apropiado con un radical iniciador. Por ejemplo, el estireno polimeriza a poliestireno cuando se calienta a 100°C en presencia de peróxido de benzoílo. Las longitudes de las cadenas poliméricas dependen del número de adiciones de monómeros que se produzcan antes de que la etapa de terminación pare el proceso. Los polímeros 177 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA fuertes con masas moleculares elevadas se obtienen en condiciones que favorezca el rápido crecimiento de la cadena y minimicen los pasos de terminación. Eventualmente la reacción en cadena se para, bien por el acoplamiento de dos cadenas o por la reacción con una impureza (como el oxigeno), o simplemente por agotamiento del monómero. Ejemplo Preparación de radical iniciador O O O Ph Ph Calor O O 2 2 C + O Peróxido de benzoílo Radicales carboxilo Radicales fenilo Paso de iniciación El iniciador reacciona con el monómero para comenzar la cadena C H H Radicales fenilo CH H Estireno Radical bencílico 178 2CO2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Paso de propagación Se añade otra molécula de monómero a la cadena CH H Muchas más moléculas de estireno Ph Ph H Cadena en crecimiento Ph H Estireno CH2 CH n Poliestireno n= entre 100 y 10000 27.1.2. Polimerización Catiónica La polimerización catiónica se produce por un mecanismo similar al proceso radicalario, excepto en que implica a carbocationes como intermedios. Catalizadores fuertemente ácidos se utilizan para iniciar la polimerización catiónica. El BF3 es un catalizador particularmente efectivo, que requiere una pequeña cantidad de agua o de metanol como co-catalizador. Incluso cuando se secan cuidadosamente los reactivos, hay suficiente cantidad de agua presente para que se produzca el primer paso de iniciación del siguiente mecanismo: Pasos de iniciación: el catalizador protona el monómetro, iniciando la cadena. 179 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA F F B + F H - H2O B F F O F H CH3 H CH3 + + H C H CH3 H Isobutileno H F + CH3 - F B OH F Cadena iniciada Paso de propagación: se añade otra molécula del monómero a la cadena H CH3 + H CH3 CH3 H H CH3 C H H CH3 Cadena en crecimiento CH3 C H CH3 H H CH3 H Isobutileno 180 CH3 CH2 n CH3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una diferencia importante entre la polimerización catiónica y radicalaria es que en el proceso catiónico se necesita un monómero que forme un carbocatión relativamente estable cuando reaccione con el extremo catiónico de la cadena en crecimiento. 27.1.3. Polimerización anionica La polimerización aniónica tiene lugar a través de carbaniones como intermediarios. La polimerización aniónica efectiva requiere un monómero que produzca un carbanión estabilizado cuando reaccione con el extremo aniónico de la cadena en crecimiento. Un buen monómero para la polimerización aniónica debería contener al menos un grupo sustractor de electrones fuerte, como el grupo carbonilo, ciano o nitro. La polimerización aniónica generalmente se inicia por la acción de un reactivo similar a un carbanión fuerte, como un reactivo organolítico o un reactivo de Grignard. La adición conjugada del iniciador a la molécula de monómero inicia el crecimiento de la cadena. En las condiciones de polimerización, no hay ninguna fuente de protones disponibles, por lo que hay muchas unidades de monómeros que reaccionan antes de que el carbanión sea protonado. En las reacciones siguientes se presentan una polimerización aniónica de acrilonitrilo, iniciada por butillitio, para dar lugar a Orlón. Paso de iniciación: El iniciador se adiciona al monómero para formar un anión H Bu Li CN - C + H Butillitio H CN Bu H H Li + H Anión estabilizado Acrilonitrilo Paso de propagación: otra molécula de monómero se inserta en la cadena 181 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA N H CN - C Bu H H CN C H3C + H H CN CH H CN Cadena en crecimiento Acrilonitrilo CH2 n H Cadena enlogada 27.2. POLIMERIZACIÓN DE CONDENSACIÓN Los polímeros de condensación se obtienen a partir de la formación de uniones éster o amida entre moléculas disfuncionales. La reacción se denomina polimerización de crecimiento por pasos. Cualquiera de las dos moléculas de monómero puede reaccionar para formar un dímero, los dímeros pueden condensar para formar tetrámeros y así sucesivamente. Cada condensación es un paso individual en el crecimiento del polímero y no hay reacción en cadena. Se conocen muchos tipos de polímeros de condensación, como lo son las poliamidas, poliéster, policarbonatos y poliureatos. Por ejemplo: una amina (compuesto con grupo -NH2) reacciona con un ácido carboxílico (un compuesto que contiene el grupo -COOH) para formar un enlace entre el N y el C con formación de agua como se muestra en la siguiente reacción: O H R N H + H O C R' R H O N C R' + H2O En la formación de nylon, una diamina (compuesto con un grupo -NH2 en cada extremo) se hace reaccionar con un diácido (compuesto con un grupo -COOH en cada extremo). Por ejemplo el nylon 6,6 se forma cuando una diamina con 6 átomos de C reacciona con ácido adípico. 182 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA O n H2N CH2 NH2 + n HO 6 O CH2 C O * NH CH2 NH C 4 C OH O CH2 6 4 C + 2 n H2O n Ocurre una reacción de condensación cuando entre un extremo de la diamina y otro del ácido se elimina una molécula de agua y se forman enlaces N-C entre las moléculas. Polímero Estructura Usos Cantidad (109 [...]n ton/año en 1995) Polímeros condensación de -C-NH-R-NH-C-O-R´-OO Relleno espuma O de 0,7 para muebles, Poliuretanos aislamiento aplicado por aspersión, partes 183 de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA R,R’= por ejemplo: automóviles, calzado, -CH2-CH2- recubrimientos impermeables al agua Polietilentereftalato 1.7 -O-CH2-CH2-O-C- C- O O (un poliéster) Nylon 6,6 Muebles, -NH-CH2-NH-C-(CH2)4-CO 1.2 cortinas, ropa, fibras para alfombra, sedal para pescar LECCIÓN 28: METÁTESIS Los polímeros vinílicos no poseen dobles enlaces en su cadena principal. Ahora vamos a tratar sobre cómo partir de monómeros con dobles enlaces para obtener polímeros con dobles enlaces en su cadena principal. A estos polímeros los llamamos polialquenámeros. Una forma de obtener polialquenámeros es por medio de una ingeniosa reacción denominada metátesis olefínica. . 184 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA Una olefina es lo mismo que un alqueno, es decir, una molécula con un doble enlace carbono-carbono. La metátesis olefínica es obviamente una reacción que involucra olefinas. Para ser exactos, dos olefinas. Y transcurre así: los carbonos unidos por el doble enlace se intercambian para formar dos nuevas olefinas. Pero no resulta obvio que esta reacción pueda ser usada para hacer polímeros. De hecho, esta reacción fue descubierta en los años 20 y cincuenta años después los científicos idearon una manera de utilizarla en la obtención de polímeros. Pero tuvieron que pasar otros veinte años hasta que alguien hiciera algo útil con esta reacción. Y aunque el proceso demandó mucho estudio por parte de algunos químicos de polímeros, finalmente tuvo éxito. Los químicos idearon dos métodos para emplear la metátesis olefínica en la obtención de polímeros. Esas dos polimerizaciones se denominan polimerización metatésica por apertura de anillo (del inglés, ROMP) y polimerización metatésica de dienos acíclicos (del inglés, ADMET). 28.1. POLIMERIZACIÓN METATÉSICA DE DIENOS ACÍCLICOS (ADMET) En la ADMET partimos de un dieno acíclico como el 1,5-hexadieno y terminamos con un polímero con un doble enlace en la cadena principal, además de gas etileno como subproducto. 185 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA H2C R R CH2 + H2C CH2 n Usando el ejemplo de dos moléculas de 1,5-hexadieno que reaccionan entre sí, se puede mostrar como la metátesis hace eso posible H3C H3C CH2 CH2 H3C CH2 CH2 H2C Los dobles enlaces de los extremos de la nueva molécula pueden seguir reaccionando por metátesis, de modo que el polímero crece. 28.2. POLIMERIZACIÓN METATÉSICA POR APERTURA DE ANILLO (ROMP) También podemos obtener polímeros a partir de olefinas cíclicas. Por ejemplo el ciclopenteno, es empleado para sintetizar un polímero que no posee estructuras cíclicas en su cadena principal. H3C CH3 n Por esta razón es que hablamos de una "polimerización metatésica por apertura de anillo". La ROMP se emplea para obtener algunos productos muy útiles. Por ejemplo, una formidable pequeña molécula como el norborneno, es polimerizada mediante la ROMP para obtener polinorborneno. Es una clase de caucho usada para hacer, entre otras cosas, componentes de automóviles, esos componentes de la carrocería que evitan la vibración. 186 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA LECCIÓN 29: POLIMEROS NATURALES Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos. Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas comos fibras y telas. Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucleicos. Caucho natural El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura: 187 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA El monómero del caucho natural es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno), que es un líquido volátil. Proteínas Las proteínas funcionan como material estructural en los animales, tal como la celulosa en las plantas. Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre. Las proteínas están formadas por cerca de 20 aminoácidos diferentes. Estos tienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH2) y grupo el carboxilo (COOH). El grupo amino está unido a un carbono vecino del grupo carboxilo: 188 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO – SÍNTESIS ORGÁNICA FUENTES DOCUMENTALES Carey F. A.; Sundberg R. J. “Advance Organic Chemistry” 4 Ed. Kluwer Academic/Plenum Plublishers, New York 2001 Wade L. G. “Química Orgánica” 5 Ed. Pearson Pretince Hall. 2004 Joule J. A.; Mills K. “Heterocyclic Chemistry” 5 Ed. Wiley. 2010 Sikes P. “A Guidebook To Mecanism In Organic Chemistry” 6 Ed. Longman Scientific and Technical. New York . Li. J. J. “Name Reaction in Heterocyclic Chemistry”. Wiley – Intersciencie. 2005 Clayden, Greeves, Warren y Wothers “Organic Chemistry” De Boeck editorial, 2002. 189
