Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 ALDEHÍDOS Y mica Orgánica...
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Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 1ALDEHÍDOS Y CETONAS
Objetivos
Formular y nombrar los aldehídos y cetonas. Predecir la reactividad de los aldehídos y cetonas en
base a la estructura electrónica del grupo carbonilo. Conocer sucintamente el mecanismo de las adiciones
nucleófilas y el papel catalítico jugado por los ácidos próticos y de Lewis en este tipo de reacciones.
Comparar la reactividad relativa de los aldehídos y cetonas en base a los efectos electrónicos y estéricos.
Conocer las más importantes reacciones de adición nucleófila de aldehídos y cetonas. Contrastar las
reacciones de condensación con las de adición nucleófila, examinando sus puntos comunes y viendo sus
diferencias. Conocer los diferentes métodos de oxidación y reducción de aldehídos y cetonas, poniendo
énfasis en los aspectos estereoquímicos de la reducción de las cetonas. Conocer los más importantes métodos
de preparación de aldehídos y de cetonas, escogiendo el más adecuado en función de la estructura del
compuesto carbonílico deseado. Finalmente, repasar la presencia de algunos aldehídos y cetonas en la
naturaleza destacando el papel que juegan.
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 2Aldehídos y Cetonas: clasificación y nomenclatura
C
O
C
O
R´R
C
O
R R
C
O
HRGrupo Carbonilo Cetona simétrica Cetona no simétrica Aldehído
;;;
::::::::
C6H5-Benz-n-C3H7-Butir-
(CH3)2CCH2-Isovaler-C2H5-Propion-
n-C4H9-Valer-CH3-Acet-
(CH3)2CH-Isobutir-HForm-
RPrefijoRPrefijo
TABLA I. Prefijos para la nomenclatura común de aldehídos y cetona
H
O
H
O
H
O
H H
OH
O
H
O
H
OH
Oformaldehído acetaldehído propionaldehído Butiraldehído Isobutiraldehído
Valeraldehído Isovaleraldehído Benzaldehído
;;
;;;;:::::
:
::::
:::::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 3
O O O
O O
O O
O O
Dimetilcetona Etilmetilcetona Dietilcetona Metilpropilcetona Etilpropilcetona
Butilmetilcetona Metilisopropilcetona Diisopropilcetona Terc-butilisopropilcetona
;;;
;;;;
::::::::
::::::::::
Ejemplos de nomenclatura común de aldehídos y cetonas
H H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
BrOMe
H
O
NH2H CHO
Cl H
H
PropanalMetanal Etanal Butanal Pentanal
(4R, 5R)- 6-bromo-4,5-dimetil- 5-metoxi-2-trans-hexenal
(2S)-2-amino-3-trans, 5-cis-heptadienal
(2S, 5S)-2-butil-5-cloro- 3-trans, 6-heptadienal
;;
;;;;
:::
: ::
::
..
:
..
:
..
:
..
:
..
:
..
:
..
:
..
:
:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 4Nomenclatura sistemática de aldehídos
CHO CHO
CHO OHC
BrCHO
ciclopropan-carboxaldehído
2-Ciclobuten-carboxaldehído
(2S)-metil-3-ciclopenten- carboxaldehído
(3S)-bromo-1-ciclohexen- carboxaldehído
2,4,6-ciclopentatrien- carboxaldehído
;;;;
..
..
......
..:.. :
..
:
..:
Nomenclatura sistemática de cetonas
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 5
O
NH2
OBr
H
O
4-amino-7-metil-4Z, 6- -octadien-2-ona
2-bromo-(5R)-etil-6-metilen- 2Z,7-octadien-4-ona
3-etil-(6S, 7)-dimetil-4-octanona
;:
;
::::
:
:..
: :
OBr
H O
ClH
O
HH
(5R)-Bromo-2-ciclopentenona
(6S)-cloro-2,4-ciclohexadienona
meso-3,6-dimetil-4-cicloheptenona
;;..
:..
:.. :.. :..
:
..
:
OH
OO
HOHC CH3H
CHO
O
CHOOHC
O
4-oxo-5-trans,7-trans-nonadienal
Ácido (6S)-formil-(4R)-metil- 3-oxo-octanoico3-Oxo-pentanodial
; ;..
:
..
:
..
:
..
:
..:
..
:..
:
..
:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 6
C
O
C CH3
O
C
O
C
O
Acetofenonafenilmetilcetona
Propiofenonafenilpropilcetona
Butirofenonabutilfenilcetona
BenzofenonaDifenilcetona
;
;
::::
::::
Br
Br
C
OO2N
O2N
CH3
OH
C CH3
OO2N
C
O
Cl
O2N
C
O
2-hidroxi-4-metilacetofenona (2-hidroxi-4-metilfenil), metil, cetona
4-cloro-3-nitrobutirofenona(4-cloro-3-nitrofenil), butil, cetona
2,4-dibromo-2´,4´-dinitrobenzofenona(2,4-dibromofenil), (2´,4´-dinitrofenil), cetona
3-nitrofenilpropiofenona(3-nitrofenil), propil cetona
;
;
:..
:
..
: ..: ..:
..
:
..
:.. :..
:
::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 7
CH3CO -
PhCO -
R - CO -
HO - CO - R
(Ar) (R´) - CO - R
R - C -
O
HCO - Radical formilo
Radical acetilo
Radical benzoilo
Radical acilo
Cetona; eliminaciónde un resto alquilo (arilo)
Ácido carboxílico; eliminación de un grupo hidroxilo
- OH
- R´
Radicales acilo
Estructura del grupo carbonilo
OCOC
::
Enlace sigma (sp 2-sp2)
Enlace pi (p-p)
Electrones sin compartir del átomo de oxígeno
Enlace pi (p-p)
120º
120º
120º..
..
Enlace C=O175-180 kcal/mol
Enlace C=C 146 kcal/mol
C
CH3
H
Aº
1,500
Aº
1,204
Aº
1,124 C
CH3
HO....
O....
114º
121
125º
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 8
µµµµ aproximadamente 2,7 D
C
CH3
HO :
¨C O
CH3
HC O
¨
.. δδδδδδδδ -+
:
¨
.. -+;
Propiedades físicas de los aldehídos y cetonas
-C=C-0,30CH3CH2CH=CH2Alqueno1-Buteno
-CONH23,76CH3CONH2AmidaAcetamida
-COOR1,72CH3COOCH3ÉsterAcetato de metilo
-COCl2,72CH3COClCloruro de ácidoCloruro de acetilo
-COOH1,74CH3COOHA. CarboxílicoÁcido acético
-CO-2,99C4H6OCetonaCiclobutanona
-CO-3,02CH3COPhCetonaAcetofenona
-CO-2,88CH3COCH3CetonaPropanona
-CHO2,52CH3CH2CHOAldehídoPropanal
-CHO2,72CH3CHOAldehídoEtanal
-CHO2,33HCHOAldehídoMetanal
G. Funcionalµ (D)FórmulaTipoSustancia
TABLA II. Momentos dipolares de aldehídos y cetonas comparados con otras sustancias
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 9
Insoluble30648PhCOPhBenzofenona
Insoluble20221PhCOCH3Acetofenona
Ligera124CH3CH2CH2COCH2CH33-Hexanona
2,0150- 35CH3(CH2)3COCH32-Hexanona
4,7102,0- 39,9CH3CH2COCH2CH33-Pentanona
Ligera102,4- 77,8CH3(CH2)2COCH32-Pentanona
3779,6- 86,9CH3CH2COCH3Butanona
∞56,2- 94, 8CH3COCH3Propanona
205(p-CH3)-PhCHOp-Tolualdehído
199(m-CH3)-PhCHOm-Tolualdehído
196(o-CH3)-PhCHOo-Tolualdehído
0,3178- 28PhCHOBenzaldehído
0,1155- 42CH3(CH2)5CHOHeptanal
Ligera131CH3(CH2)4CHOHexanal
Ligera103,4- 92CH3(CH2)3CHOPentanal
475,7- 99CH3(CH2)2CHOButanal
2049,5- 81CH3CH2CHOPropanal
∞20,2- 123,5CH3CHOEtanal
Muy soluble-21- 92HCHOMetanal
Solubilidad g/100ml aguaPE (ºC)PF (ºC)FórmulaCetonasAldehídos
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 10Los primeros aldehídos (metanal y etanal) polimerizan fácilmente en solución, pero se puede obtener la forma
monomérica destilándolos:
CH2OCH2OCH2OO
OO
O
OO Me
H
HMe
HMe
CH3CHO3Ácidos
Paraformaldehído Trioxano
;;etanal
trímero del etanal
....
.. :..:.. :
..:..
:.. :..
:..
....
..
Reactividad química de los aldehídos y cetonas
C(R) (H)
O
HH
: : Centro nucleófilo y básicoAtacado por electrófilos y ácidos (próticos y de Lewis)
Hidrógenos ácidos (pK A = 19-29)Abstraidos por bases fuertes
Centro electrófiloAtacado por nucleófilos
Dado que el átomo de carbono del grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas es un centro deficiente en electrones (un centro electrófilo), será atacado por nucleófilos y como el punto débil del grupo carbonilo es el enlace pi (π), la reacción típica de los aldehídos y cetonas será la ruptura del doble enlace por ataque de un nucleófilo, es decir, la formación de un enlace carbono-nucleófilo con ruptura del enlace pi, de modo, que el proceso globalmente, es una adición nucleófila (AdN):
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 11
Nu :-
C
O
R R´ C
O
RR´
Nu
H-
OHC
RR´
Nu
O ::.. -
O..
..HH
+
:..
R´= H; aldehídoR´ = alquilo o arilo; cetona
AdN:..
+
(±) Mezcla racémica
nucleófilo
(carbono proquiral) (carbono quiral)
**
OAB
Nu-:..
..
O
Nu
BA
.... :
-
OAB
Nu
H
H
O
Nu
BA
Nu-:
Nu-:
C OA
B
..
..enantiómeros
carbono quiral*
*
*
*
H+
H+
..
..
....
(a)
(b)
carbono proquiral
Adiciones nucleófilas: mecanismo y estereoquímica
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 12Reacciones de condensación
C
O
RR´
NuH
H
H2Nu
C
O
RR´
NuH2
R
R´C = NuC
O
R R´+
.. R´= H; aldehídoR´ = alquilo o arilo; cetona
AdN
HOH
:..
+
(±) Mezcla racémica
:::
.. -
+
:
carbono proquiral
carbono quiral
**
carbono quiral
+ H+
E2
compuesto aquiral
- H+
..
..
..
Reactividad relativa de aldehídos y cetonas en las reacciones AdNLos aldehídos reaccionan más rápidamente que las cetonas en las reacciones AdN tanto por razones estéricas
como electrónicas
C
O
R R´
:
:Nu-
C
O
R R´
:
Nu
..
R´= H; Alquilo; Arilo+
..
δδδδ
δδδδ
-
-*
El estado de transición está más apiñadocuando R´es un grupo alquilo o arilo
Efectos estéricos
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 13
C
O
R R´
:
C
O
R H
:
DD
: :
δδδδ+1
δδδδ+2
+δ δ δ δ
1
+δδδδ
2<
R y R´donan electrones al CarbonoEl H no es donante electrónico, porlo que las cetonas son menos reactivas
Efectos electrónicos
R -CCl2 - CHO R -CHCl - CHO R - CHCl - CH2 - CHO R -CH2 - CHO
R - CCl2 - CO - R R - CHCl - CO - R R - CHCl - CH2 - CO - R R - CH2 - CO - R
> > >
Reactividad creciente
>>>El Cloro retira electrones por efecto -I
..
......
..
......
....
..
......
..
..
Me
O
Me
Me Me MeMe
Me
O
Me
Me HMe H
OO
Reactividad creciente
>>
Dimetilcetona Dietilcetona Disopropilcetona Diterc-butilcetona
>> >
::::::::
Efectos electrónicos de los sustituyentes (efecto – I)
Efectos estéricos
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 14Adiciones nucleófilas de aldehídos y cetonas
Catálisis ácida.- Los ácidos próticos y de Lewis aumentan la reactividad de los aldehídos y cetonas, porque aumentan la deficiencia electrónica del carbono carbonílico. Sin embargo, la catálisis ácida debe hacerse con cuidado para que el nucleófilo no se protone, porque ello disminuye la nucleofilia ralentizando la reacción:
H3O+: H2O:
..C O H
C O C O H+:..
++
..
¨
La catálisis ácida hace al carbono más deficiente en electrones
Cetona o Aldehído Catión Hidronio Catión oxonio Carbocatión+
..
RH2Nu H2O....
RH3Nu+
H3O: + +Nucleófilo Nucleófilo protonadoCatión hidronio
La protonación del nucleófilo disminuye la nucleofi lia.. +
BF3C O :..
C O BF3
.. +C BF3O..
..+
+ -
catión oxonio carbocatión
Los ácidos de Lewis hacen más deficiente al carbono
-
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 15Adición de agua y alcoholes a aldehídos y cetonas
R R´
O
R R´
OH OHH3O
+R´= H; aldehído
diol geminal(muy inestable)
H2O:..
..:::: ..+
:
HC O
R - O - H C O H HC O
HC O HC
OR
O
H
C O R
C OR C
OR
OH
OR
H
C
OR
OH2
OH
R
C OH3O
H3O
Cetona o Aldehído Catión Hidronio
+ +
..+
Catión oxonio
:..
+..
+
..
Catión oxonio :+
..
..+
*
+..
*:
+ ..+
Catión oxonio..
+++
Catión oxonio Catión oxonio Catión Hidronio*
alcohol
Catión oxonio Catión oxonio
*Hemiacetal
....
+
..
..
..
..
..
..
+: H2O:
..
..H2O:
..
H2O:.. H2O:
..+:
..
....
Formación de hemiacetales
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 16
H2O:..
C
OR
OH2
H2O:..
C OR
C OR C
OR
OHR
C
OR
OHR
R - O - H
H3O C
OR
OR
Acetal (aquiral)
+
+
..
..
Catión oxonio (quiral)
+
+Catión oxonio (aquiral)
+
..
Catión oxonio (aquiral)
+
..
alcohol+
..
..
..
+Catión oxonio (quiral)
..
..
+Catión oxonio(quiral) Catión hidronio
..
..
..
....
.. +:
....
Formación de acetales
RCHO R´OH RCH
OH
OR´
RCHO R´OH RCH
OR´
OR´
. . . .
. .
:
. .:
. .:
. . . . . . . . . . . .
. . . .
. . . .
*+
(1 mol)
+ H2O
hemiacetal (quiral)
+(2 moles)
+ H2O
acetal(aquiral)
2 2 . .
. .
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 17
R R´
O
R R´HH
O
OHOH OO
R R´
HO OHOO
R R´HH
+
: :
+
+
Acetal (Aldehído o Cetona protegidos)
Acetal (1,2-diol protegido)Propanona
Aldehído (R´= H)o Cetona (R´= alquilo, arilo)
1,2-etanodiol
1,2-Diol
+
..
..
..
.. : :H2O:
..
.. ..
::
::H2O:
..: :
.. ..
....
Acetales como grupo protectores de aldehídos, cetonas y 1,2-dioles
R R´
O
SHSH SS
R R´
R R´SS
R R´
+.. ..
..
: :
+Aldehído o Cetona 1,2-etanotiol Tioacetal
Tioacetal alcano
: :H2O:
..
+ H2
Ni Raney+ NiS..
: :
......
.... ..
Eliminación del grupo carbonilo vía tioacetales
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 18
R R´
O
CN:-
..
..OH:
-O
R R´R R´
OH
NC
NC+
: :+
Aldehído o Cetona
+(±)-Cianhidrina
....:
-..
..
:
H2O:..
Adición de cianuro de hidrógeno
Adición de organometálicos
CHO
R R´
O
R
R R´
OR´´OH:....-HO
R R´
R´´
R H
O
R H
OR´ HO
R H
R´OH:....-
OH:....-
+-( )
+-( )
C
HH O:..
+-( )
+: +
Cetona
R´´ - MgX
Grignard - Alcohol terciario..
Aldehído Grignard- Alcohol secundario
Aldehído
Li - Ar+- Alcohol secundarioArilitio
.. ....
-:
+
....
+: +
R´ - MgX ......
-:+
+
..H O :
..
H2O:..
..
..
CP (Ph)3C
P (Ph)3CH
O
R
CR
H
O
C CR
HO = PPh3
C C
O
R
H
Ph3P
C C
R
H
Ph3PO
:..
+
Haluro de trifenilalquilfosfonio
Betaína+-
..
AldehídoCetona
.. -:
+
:
Alqueno
+Óxido de fosfina
.. :
Betaína
: .. :-
+
..
..
Reacción de Wittig. Síntesis de olefinas
Las cetonas y los aldehídos se convierten en alquenos por acción de los iluros de fósforo (fosforanos), en un proceso conocido como reacción de Wittig. Los iluros se preparan in situ por acción de trifenilfosfina sobre un haluro de alquilo seguido de tratamiento básico:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 19
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 20
Ph3P R - CH2 - R - CH2 - PPh3
R´H
X
P (Ph)3CR
H:-
R - CH - PPh3
H
+:+SN2
Trifenilfosfina Haluro de alquilo
.Haluro de trifenilalquilfosfonio
Haluro de trifenilalquilfosfonio Iluro de fósforo
R´Li+
Alcano
+ LiX+-
..
:-
.. :..X
.. :
..X
+
P (Ph)3CR
H
P (Ph)3CR
HIluro de fósforo Fosforano
+
-
..
O
CH2 = PPh3
CH2
O=PPh3
BrCH3
CH2
....
..
..:..
:
..
: ..:
+ +Butanona 2-metil-1-buteno
Óxido de trifenilfosfina
(±)-2-bromo-butano
+ NaOMe +2-metil-1-buteno
+ HOMe 2-butenoMayoritario
Wittig
Preparación de iluros de fósforo
Ventajas de la reacción de Wittig
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 21Reacciones de condensación
O
CR´R
NH2R´´: O
R R´
NH2R´´H O
R R´
NHR´´
R R´
OH NHR´´H2O:
.. H2O:..
H2O:..
H
NR´´
R R´
O
C
N
R R´
R´´
Aldehido R´= H Cetonas
+
..:..
+:
..H3O+
+
HeminalCarbinolaminaAmina primaria
-: :..
..:
..
+H3O+
..+
+
HeminalCarbinolamina
H3O+ +H2 ..
:
Imina
(anti + syn)..
..
H3O..
+
Formación de iminas
C
N
R´R
R´´
C
N
R´R
R´´
Iminas diastereómeras (syn y anti)
::
;
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 22
C
N
CH3 CH2CH3
CH3
C
N
CH3 CH2CH3
CH3:
Imina anti
:
Imina syn
NH(CH3)2
NH(CH3)2
NMe2
CHO
C
O..
:
C
H
NCH3
CH3
OH NMe2
+ ::..
BenzaldehídoSal de imonio
Dimetilamina
+ : +Propanona Dimetilamina
Hemiaminal Enamina
+
H2O:..
..
Formación de sales de imonio y enaminas
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 23
NH
O N
CH
+ácidos
ciclohexanona pirrolidina
pirrolidinenaminade la ciclohexanona
..
..C
..:
Condensaciones con hidroxilamina e hidracinas
C O C N - ZNH2 - Z:+Ácidos
+:.. ..
H2O....
El esquema anterior representa una reacción genérica entre un compuesto carbonílico (aldehído o cetona) y una serie de derivados que contienen un grupo amino (-NH2) unido a un grupo Z variable. Así, cuando Z = H el reactivo es el amoniaco, cuando Z = alquilo o arilo será una alquil- o arilamina primaria, cuando Z = OH será la hidroxilamina, cuando Z = NH2 será la hidracina ( si Z= - NHPh será la fenilhidracina) y finalmente, cuando Z = -NHCONH2 tendremos la semicarbacida.
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 24
C = N – NHCONH2 (Semicarbazonas)H2N – NHCONH2 (semicarbazida)- NHCONH2
C = N – NHPh (Fenilhidrazonas)H2N – NHPh (fenilhidracina)- NHPh
C = N – NH2 (Hidrazonas)H2N – NH2 (hidracina)- NH2
C = N OH (Oximas)H2N – OH (hidroxilamina)- OH
C = NH (R , Ar) (Base de Schiff)H2N – (R, Ar) (amina primaria)-R
C = N H2 (Iminas)H2N – H (amoniaco)- H
Producto (syn + anti)Reactivo (NH2 – Z) (nucleófilo)Z
TABLA IV
Las bases de Schiff, las oximas, las hidrazonas y las semicarbazonas pueden existir como dos diastereómeros llamados anti y syn, de las que el más estable siempre es el diastereómero anti, pues coloca a los grupos más voluminosos lo más alejados posible.
CHO NH2OH
O NH2NHPh C NPh
HNHPh
O
NH2NHCONH2C N
Ph
HNHNHCONH2
C NPh
HOH+
:
Ácido
+
:..
..
..
..Ácidos ..
..
+ : Ácidos..
....
....
....
....
:: ..
..
..
..
Benzaldehído HidroxilaminaOxima anti del benzaldehído)
Ciclohexanona Fenilhidrazina(Hidrazona anti de la ciclohexanona)
Butanona Semicarbazida Semicarbazonaanti de la butanona
..
....
+..
H2O..
+..
H2O..
+..
H2O..
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 25
Oxidaciones y Reducciones de aldehídos y cetonas
R - CHO R C
O
OH
..
..Oxidante
Aldehído Ácido carboxílico
Oxidante = K 2Cr2O7; CrO 3; KMnO 4;Ag 2O ......
..
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 26El Ag2O es un oxidante muy suave que oxida selectivamente los aldehídos a ácidos carboxílicos en
presencia de alcoholes. La reacción se conoce como prueba de Tollens y es usada como certeza de la existencia de un grupo aldehído en la molécula. El reactivo en realidad es una solución amoniacal de sales de plata y si el ensayo es positivo se deposita plata metálica en las paredes del tubo de ensayo (espejo de plata).
R - CHO [Ag(NH 3)2] Ag(s) NH3+....
Aldehído2
+
Reactivo de Tollens
2 ++ 3 4 2..
RCOOH +Ácido carboxílico
..OH- ..: ....
....+
..H2O..
Las cetonas en condiciones normales no se oxidan y si se fuerzan las condiciones experimentales se rompen en dos fragmentos.
Reducciones de aldehídos y cetonas
C OR
R´
C
OHR
R´ H
NaBH4
( )+-
R´= H; aldehídoR´= Alquilo o Arilo; Cetona
..
..
R´= H; Alcohol primario R´= Alquilo o Arilo; Alcohol secundario quiral
..
..
Las reducciones también pueden hacerse con boranos (BHR2; BH2R; BH3) y con hidrógeno molecular (H2) en presencia de níquel como catalizador, pero estos reactivos no son compatibles con la presencia de dobles y triples enlaces en la molécula que se hidrogenarían.
A efectos prácticos, el NaBH4 puede considerarse como una fuente de aniones hidruro (H: - ) y es preciso tener en cuenta los aspectos estereoquímicos de la reducción de cetonas ya comentados anteriormente. Este reactivo no hidrogena los dobles enlaces no conjugados.
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 27
H
O
CCH3
OH:
-
OH..
..+-( ) -1-Feniletanol
CHCH3
OH..
::Butanal
1-Butanol
AcetofenonaFenilmetilcetona .. ..
..
1.- NaBH4
2.- H2O
H:-
H:-
O
H
R´R
:....
-
O
H
RR´
:....
-C O
.. :R
R´
OH H....
OH H....
HO
H
R´R
HO
H
RR´
..
..
(a)
(b)
(a)
(b)
..
..caras proquirales
alcoholes enantiómerosR prioritario sobre R´
cara re
cara si
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 28Reacciones de desoxigenación: conversión de aldehídos y cetonas en alcanos
NaBH4
NH2 - NH2 , KOH
LiAlH 4C
OTsR
R´ H
CR
R´
H
H
CR
R´
H
H
C OR
R´
C
OHR
R´ H
Zn(Hg)-HCl
TsCl - Piridina
R´= H; Alcohol primario R´= alquilo o Arilo; Alcohol secundario
Reducción de Wolff-Kishner
R´= H aldehídoR´= Alquilo, Arilo; Cetona
....
Tosilato de alquilo
Alcano
Reducción de Clemensen
Alcano
..
..
..
..
Sustituciones en posición alfa: halogenaciones, enolatos
Los α-H (en relación al grupo carbonilo) de los aldehídos y cetonas son ácidos (pKA = 20) y son abstraídos por bases tales como hidróxidos y alcóxidos, para formar una nueva entidad conocida como enolato (un potente nucleófilo), aunque es preciso tener en cuenta que cuando se usan las bases citadas, en el equilibrio la cantidad de enolato presente es muy pequeña:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 29
HH
O: :
C(R´) (H)
Hidrógenos ácidos pK A = 20 Abstraidos por bases
CR C R´
H
H
C
O
R CR´
H
C CR´
HR
O
OR
O
Anión Enolato. Dos formas resonantes. Una es un carbanión y otra un oxanión. Mayoritaria la oxanión , pues todos los átomos tienen su octete completo y la carga se sitúa sobre el átomo (el oxígeno) más a pto para soportarla. Base más fuerte
Cetona o Aldehído; pKA = 20; Ácido más débil
+
Alcóxido Base más débil
+ R -O-H....
AlcoholÁcido más fuerte pKA = 16
..:
..
-
..
..:
-- ..
..:
..:
carbanión
oxanión
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 30
C4H9 - Li H - N (Pr-i) 2C4H10 Li - N (Pr-i) 2+ +
Butillitio Diisopropilamina Butano LDA
....
Es posible transformar completamente una cetona o un aldehído en el correspondiente enolato usando una base fuerte como un amiduro, siendo la más utilizada el LDA (LitioDiisopropilAmiduro) que puede prepararse tratando el butilitio con diisopropilamina:
C
O
R C R´ LDA
H
H
- N - (isoPr) 2H..
CO
CR´
HR
Li+
C
O
R CR´
H
Cetona o AldehídopKA = 30, Ácido más fuerte
+
..:
+Diisopropilamina pKA = 40Ácido más débil
Base más fuerte
Enolato. Base más débil. Excelente nucleófilo
..:
..
..:
-..
-
Halogenación promovida por bases
R - CO - CH2 - R´ X2 KOH R - CO - CHX - R´ KX
+-( )−α( )−α( )−α( )−α-halocetona
+ + + + H2Ocetona
......
..
..: ..
......
..
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 31
O
C C H
O
C C X
OH..:- ..
C
O
C
C
O
C..:..-
X :: ..
.. -
- XX
..
+ +Cetona
:
Anión hidróxido Anión enolato
++αααα-Halocetona
..:.. -
..H2O..
....
....::
Si la reacción se efectúa en medio alcalino puede ocurrir polihalogenación, es decir, la entrada de varios átomos de halógeno. Es posible evitarlo efectuando la reacción en medio ácido (ácido acético) y en estas condiciones el proceso transcurre a través del enol intermedio y no por el enolato:
O
KOH
O
Br Br
KBrBr 22+ + + + H2O2 22
3-Pentanona
2,2-Dibromo-3-pentanona
:
..:
..:
..:
..:
..
:..
:
....
..
:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 32
OH2:..
OH3
+
HO
HHH
H H
O
HHH
H H
H
H
O
H2O..
:HH
HH H
C
HH
HH H
C
O H
O HH
+Hidronio
+
..
2-pentanona protonada
+
2-pentanona
..:
..
1-penten-2-ol Un enol
+Hidronio
++
: ..:
2-pentanona protonada
+
:
..
..
:OH3
+
Tautomería ceto-enol
HH
R´R
OO
R´R
HÁcidos
R´= H; AldehídoR´= Alquilo; Arilo; Cetona
Forma Enol
:..
..:
Forma Ceto
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 33
H
O OH
H
H
OHO
O OH
K =[Enol]
[Ceto]
O O OOH
KFormas ceto Formas enol
2. 10-5
1,5 . 10-7
5 . 10-5
% Ceto % Enol
98,8 1,2
100 0
100 0
76 243,16
:
..
:..
:
..
:
..:::::
::
:
:
:
::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 34
O HO
C - CH3
O
HCH3 - C
O
O....
:-
H
H H
OOH2
..
..
OH
X
O
H X
H
X..
..::-
XH
OH
O
H X
H
O
H X
O
OH3
- XX
3-Pentanona
:+
+::
..
..
..
:
+
Ácido acéticoCetona protonada Un catión oxonio
Anión acetato
+
+
Enol de la 3-pentanona
Catión hidronio
Cetona protonada Un catión oxonio
Agua:
+
:..
+ + ..
..::-
+
..+..
..:
:..
.. +
: :+
+ ..
....
....
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 35
R - C - H
O
X2 R - C - O -H
O
H - X+ + +Aldehído
: :Ácido carboxílico
..
..::
H2O....
2 ....
:
Condensaciones aldólicas catalizadas por bases
H
O
H
OH O
O O OH CH3
Etanal (±)-3-hidroxi-butanal
Propanona 4-hidroxibutanona2
KOH
2KOH
:::
::..
:..
:
:::
Los aldehídos y las cetonas dan una reacción de condensación en medio alcalino, proporcionando unos aductos conocidos como aldoles, que en realidad son ββββ-hidroxi-aldehídos o ββββ-hidroxicetonas. Los aldehídos reaccionan más rápidamente que las cetonas por razones fundamentalmente estéricas. En muchas ocasiones los aldoles se deshidratan formando compuestos carbonílicos α , β – insaturados, o sea, aldehídos o cetonas α , β – insaturados.
H
OOH
KOHH
O
KOHOO OH CH3
..: : :: :
3-hidroxi-butanal; un aldol 2-trans-butenal
4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona; un aldol
4-metil-3-penten-2-ona
+ H2O....
..::
..
+ H2O....::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 36
O
H
OH H
H H
HO:..
..
-
HO:..
..
-
H
OH H O
H
H
OH H O
H
H
O
:
+
:+
+
..-
: :....
carbanión
..-
2-trans-butenal
:H2O..
::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 37
:HO.... -
HH
H
O:..
:-
:HO.... -
H
HH
CH
O
H
H HH
O
H
O
H
H
H
O
H
H
O
H
HO
H
OHO H
+-+-
+ +
Acetaldehído
Enolato del acetaldehído
Anión hidróxido Catalizador
+ +Anión hidróxido Catalizador( )-3-Hidroxi-
butanal
Acetaldehído
( )-3-Hidroxi- butanóxido
Enolato
:..
::.. -
::
..-: : :
..
..::
- ..
..::
:..
H2O
:..
H2O
Mecanismo de la condensación aldólica
:HO.... -
H
OHHO
H
O
H
HH+-( )-3-Hidroxi-butanal Acetaldehído
2..::.. ::
La condensación aldólica es reversible y la reacción inversa es conocida como retro-aldólica.
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 38Preparación de aldehídos y cetonas
Oxidación de alcoholes
R OH RH
O R R´
OH
R R´
O
NH [CrO 3Cl]
;Alcohol primario Aldehído
CCP
: :....
(±)-Alcohol secundario Cetona
CrO3- piridina: :
= CCP = clorocromato de piridinio+ -
..:
R OHR OH
OAlcohol primario
.... Na2Cr2O7 - H2SO4
Ácido carboxílico ::....
OH CCP H
O
OH OH
O+
1-butanolbutanal
+ K2Cr2O7
H2SO4
Ácido butanoico..
..
..
:..
:
..
:
..
:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 39
C CR
H
R
HRCHO
C CR´
H
R
HRCHO R´CHO
C CR´
R´´
R
HRCHO
C CR´´
R´´´
R
R´
O C
R
R´O C
R´´
R´´´
O C
R´
R´´
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)2
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)+
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)+
(1) O3
(2) Me2S ó (Zn-HOAc)
+
..:
..:
..:
..:
..:
..:
..:
Ozonólisis de alquenos
CHCRR CH3
O
ROH R
H
O
Hg+2-H2SO4
Alquino terminal
Metilalquilcetona
(1) R2BH-THF(2) H2O2 - NaOH Enol (cis+trans)
Aldehído
..
:
..
:
::
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 40Hidratación de alquinos
Síntesis de arilcetonas por acilación de Friedel-Cratfs
R
R
R´
O
R´
R O
R = alquilo
R´COCl-AlCl 3
+Aril, alquil, cetonas
:
:
..
:
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 41Reducciones de ácidos carboxílicos y sus derivados ( Se estudiarán en la lección 18).
Aldehídos y cetonas en la naturaleza. Aldehídos de la corteza de la naranja
CHO
CHOCHO
CHO CHO
CHO
CHO CHO
CHO
CHOCHO
OHC
OHC OHC
;
neralgeranial
;;
citronelal
;
;
;
;
dodecanal undecanal
decanal nonanal
octanal
2-hexenal
2-dodecenal
2-decenal
perillaldehído
;
αααα-sinensal ββββ-sinensal
..
..
..
..
..
....
....
..
......
..
..
..
......
..
......
..
..
..
..
Química Orgánica 2º LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 42
O O
OO
H
O
H
O
; ;propanona 2-decanona
(-)-carvona (menta)
(+)-carvona(semilla de alcaravea)
3-metil-3E-hepten-2-ona
Componentes cetónicos del aceite de naranja
Componentes cetónicos del aceite de vegetales
nootkatona
....
:
..
:
..
:
..
:
..
: :
H
O O
O H
O
etanal 2,3-butanodiona (diacetilo)
;;
4-cis-heptenal
Componentes del aroma de la margarina
::
::
::::
Química Orgánica 2º LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 43
O
H
O
O
;
3-fenil-2-trans-propenal(cinamaldehído; canela)
benzaldehído(olor almendras amargas)
;
Componentes del aroma de especias
2-heptanona (clavo)
::
::::
O
O
O O O
O OH
O
;
muscona
;
αααα-irona ββββ-irona γγγγ-irona
αααα-ionona ββββ-ionona
;
; ;
civetona
2-metil-3-(p-t-butilfenil)-propanal
..
....
....
..
..
........
:
..
:
..
:
Cetonas en perfumería
Química Orgánica 2º LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 44
H
O
H
OH
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
etanal propanal butanal 2-metil-butanal
;;; ;
heptanal
octanal nonanal decanal
;;:::::
::::::
::
::
:
Aldehídos y cetonas del vino
O O O O O O
Opropanona butanona 2-pentanona 2-hexanona 2-heptanona
;;;;;
diacetilo
: : :: :: ::
::
::: :
Aldehídos y cetonas del zumo de melocotón
H
O
H
O
OCHO
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
::::
::::::
::::::::
;furfaral
etanal isopentanal
;
;; ;
hexanal
nonanal 2-trans-4-trans-decadiennal
;;3-trans-hexenal
2-trans-hexenal
2-cis-hexenal 3-cis-hexenal
......
..
Química Orgánica 2º LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 45
O
H
H H
OH H
O
H
H H
OH H
HO
H
H H
OH H
H
H
H H
OH
O
O
H
H H
O
O
H
H H
OO
OH
OH
O
H
H H
O
OH
O
testosterona
;;
cis-androsteronatrans-androsterona
estrona
progesteronacorticosterona
;
;
aldosterona ..
:
..
..
:
..
:
..
:
..
:..
:
..
:..:
..
....
..
..
......
..
..
..
:
..
:
..: .. :..
..
..
Cetonas con esqueleto esteroidal