Post on 30-Sep-2020
Principios de la adición nucleofílica a
compuestos carbonílicos:
Catálisis ácida
1) Hidratación de aldehídos y cetonas
Hidratación de Aldehídos y cetonas
H2O
Hidratación de Aldehídos y cetonas
C •• O • •
HO C O H ••
••
••
••
comparado con H
electrónicos: los grupos alquilo estabilizan
a los reactivos
estéricos: los grupos alquilo presentan
impedimento en el producto
OH
OH
R R' + H2O C C
R R'
O
Efectos de los Sustituyentes en el
equilibrio de la hidratación
C=O hidrato K % Rapidez
relativa
CH2=O CH2(OH)2 2300 >99.9 2200
CH3CH=O CH3CH(OH)2 1.0 50 1.0
(CH3)3CCH=O (CH3)3CCH(OH)2 0.2 17 0.09
(CH3)2C=O (CH3)2C(OH)2 0.0014 0.14 0.0018
Constantes de Equilibrio y rapidez relativa de
Hidratación
Cuando el grupo carbonilo está desestabilizado
• los grupos alquilo estabilizan al C=O
• los grupos electroatractores desestabilizan al C=O
¿Cuando es que el equilibrio
favorece al hidrato?
OH
OH
R R + H2O C C
R R
O
R = CH3: K = 0.000025
R = CF3: K = 22,000
Efectos de los Sustituyentes en el
equilibrio de la hidratación
Mecanismo de la Hidratación (medio básico)
no es el más común
C •• O • • •
• O • •
H
••
–
Paso 1:
+ ••
HO C O ••
••
•• • •
–
• • O H
H
••
•• HO C O
••
••
•• • •
–
+ ••
• • O
H
• •
– •• HO C OH
••
••
••
Paso 2:
Mecanismo de la Hidratación (medio básico)
C •• O • • + •
•
H
O H
H
+
+
C •• OH +
• •
• •
H
O
H
Paso 1:
Mecanismo de la Hidratación (medio ácido)
C •• OH +
+ • •
H
O
H
•• C OH
••
• •
H
O
H
• •
+
Paso 2:
Mecanismo de la Hidratación (medio ácido)
+ • •
H
O
H
•• C OH
••
H O
H
••
••
• • O
H
•• C OH
••
••
+
H
H O
H ••
+
Mecanismo de la Hidratación (medio ácido)
Paso 3:
Hidrato de cloral
Soluble en agua y alcohol
Principios de la adición nucleofílica a
compuestos carbonílicos:
Catálisis ácida
2) Formación de cianohidrinas
+
Formación de las Cianohidrinas
•• • • C O HCN H C O N C •
• ••
••
•• • • C O
C –
N • •
• •
Formación de las Cianohidrinas
– O N C C ••
•• • •
• •
H
H
H
+ O • •
H
H
O • • • • O N C C
••
•• • • H
Formación de las Cianohidrinas
Cianohidrina del
2,4-diclorobenzaldehído
(100%)
Ejemplo
Cl
Cl CH
O
Cl
Cl CHCN
OH NaCN,
agua
Luego
H2SO4
CH3CCH3
O
CH3CCH3
OH
CN
(77-78%)
La cianohidrina de la acetona se usa en la
síntesis de la metacroleína
Ejemplo
NaCN, agua
Luego H2SO4
Formación del compuesto de adición busulfítica
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
Las reacción de Wittig
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Formación de Acetales
Hidratación de Aldehídos y cetonas
HOH
C •• O • •
HO C O H ••
••
••
••
R
R'
R
R'
Los Alcoholes presentan una reacción análoga con los aldehídos y las cetonas
R"OH
C •• O • •
R
R'
R"O C O H ••
••
••
••
R
R'
El producto de la
reacción de
adición se llama
a hemiacetal.
ROH, H+
Los Hemiacetales reaccionan posteriormente en medio ácido para dar un acetal
R"O C O H ••
••
••
••
R
R'
R"O C OR” ••
••
••
••
R
R'
Este compuesto se
llama un hemiacetal.
El producto de la segunda
adición se llama un acetal
HCl (cat)
2 CH3CH2OH +
+ H2O
Dietil acetal del benzaldehído (66%)
CH
O
CH(OCH2CH3)2
Ejemplo
HOCH2CH2OH + CH3(CH2)5CH
O
Ácido p-toluensulfónico
benceno
+ H2O
(81%) H (CH2)5CH3
H2C CH2
O O
C
Con dioles se forman acetales cíclicos
En general:
Para la formación de acetales de cetonas, es
usual que la posición del equilibrio no se vea
favorecida.
Excepción importante:
Se pueden preparar acetales cíclicos a partir
de cetonas.
HOCH2CH2OH +
O
+ H2O
H2C CH2
O O
C (78%)
C6H5CH2CCH3
CH3 C6H5CH2
Ejemplo
Ácido p-toluensulfónico
benceno
El primer paso es análogo a la hidratación
y da lugar a la formación del hemiacetal
consiste en la adición nucleofílica catalizada
con ácido de un alcohol al grupo C=O
Mecanismo para la formación de acetales
Mecanismo
C O ••
• •
H
H
R
+ O • •
C O ••
H
R
O • •
H
+ • •
Mecanismo
C O ••
H
+
R
H
O • • • •
Mecanismo
C O ••
O • •
H +
•• R
H
O R H
••
••
Mecanismo
+
H
O R H ••
C O ••
O • •
H
••
R
••
Mecanismo
El segundo paso es la conversión del hemiacetal
a un acetal
involucra la química de los carbocationes
Mecanismo de la formación de Acetales
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
O • •
H
•• R
••
H
H
R
+ O • •
H
R
O • • • • C O ••
O
H
••
R
••
H
+
Paso del hemiacetales a acetales
O ••
O
H
•• R
•• +
H
C
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
H
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• +
El carbocatión es estabilizado por medio de la deslocalización del par de electrones del átomo de oxígeno
C O
R
••
+
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
O ••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
+ H O
••
H
R C O ••
R
•• O ••
R
••
Paso del hemiacetales a acetales
C
R R'
O
2 R"OH +
OR"
R R' C
OR"
+ H2O
mecanismo:
Es el inverso de la formación de los acetales;
el intermediario es el hemiacetal
aplicación:
Los aldehídos y las cetonas se pueden
"proteger" como acetales.
Hidrólisis de Acetales
Acetales como grupos protectores
La siguiente conversión no se puede llevar a
cabo directamente
CH CH3CCH2CH2C
O
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
1. NaNH2
2. CH3I
Ejemplo
Debido a que el grupo carbonilo y el carbanión son grupos funcionales imcompatibles.
C: CH3CCH2CH2C
O –
1) proteger al C=O
2) alquilar
3) restaurar al C=O
Estrategia
HOCH2CH2OH +
H2C CH2
O O
C
CH3
CH3CCH2CH2C
O
CH
CH2CH2C CH
Ejemplo: Protección
Ácido p-toluensulfónico
benceno
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CH
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
Ejemplo: Alquilación
1. NaNH2
2. CH3I
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
H2O
HCl
HOCH2CH2OH
(96%)
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
+
Ejemplo: Desprotección
O
O O
HOOH
p-TsOH
toluene
+
O
OOO + H2O
O
OOOPhMgBr
OOO PhMgBr
Ph
OMgBrOO
Ph
Ph
OMgBrOO
Ph
Ph
OHOO
PhH2O
Ph
OH
Ph
OH3O
+
Ph
PhO
H3O+
ketal alcohol, mp 90-91 oC
hydroxyketone, mp 84-85 oC
alkenone, bp ~360 oC
tolueno
Cetal-alcohol, pf 90-91 C
Hidroxicetona,
pf 84-85 C
Alquenona, pe 360 C
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con
aminas primarias: Formación de iminas
H2N
R
C O ••
+ • •
• • H
una carbinolamina
C O HN
R
••
••
••
N
R
C + H2O (imina) ••
Formación de Iminas (Bases de Schiff‘s)
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidénmetilamina (70%)
Ejemplo
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidenmetilamina (70%)
CH
OH
NHCH3
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidenisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidenisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
OH
NHCH2CH(CH3)2
Ejemplo
CH3C
H3C
O
+ H N
H
O H H O HCH3
CH3C
NO
H
+
Kobs
(min-1
)
pH
H+
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
CH3(CH2)5CH + H2NOH
O
CH3(CH2)5CH + H2O
NOH
(81-93%)
Ejemplo
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
H2N NH2 R2C NNH2
hidrazina hidrazona
etc.
+ H2NNH2
+ H2O
(73%)
O
C
NNH2
C
Ejemplo
CCH3
O
+ H2NNH
fenilhidrazina
+ H2O
CCH3
NNH
una fenilhidrazona (87-91%)
Ejemplo
CH3(CH2)9CCH3
O
H2NNHCNH2
O
+
H2O CH3(CH2)9CCH3
NNHCNH2
O
+
semicarbazida
semicarbazona (93%)
Ejemplo
ZBHNMP = N –methylpyrrolidine, zinc borohydride
http://dx.doi.org/10.1080/00397910903249606
Reacción de aminación reductiva
Formación de la
Base de Schiff
Reducción de la imina
NaBH3CN
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con aminas
secundarias:
Enaminas
R2NH ••
+ H2O
(enamina)
C ••
R2N
C
Formación de Enaminas
C •• O R2N H
H C
•• •• C O
••
H C
• • +
+
calor
O
N H
(80-90%)
N
Ejemplo
benceno
FORMACIÓN DE IMINAS
R'R
O
+ H N
H
ZR'R
NZ
+ H O H
REACTIVO PRODUCTO
H H N
H
H AMONIACO
R'R
NH
IMINA
RIMINA
R'R
NR
AMINA H N
H
R BASE DE SCHIFF
NH2 H N
H
NH2 HIDRAZINA
R'R
NNH2
HIDRAZONA
Z en H N
H
Z
PRIMARIA
R'R
O
+ H N
H
ZR'R
NZ
+ H O H
REACTIVO PRODUCTO
N
H
Ph
OHOXIMA
R'R
NOH
HIDROXILAMINA
H N
H
OH
N
H
C
O
NH2
FENILHIDRAZINA FENILHIDRAZONA
Z en H N
H
Z
SEMICARBAZIDA SEMICARBAZONA
N
H
Ph
H
NH
N
H
C
O
NH2
H
NHN
C
H
O
NH2N
R R'
NPh
H
N
R R'
CH3C
H3C
O
+ H N
H
O H H O HCH3
CH3C
NO
H
+
Kobs
(min-1
)
pH
FORMACIÓN DE
ENAMINAS
Formación Enaminas
Después de la adición de R2NH, el proton se pierde en el átomo de carbono adyacente
C
C
O
C
C
O
H++ R2NH
NH
R
C
C
HON
R
C
C
H2ON
R
C
C
N
R
+ H3O+
R
H
H HH
H H
R R R
H H H
Gilbert Stork (nacio el 31 de diciembre de
1921 en Bruselas, Bélgica). Químico orgánico
belga que radica los Estados Unidos
enamina imina
Aminas
secundarias más
utilizadas
piperidina
pirrolidina
morfolina
Sal de iminio
1er. Paso. Activación del grupo carbonilo
2o. Paso. Adición de la amina 2ª
3er. Paso. Equilibrios ácido base
Formación de agua como grupo saliente
4o. Paso. Eliminación de agua y del protón del carbono β
para formar la enamina (pasando por la sal de
iminio)
Paso
1
Paso
2
Paso
3 Trabajo
final
ADICIÓN DE MICHAEL: ADICIÓN-1,4
1 2
3 4