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Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 1 ALCOHOLES, ÉTERES Y EPÓXIDOS
Será fundamental conocer la nomenclatura de los alcoholes y diferenciarlos claramente de los enoles y
fenoles. Se deducirán las propiedades físicas y químicas de los alcoholes tomando como base el grupo
funcional hidroxilo, poniendo énfasis en el carácter anfótero de los alcoholes y como este hecho afecta a la
estructura que presentan en medio ácido o en medio fuertemente alcalino. En relación a las propiedades
químicas se estudian en función del tipo de reacción, clasificándolas en sustituciones, eliminaciones y
oxidaciones. También se examinan los principales métodos de preparación de alcoholes y su relación con
las restantes clases de sustancias orgánicas.
Estudiaremos asimismo los éteres, viendo su grupo funcional, su nomenclatura y comparando su
estructura y propiedades físicas con las de los alcoholes. Examinaremos el carácter básico de los éteres y
su estructura en presencia de ácidos de Brönsted y de Lewis y analizaremos la escasa reactividad química
de los éteres, viendo su causa y como este hecho, junto con sus propiedades físicas, contribuye a su amplio
uso como disolventes. Terminaremos el estudio analizando los principales métodos de preparación de los
éteres. La lección acaba con el estudio de los epóxidos, su nomenclatura y comparando su estructura con
la de los éteres. Examinaremos el carácter básico de los epóxidos y sus principales reacciones frente a los
nucleófilos, comparando la regioselectividad de estas reacciones según estemos en medio neutro (alcalino)
o ácido. Se finaliza estudiando los principales métodos de preparación de epóxidos.
Como siempre pondremos ejemplos de los tres tipos de compuestos que jueguen un papel importante,
bien en la naturaleza, bien en la sociedad, para ver las importancia de estas clases de sustancias.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 2ALCOHOLES, ÉTERES Y EPÓXIDOS
H - O - H H - O - R
R´
R´´OH
R
OHOH OH
OH
Agua AlcoholAlcohol (C sp 3) Fenol Enol Endiol
Alcoholes
OH
OH
OHAlcohol 2º
Alcohol 3º
1-Propanol (n-Propanol) 2-Propanol 2-Metil-2-Propanol (terc-butanol)(iso-Propanol)
C primario C secundarioC terciarioAlcohol 1º
OHOH
OH
OH
OH OH
OHOH
OH
OH
OH
Etilenglicol (Un diol)
1,2-Etanodiol (2R, 3S)-Butanodiol
(Un diol)1,2,3-PropanotriolGlicerina (Un triol)
(1, 2S, 3R,4)-Butanotriol Un tetrol meso
23
41
2
31
23
12
OH
OH
OH
OH
C
OH
OH
C O + H2O
OH
OH OH
OH
1,1-ciclopropanodiol Un diol geminal relativamente estable
Dioles Geminales (1,1-Dioles)
(1R, 2S)-Ciclohexanodiol2,3-dimetil-2,3-butanodiol
Dioles Vecinales (Glicoles; 1,2-Dioles)
(1R, 2R)-Ciclopentanodiol
3
1
2
1
2
1
2
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 3
HOH OHH
Cl
OH H
OH CH2OH
3-trans-penten- (2R)-ol
(2S)-Butanol(2S)-sec-butanol
(3S, 4S)-4-cloro-5-metil-3-hexanol
2-Propen-1-olAlcohol alílico
FenilmetanolAlcohol bencílico
;;;;2
12
3
51
23
4
OH OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
(1S, 2R)-metil- ciclobutanol
(1R, 2R)-metil- ciclobutanol
Una pareja de enantiómeros
(1R, 2R, 3S)-3-metil- ciclopentanodiol
(1S, 2S, 3R)-3-Metil- ciclopentanodiol
Una pareja de diastereómeros
trans-4-metil-1-ciclohexanol
Una forma meso
14
1
2 3
1
2 3 1
2
1
2
1
2
OH H OHH OH
OH H
OH
HOH
2-metil-(1, 4-trans)-heptadien-(3R)-ol 3-trans-penten-(2R)-ol
3-vinil-(1, 4-trans)- hexadien-3-ol
Alcoholes Alílicos
(1R)-2-ciclopentenol
2, 5-ciclohexadienol
2-Ciclopropenol
;1 34
1
2
3
1
21
2 12
34
5
; ; ; ;
Estructura y propiedades físicas de los alcoholes
H HO
OC H
1,43 Aº
0,96 Aº
H
H H
0,96 Aº
0,96 Aº
Híbrido sp 3Híbrido sp 3
104,5º108,9º
AguaMetanol
109º
Híbrido sp 3
H
O
R
H
O
R
HO
R
HO
R
H
O
R
Puentes de hidrógeno en los Alcoholes
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 4
0,0529869Ph2CHOHDifenilmetanol
∞82, 525(CH3)3COHterc-butanol
12, 799, 5-114CH3CHOHCH2CH3sec-butanol
10107, 9- 108(CH3)2CHCH2OHisobutanol
2336CH3(CH2)8CH2OH1-Decanol
0, 053194-16CH3(CH2)6CH2OH1-Octanol
7, 8117, 7-90CH3(CH2)2CH2OH1-Butanol
46, 6CH3 CH2CH2ClCloruro propilo
∞97, 4-126CH3 CH2CH2OH1-Propanol
12, 3CH3 CH2ClCloroetano
∞75, 8-114CH3 CH2OHEtanol
- 24, 2CH3ClClorometano
∞65, 0- 97CH3OHMetanol
Solubilidad
en agua
PE (0ºC)PF (0ºC)EstructuraNombre
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 5Tabla I. Propiedades físicas de los alcoholes comparadas con los haluros
OH OH
OH
H
H H
H
OH
CH3
CH3
CH3
H
H
Colesterol. Contiene 8 centros estereogénicos.Existe como 256 estereoisómeros
Glicerina*
** *
*
** *1
2
3
45
67
89
10
1112 13
14
15
16
17
18
19
2021 22
23
2425
271
23
26
Propiedades químicas de los alcoholes
C O H
Centro ácido
Centro básicoPunto nucleófilo
Centro deficiente en electrones Punto electrófilo
¨¨
Pueden actuar como ácidos de Brönsted (por el H del OH) y como bases de Lewis (a través de los pares sin compartir del O), de modo que se comportan como anfóteros. Por el C que porta el hidroxilo, son electrófilos, pero se debe tener en cuenta que el grupo hidroxilo (OH) es un pésimo grupo saliente.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 6
Propiedades ácido-base de los alcoholes
2 HOH + 2 Na 2 NaOH + H2 (g)
Na - 1e Na+
H2O + 1e 1/2 H22 x (
2 x (oxidación
reducción
2 Na+2 H2O 2 Na+ + 2 HO - H2++ HO -
;
2 ROH + 2 Na 2 NaOR + H2 (g)
Na - 1e Na+
HOR + 1e 1/2 H22 x (
2 x (oxidación
reducción
2 Na+2 ROH 2 Na+ + 2 RO - H2++ RO -
2 CH3OH + 2 Na 2 NaOCH3 + H2 (g)
2 CH3CH2OH + Mg (CH3CH2O)2Mg + H2 (g)
metóxido sódico
etóxido magnésico
2 (CH3)3COH + 2 K 2 (CH3)3COK + H2 (g)
terc-butóxido potasico
La acidez de los alcoholes primarios es muy similar a la del agua (pKA= 15,7) pero desciende al pasar de los primarios a secundarios y terciarios y por esto, las bases conjugadas derivadas de los alcoholes terciarios son más fuertes que las que proceden de los alcoholes secundarios y primarios. Por lo tanto, el terc-butóxidopotásico es más básico que el isopropóxido potásico y éste más que el metóxido potásico. La introducción de átomos fuertemente electronegativos sobre el carbono que porta el hidroxilo hace aumentar considerablemente la acidez.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 7
- 7, 0ClH17, 1(CH3)2CHOH
5, 4(CF3)3COH15, 9CH3CH2OH
12, 4(CF3)2CHOH15, 5CH3OH
18, 0(CH3)3COH15, 7HOH
pKACompuestopKACompuesto
Tabla II. Acidez de los alcoholes
NaOR + HOH HOR + NaOH
RO- + HOH HOR + HO-
Alcóxido. Base Hidróxido. Baseconjugada del aguaAgua. Ácido
Alcohol. Acidoconjugado alcóxido
CH3OH + NaOH NaOCH3 +metóxido sódico
HOH
metanol amiduro sódico
Ácido más débil Base más débil
agua
Ácido más fuerteBase más fuerte
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 8
CH3OH + Na NH2 NaOCH3 +
CH3CH2OH + CH3CH2ONa +metóxido sódico
(CH3)2CHOH + (CH3)2COLi +
H - H (g)
NH2 - H
NaH
CH3Li CH3 - H (g)
metanol
etanol
isopropanol
amiduro sódico
hidruro sódico
metillitio
etóxido sódico
isopropóxido sódico
Ácido más fuerte Base más fuerte Ácido conjugado; más débil
Base conjugada; más débil
amoniaco
hidrógeno
metano
R - O H2R - O - H A-
R+
+ - A ++. .
Ácido fuerteBase débilBase conjugada débil
Ácido conjugado fuerte
Un catión oxonio
. .
. . H
Alcohol Ácido mineral Anión
+ H2OCarbocatión
R -OH. .. .R - O
-:R O
H
H
Ácido fuerte
Ácido débil
Base fuerte
Base débilCatión oxonio Alcohol Anión Alcóxido
. .
. .+. .
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 9
Propiedades químicas de los alcoholes
HX
XC C
H
H
C CC C O
H
H
-
C C
OH
H , R)
C C O H
H
H
(a)
(b)(d)
(c)
Alcóxido
Bases muy fuertes
Sustitución
(a)(b)
(d)
(c)
Haluros de Alquilo
(a) +Oxidación
(b) +Ácidos, calor
Eliminación
Alquenos
Aldehídos o Cetonas
..
..
P
OH
OH OH
P
Br
Br Br
P
O
OHOH
OHP
ClCl
Cl
Cl Cl
S
O
Cl ClS
O
OH OH
P
Cl
Cl Cl Ácido fosforoso
Tricloruro de fósforo
Tribromuro de fósforoÁcido fosfórico Pentacloruro
de fósforoÁcido sufuroso
Cloruro de tionilo
. .
::::
: : ::
::::
. .. .
. .
. .. .
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. . . . . . . .. .
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. .
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. .
:
. .
:
. .
:
. .
;; ; ; ; ;
:
Reacciones de sustitución: Conversión de los alcoholes en haluros de alquilo
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 10
R - OH - X X -H
R X - R:X
-
R - OH2
X - X - RR - OH2
R - OH2
+. . +
Catión oxonio(ácido conjugado)
. .(alcohol ) base ácido
aniónhaluro
SN1 +
Carbocatión
nucleófilo
haluro de alquilo
. .+
+.. SN2
+ H2O
nucleófilo
H2O +..
.. ..
..:
..
..:: ..
..
..
..:..
..:
+
+
..
..
H
H
OH
CH3BrH Br
H
HCH3
CH3
H
OHCH3
BrH Br
H
CH3
CH3
CH3
H
BrCH3
( )+-( )+-
( )+- ( )+- -1-bromo-cis-1,2-dimetil- ciclopentano
( )+-
+ + H2O
-cis-2-metil-ciclopentanol -trans-1-bromo-2-metil-ciclopentanol
SN2
Inversión
+SN1
Inversión + Retención (1:1)
+
Me en antiMe en anti (trans)Me en syn (cis)
-cis-1,2-dimetil-ciclopentanol -1-bromo-trans-1,2-dimetil- ciclopentano
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 11
RCH2OH PBr3RCH2Br H3PO3
RCH2OH PCl3 RCH2Cl H3PO3
RCH2OH SOCl2RCH2Cl SO2
+3 3 +
+ 3 +
+ + + HClcloruro de tionilo
tribromuro de fósforo
tricloruro de fósforo
Haluro de alquiloAlcohol 1º
Br- OHPBr2
RCH2Br HOPBr2
RCH2OH P Br
Br
Br
RCH2 OH PBr2 Br-
CR H2
alcohol (actúa como nucleófilo)
haluro de alquilo
+ ++
nucleófilo
Grupo saliente
+. .
. .
+Grupo saliente
+. .
Grupo saliente. .
Electrófilo
Electrófilo más potente
. .
. .. .
Á. dibromo- fosforoso
RCH2OH P(OH)Br2
RCH2OH - P(OH)Br
RCH2OH - P(OH)Br
Br - CH2R P(OH)2Br
RCH2OH P(OH)2Br RCH2OH - P(OH)2
RCH2OH - P(OH)2Br - CH2R P(OH)3
Br
Br
Br
Br
+ +
++
+
+
++
++
+ +
Nucleófilo Electrófilo-
-
-
-Haluro de alquilo
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 12
S
O
ClClRR´CH - OH - S - Cl
O
RR´CHOH
RR´ CH -
O
OHS - ClCl- Cl - CHRR´ SO2
+ +
Clorosulfito de alquilo
+alcohol
cloruro de tionilo
Buen grupo saliente
+ + ++
HCl
haluro de alquilo
inversión
......
..
:
:
::
..
:..
:
..:
..
:..
:
:..
:
..
:
..
:..
::.. :..
:
..
..
..
: Cl-
Buen grupo saliente
Et3N - ClH Et3N -H Cl- Et3NH Cl
-
+ ++
trietilaminacloruro de hidrógeno
catióntrietilamonio
cloruro detrietilamonio (una sal)anión cloruro
.. :..
:..: .. :
+. .. :
..:
Reacciones de sustitución vía tosilatos de alquilo
El C que porta el OH es deficiente en electrones (electrófilo) y por tanto los alcoholes podrían dar reacciones SN previa conversión del grupo hidroxilo en un buen grupo saliente. Esto puede hacerse transformando los alcoholes bien en haluros de alquilo tal como explicamos anteriormente, bien en ésteres sulfónicos (mesilato o tosilato) que se comportan como excelentes grupos salientes. Los dos métodos pueden ser complementarios desde el punto de vista estereoquímico, pues los haluros se obtienen con inversión sobre el C del OH y los ésteres sulfónicos con retención del mismo carbono.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 13
R -OH CH3SO2ClN
RO - SO2 - CH3
R -OHN
CH3 SO2Cl
N - ClH N H
RO - SO2 - CH3ROMs - SO2 - CH3
RO - SO2 - Ph - CH3(p) ROTs - SO2 - Ph - CH3 (p)Ts
RO - SO2 - CH3 HCl
+
+
alcohol cloruro de mesilo
mesilato de alquilo
cloruro de hidrógeno
piridina
+
+ HCl
cloruro de tosilotosilato de alquilo
piridina
piridinacloruro de hidrógeno cloruro de piridinio (una sal)
alcohol
-+
+. Cl
;
;mesilato de alquilo
Ms
mesilo
tosilato de alquilo tosilo
..
..
..
....
..
..
::
::
::
..
......
..
..
..
..
......
..
..
..
..
..
..
..
....:
..
Preparación de mesilatos y tosilatos
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 14
KCN
R * - CN
R´COOK R´COOR *
KXR * - X
R´-C CKR´- C C - R *
PR´3
R* - PR´3
NR´3
R* - NR´3
KHS
R * - SH
OH MsClN
R* OMsR *
X-
X-
nitrilo
éster
haluro de alquilo
alquino
sal de fosfonio sal de amonio
tiol
++
ReaccionesS N2 con (inversión) en todos los productospartiendo de un alcoholcon el C - OH quiral
+alcohol
cloruro de mesilo
piridina
mesilato de alquilo
retención
..
Las reacciones anteriores son prácticamente idénticas a las que se pueden efectuar partiendo de un haluro de alquilo. Como los alcoholes se convierten en mesilatos o tosilatos de alquilo con retención, es posible obtener (partiendo de un alcohol con el C del OH quiral) los productos finales con inversión en el citado carbobo, si sometemos el mesilato o tosilato a una reacción SN2 con un nucleófilo adecuado. Por otro parte, si transformamos el alcohol en un haluro de alquilo con inversión y después sometemos el haluro a una SN2 con los mismos nucleófilos anteriores, se pueden obtener los mismos productos finales con retención (téngase en cuenta que una doble inversión es equivalente a una retención).
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 15
C C
H
OH
C CÁcidos
+ H2O
KCN R* - CN
R´COOK R´COOR*
KXR* - X
R´- C CKR´- C C - R*
PR´3
R* - PR´3
NR´3
R* - NR´3
KHS
R* - SH
OHR*N
PBr3
SN2 (inversión)
X-
X-
R* Br
nitrilo
éster
haluro de alquilo
alquino
sal de fosfonio sal de amonio
tiol
++
Como hay dos S N2 (dos inversiones) en todos los productoshabrá retención totalpartiendo de un alcoholcon el C - OH quiral
+alcohol
piridina(inversión)SN2
..
Reacciones de eliminación de los alcoholes
Los alcoholes pueden convertirse en alquenos por calentamiento con ácidos minerales acuosos y concentrados (H2SO4, H3PO4, etc.). La reacción es reversible y la posición de equilibrio depende de las condiciones experimentales
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 16
HOH
HH
H CH3
HH
CH3
H
HOH2
H2SO4 ; 90%
170ºCagua,H2OH3O+
H2O
+ ++E2
1-propanol alcohol primario
:
..
Alqueno (propeno)
11
La reactividad de los alcoholes en la deshidratación sigue el orden 3º > 2º > 1º y el mecanismo de la reacción varía en función del tipo de alcohol. Los primarios se deshidratan a través de una E2, mientras que los secundarios y terciarios lo hacen a través de una E1, con lo que es frecuente la aparición de productos de transposición, originando productos con diferente esqueleto carbonado respecto al compuesto de partida:
OH
H2SO4
OH2
CH
C
E
+
50%, 100ºCH2O + +
+
2,3-dimetil-1-buteno (minoritario)
2,3-dimetil-2-buteno (mayoritario)
3,3-dimetil-1-buteno
3,3-dimetil-2-butanol+
Catión 3,3-dimetil-2-butilo (2º)
(1,2)Me
Catión 2,3-dimetil-2-butilo (3º; más estable)
Catión oxonio
No se forma
E1
32
3
2
3
2
3
23
23 . .
. .
. .. .:
1
1
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 17
OH
OH
OH
+
+
+
1-butanol trans-2-buteno 1-buteno
2-metil-1-butanol 2-metil-2-buteno 2-metil-1-buteno
3,3-dimetil-2-butanol 2,3-dimetil-2-buteno 3,3-dimetil-1-buteno
Producto principalde transposición
Producto secundario sin transposición
ácidos, calor
ácidos, calor
ácidos, calor
212
3
1
2
3
12
31
1
22
Es posible evitar las transposiciones convirtiendo el alcohol primario o secundario en un mesilato o tosilato y tratándolo con una base fuerte y voluminosa como el terc-butóxido potásico. Cuando el alcohol es terciario, la eliminación en medio ácido siempre es E1, pero se puede efectuar la E2 tratando el alcohol con POCl3 en piridina. El primer reactivo convierte el ROH en ROPOCl2 y luego la piridina actuando como base, provoca la eliminación E2 para formar el alqueno. En medio alcalino (KOBu-t) los alcoholes terciarios dan eliminación E2.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 18
OH
OH
OH
ClTsN
OTs
KOBut t
HOBu-
ClMs
OMsKOBu
t tHOBu-
ClTs
OTs
KOBut
N
N
1-butanol 1-buteno
2-metil-1-butanol 2-metil-1-buteno
3,3-dimetil-2-butanol 3,3-dimetil-1-buteno
-
-
-
Tosilato de 3,3-dimetil-2-butilo
Mesilato de 2-metil-1-butilo
Tosilato de 1-butilo
- tHOBu
1
2
1
21
111
1
333
2
22
Los alcoholes terciarios suelen deshidratarse en medio ácido a través de una E1 y la ventaja de que la reacción marche por una E2 radica tanto en que pueden evitarse las posibles transposiciones, como en la estereoespecificidad de la E2 que conduce a un único diastereómero, mientras que a través de la E1 se pueden obtener mezcla de varios productos que a su vez pueden ser una mezcla de diastereómeros E y Z (cis y trans) en el doble enlace. En la diapositiva siguiente ponemos un ejemplo de deshidratación de un alcohol terciario en medio ácido y en medio básico.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 19
H
OH H
ClMsN
H
MsO H
H
H OH
ClMsN
H
H OMs
H
OH H
+-( ) -treo-4-metil-3-hexanol
+-( )-treo-4-metil-3-hexanol +-( ) -Mesilato de treo-(4-metil)-3-hexilo
+-( )-eritro-4-metil-3-hexanol +-( )-Mesilato de eritro-(4-metil)-3-hexilo
KOBut
KOBut
3-metil-3Z-hexeno
-
3-metil-3E-hexeno
-
ácidos, calor+ +
(muy minoritario)
3-metil-3-hexeno(mezcla de E>>Z)
3-metil-2-hexeno(mezcla de E>>Z)
4-metil-2-hexeno(mezcla de trans>>cis)
- tHOBu
- tHOBu
3
3
3
4
2
43
4 34
2
34
34
33
Cuando la formación del mesilato sea difícil, se puede recurrir al POCl3 en piridina.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 20
Oxidación de alcoholes
Los alcoholes primarios se oxidan a aldehídos, los secundarios a cetonas y los terciarios no se oxidan. Conviene tener en cuenta que los aldehídos en condiciones enérgicas pueden oxidarse a ácidos carboxílicos:
C
H
R OH
H
C
H
R OH
R
C
R
R OH
R
R C
O
H R C
O
OH R C
O
R[O][O] [O]
No Reacciona
alcohol 2ºaldehído ácido carboxílico cetonaalcohol 1º
alcohol 3º
[O]
;
Los reactivos más usados son: K2Cr2O7, CrO3, [ambos son reactivos de Cr (VI)] que se usan en medios ácidos (H2SO4) o básicos (piridina), KMnO4 (reactivo de Mn VII) que siempre debe usarse en medio alcalino.
H
OH
HK2Cr2O7
H2SO4
H
O
K2Cr2O7
H2SO4
OH
O
H OH
K2Cr2O7
H2SO4 O
H2O- H2O-
1-PropanolPropanal Ácido propanoico
(±)-2-butanol
H2O-Butanona
1
2
1
2
1
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 21
N N H [CrO 3Cl] -
+. N H [Cr2O7]-
(Trióxido)(Dicromato potásico) Piridina Clorocromato de piridinio (PCC)
.- 2
Dicromato de piridinio (PDC)
CrO3 ó K2Cr2O7 ; ; 2+
R1COR2
RCHO
RCOOH
R* - X
C C
HX o PX3
Na
Nu-
Nu-
R - OH
R* OMs
[o]
[o]
[o]
MOR-HORKOH - ROH
NaORK2Cr2O7 - H2SO4 - Agua
K2Cr2O7 - H2SO4 - Agua
PCC
alquenos
cetona
aldehídoácido carboxílico
alcóxido sódico
haluro de alquilo (inversión)
MsCl - Piridina
mesilato de alquilo (retención)
R * - Nu
SN2
SN2(inversión)
(inversión)
(total retención)
(total inversión)
RESUMEN de las propiedades químicas de losalcoholes
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 22
R1COR2
RCHORCOOH
R1COOR2
R1X
C CR1COR2
RCHO
KOH acuosa
LiALH 4
LiALH 4
NaBH4
NaBH4
R1COOR2
O
[H]
[H][H]
[H]
Hidratación ácida
RMgX
RMgX RMgX
H3O+
ésteresácidos carboxílicos
aldehídos
cetonas
aldehídos
cetonasésteresalquenos
haluros de alquilo
epóxidos
Alcoholes
2º
1º
2º
3º3º
1º + (1º , 2º ó 3º)1º
Métodos de preparación de alcoholes
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 23
Reducción de aldehídos, cetonas, ésteres, cloruros de ácido y ácidos
H
OH
HH
O K2Cr2O7
H2SO4 H2O-
H OHO K2Cr2O7
H2SO4 (±)-2-butanol1-ButanolButanal
NaBH4
Butanona
NaBH4
;
H2O-
Aspectos estereoquímicos en la reducción de cetonas no simétricas
C O
H-:
H-:
H
O
CH3
-
H
CH3
O -
H
OH
CH3
H
CH3
OHHOH
HOH
(2S)-Butanol (50%)
(2R)-Butanol (50%)
cetona alcóxidos
ataque cara re
ataque cara si HO-
HO-
2
2
22
2
HNaBH4 :-
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 24
O
OH
OHH
OH
O
OH OH
O
O
OH
OHO
Cl OH
Butanoato de (S)-sec-butilo
LiAlH 4 - THF
+
1-Propanol
(2S)-butanol
LiAlH 4 - THFÁcido hexanoico 1-Hexanol
Etanol
LiAlH 4 - THF
+
1-Butanol
Acetato de terc-butilo
LiAlH 4 - THF+
propanoato de etilo
EtanolHCl
1
11
21
Hidrólisis de los haluros de alquilo
Estudiada en la Lección 6. Pueden ir por SN1 (2º y 3º) o por la SN2 (los primarios y metílicos). Se puede hacer tratando con KOH acuosa y hay que tener en cuenta que es frecuente que compita la eliminación, lo que puede reducirse efectuando la reacción en agua y a bajas temperaturas.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 25
CH
H
C
HO-HO
-
OH
OH
HO-
Cl
Cl-
+-( ) -2-cloro-3-metil-butano
+-( )
KOH, HOH, calor
++
Catión 3-metil-2-butilo Catión 2-metil-2-butilo
2-metil-2-butanol
2-metil-2-buteno
+
SN1E1SN1
-3-metil-2-butanol 2
2
3
2
323
22
I KOHOH KI
+agua
SN2+
yoduro de propilo 1-propanolyoduropotásico
Hidrólisis de alquenos
HOH
OH
OH
+Ácidos
+ 1) BH3 - Et2O2) H2O2 - NaOH
(±)-2-pentanol
1-pentanol
1- penteno
1
2
1
2
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 26
RC
OR´
O
R´´ - MgXR R´´
OH R´´
RC
R´
O
RC
H
O
R´´ - MgX
R R´
OH R´´
R´´ - MgX
R H
OH R´´
Cetona
Aldehído
2 Alcohol terciarioDos sustituyentes (R´´)provienen del reactivo
Alcohol secundarioUn sustituyente (R´´)proviene del reactivo
Alcohol terciarioUn sustituyente (R´´)proviene del reactivo
Éster
CO
O
CH3MgBr OH
C
OPhMgBr OH Ph
CH
OCH3MgBr
OH
2
propanoato de metilo 2-metil-2-butanol
butanona(±)-2-fenil-2-butanol
(±)-2-butanolpropanal
2
2
2
2
1
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 27
Alcoholes de importancia industrial y biológica
CO CH3OH+ H22ZnO - CrO 3
400ºC; 200 atm
metanol
CH2 CH2
H3PO4CH3CH2OH+ H2O(vapor)
300-350ºC
etanoleteno
C6H12O6 C2H6O CO22
Enzimas de la levadura
Glucosa Etanol
+ 2
OH
OH
OHOH
OH
propanotriol (glicerina)etanodiol (glicol)
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 28
H H
OH
CH3 H
CH3
CH3
H
OH OH
OH
H H
OH
CH3 H
CH3
CH3
H
OH
H H
CH3 H
CH3 H
O
OH
H H
H
CH3 H
OHH H
CH3 H
CH3 OH
O
OH
CH2OH
O
H
OH
CH3
CH3
H
CH2
H H
OH
CH3 H
CH3
CH3
H
OH
H
OH
OH
RCOO OCOR
OCOR
Propanotriol (glicerina) Colesterol
TestosteronaAlcohol y Cetona
EstradiolUn Alcohol y un Fenol
CortisolTriol y Dicetona
Ergosterol Vitamina DUn Alcohol y un tetraeno
EcdisonaUn Tetrol
Triglicérido
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 29
CHO
HOH
OHH
CH2OH
CHO
OHH
OHH
CH2OHCH2OH
CHO
OHH
CH2OH
CHO
HOH
TetrosasTriosas
D-Gliceraldehído Serie D. (2R)
L-Gliceraldehído Serie L. (2S)
Un carbono estereogénicoDos enantiómeros. Natural el de la Serie D.
Dos carbonos estereogénicos Cuatro estereoisómerosNaturales dos de la Serie D
D-Treosa D-Eritrosa
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 30Hidratos de carbono
CH2OH
CHOHOH
HOHOHH
CH2OH
CHOHOH
OHHOHH
CH2OH
CHOOHH
OHHOHH
CH2OH
CHOOHH
HOHOHH
D-Xilosa D-Arabinosa D-Ribosa
Pentosas
Tres carbonos estereogénicos. Ocho estereoisómeros. Naturales cuatro de la Serie D.La D-(+)-Ribosa y un derivado la (D)-2-desoxi-rribo sa forman parte de los ácidos nucleicosconocidos como RNA y DNA, respectivamente.
D-Lixosa
HOH
OHHHOH
OHH
OHHHOH
HOH
HOHOHH
OHH
HOHOHH
HOH
OHHOHH
OHH
OHHOHH
OHH
HOHHOH
HOH
HOHHOH
OHH
CH2OH
CHO
OH
CH2OH
H
CHO
OH
CH2OH
H
CHO
OH
CH2OH
H
CHO
OH
CH2OH
H
CHO
H OH
CH2OH
CHO
OHH
CH2OH
CHO
OHH
CH2OH
CHO
HexosasLas hexosas tienen cuatro carbonos estereogénicos. Dieciseis estereoisómeros. Naturales los ocho de la Serie D
D-Talosa D-Galactosa D-Idosa D-Gulosa
D-Manosa D-Glucosa D-Altrosa D-Alosa
La D-galactosa forma parte de la Lactosa, un disacá rido presente en la leche de los mamífer os
La D-(+)-glucosa es el azúcar presente en la sangre de los mamíferos.Es un componente de muchas frutas y de la sacarosa, el azúcar de remolacha.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 31
OH
H CH3
H
HOH
OH
OH
OHOH
MentolAceite de menta
GeraniolAceite de palmarrosa
NerolAceite de nerolí. Flores del naranjo
Linalol
Farnesol. Aceite de campanillasLavandulol. Aceite de lavanda
Fragancias naturales
;
;
;
;
;
OH
OH
NH2
OH
OHN
CH3
CH3CH3+
Vitamina A. Trans-Retinol
Esfingosina
Colina
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 32
Éteres: clasificación y nomenclatura
O OO
O
O
O OO
O
O OO O
O
OO
O
OCl
O Cl
O O O
1
4678
12
1
21´
[2-(1´-metiletoxi)]-propano Diisopropil éter
MetoxietanoEtil, metil, éter
2-Metoxi--2-metil-propano terc-Butil, metil, éter
1-Metoxi-propano Metil, propil, éter
EtoxietanoDietil éter
2-Etoxi--2-metil-propano terc-Butil, etil, éter
1,2-Dimetoxietano Glime (DME)
MetoxietenoMetil, vinil, éterEtenil, metil, éter
2-Metoxi-butanosec-Butil, metil, éter
1,2-Dietoxietano1,1-Dietoxipropano
2, 5, 8-trioxa-nonano Diglime
p-Clorofenoxi-etanop-Clorofenil, etil, éter
1-Cloro-5-metil--2-oxa-heptano 3,3,5,5,7-pentametil-2,4,6-trioxa-octano
2
1
2
1
2
3
222
2
15
55
Estructura y propiedades físicas
H - O - H H - O - R R - O - R
Agua Alcohol Éter
.. ..
.. ..
..
..
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 33
O
CCH
H H
H
H H
O O
H
O1,10 Ao1,41 A
o
109º
sp3
111,7º
Metoximetano (Dimetiléter)
spsp2
MetoxietanoEtil, metil, éter
MetoxietenoEtenil, metil, éter
MetoxietinoEtinil, metil, éter
sp3
sp 3
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3sp3 sp
sp3 sp2 ....
.. ..
.. ....
..120º 180º
µ (HOH) = 1,89 D; µ (CH3 O CH3 ) = 1,29 D; µ (CH3OH) = 1,69 D
C
C
O
H
H
H
H
H
H
C
C
O
H
H
H
H
H
H
A pesar de su elevado momento dipolar, el punto de ebullición de los éteres no es mucho más elevado que el de un alcano de similar masa molecular, debido a que su geometría dificulta el empaquetamiento molecular que permite el acercamiento de los dipolos moleculares.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 34
O O
H H
OR
R
R
R
. .
. .. .. .. .
. .
Enlaces por puentes de hidrógeno
Son ligeramente solubles en agua porque pueden asociarse con ésta a través de enlaces por puente de hidrógeno
Propiedades químicas de los éteres: propiedades básicas
O
CCH
H H
H
H H
Nu-
: C OR
Metoximetano (Dimetiléter)
Centro básico y nucleófilo
Centro deficiente en electrones (electrófilo)
. .
. .sp 3
Pésimo grupo saliente
+
No dan reacciones S N
sp 3
sp 3
sp 3
F3F3B
Trifluoruro de boro eterato
BR2O BH3( )
2R2O B H3 ;
éter diborano complejo éter-borano
. .
. . +. .+
-trifluoruro de boro
éter
R2O +. .. .2 2
+ -
. .R2O
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 35
R2OH- AHR2 O A -
CNu:-
OHR
. .
. . +. . + +
Catión oxonioÁcido fuerteÁcido prótico
Base de Brönsted-Löwry
Base conjugada del ácido
buen grupo salientenucleófilo
SN
++ . .
Los éteres poseen dos enlaces sigma C – O muy fuertes (86 kcal/mol) lo que les comunica una notable estabilidad química, pues a pesar de la deficiencia electrónica de los carbonos unidos al oxígeno, la fuerza de estos enlaces hace que se comporten como pésimos grupos salientes, ya que su ruptura heterolítica implicaría la expulsión de un alcóxido que como es sabido es una base muy fuerte. Sin embargo, las propiedades básicas de los éteres hace que fuente á ácidos próticos acepten un protón transformándose en cationes oxonio, en los que la ruptura del enlace C-O ya es más fácil, bien a través de un proceso SN1 vía carbocatión, bien por ataque de un nucleófilo sobre el C más despejado de los unidos al oxígeno positivo, es decir, a través de una reacción tipo SN2. Esta basicidad de los éteres es la que los hace reactivos frente a HBr y HI concentrados, ácidos que provocan la ruptura heterolítica de los éteres transformandolos en alcoholes y haluros de alquilo.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 36
Ruptura de los éteres por ácidos concentrados
H-XH-X
RO
R
RO
R H-X
+(X = Br; I)
R - X + R - OH R - X
Haluro de alquiloAlcoholHaluro de alquiloÉter simétrico
Global + 2 R - X2
....
..
..
.. ....
..
..
.. :::
..
..:
..
.. + H2O: :....
..
..
....
RO
R1 2
H-XH-X
R1O R2 + 2 HX R1X + R2X + H2O
+(X = Br ó I)
R1 - X + R2 - OH R2 - X
Haluro de alquiloAlcoholHaluro de alquiloÉter no simétrico
....
....
..
..
..
..
..
..
....
::
::
Global
- XRO
R RO
R X -
H
H
X -
R+
X -
RO
R
H
R+OHRR
+.. ..
SN1
+(X = Br ó I)
R - X+. .. .
. . + SN1 o SN2
+ R - OH
éter simétrico catión oxonio haluro de alquilo
alcohol
R - OH +Carbocatión
R - X
catión oxonio
alcohol
SN2
+ R - X + R - OH
catión oxonio haluro de alquilo
alcohol
;
. .+
haluro de alquilo
..
..
..
..
..
..
..
. .+..
..
..
..
..
....
..
..
..:
:
:::..
:
:
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 37
O
BrH Br OH
BrH Br
+∆∆∆∆ +
Dietil, éter
Bromuro de etilo Etanol
+∆∆∆∆
Bromuro de etiloExceso
2
(1 mol)..
..
..
...... ..
..
..
..
..
..:
:
:
:
O BrH OHBr
Br OH
∆∆∆∆
+
+
+Bromuro de etilo Etanol
Bromuro de propilo Propanoletil, propil, éter
SN2
..
....
..
....
..
..
..
..
..
..
:
:
:
bromuro de hidrógeno
O IH OHI∆∆∆∆
+ +Bromuro de etiloEtil, neopentil, éter 2,2-dimetil-1-propanol
Neopentanol
SN2..
..
..
..
..
....
..::
Yoduro dehidrógeno
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 38
CH3 - OH Br
O OH I
OBrH OH
Br
O BrH
∆∆∆∆
+
+ HI +alil, etil, éter
metanol bromuro de terc-butilo
etanol yoduro de alilo
+∆∆∆∆
+
fenil, propil, éter fenol bromuro de propilo
+∆∆∆∆
SN1
metil, terc-butil, éterSN1
SN2
..
..
..
..
....
.. ....
....
........
..
..
....
..
..
....
..::
:
:
:
:
O
H-X OHX
OH-X X OH
+∆∆∆∆
+∆∆∆∆
tetrahidrofurano
tetrahidropirano
4-halo-1-butanol
5-halo-1-pentanol
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
.. ..::
::
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 39
H - BrO
H
O
H
OCH3O
HC
+
C+
Br-
Br-..:: ..
Br
+.... +
..+
+
..+
..
..
+
metil, terc-butil, éter catión metil, terc-butil, oxonio
catión terc-butilo bromuro de terc-butiloanión bromuro
anión bromuro
catión terc-butilo metanol
bromuro de hidrógeno
Autooxidación de los éteres
Es una reacción carente de importancia sintética, pero que es necesario conocer para evitar que ocurra pues es muy peligrosa. Los éteres poseedores de C secundarios y sobre todo C terciarios, alílicos y bencílicos, se oxidan lentamente al aire transformándose en hidroperóxidos y peróxidos explosivos, que pueden causar mucho daño si se intenta destilar un éter viejo poseedor de estas sustancias. Se evita este peligro, lavando (previamente a la destilación) el éter con una disolución acuosa de FeSO4 que destruye los peróxidos a través de un proceso redox, en el que el Fe (II) se oxida a Fe (III) y los peróxidos se reducen a alcoholes.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 40
O
H HO2 O
H OOHO
OH
H+ +
Disopropil éter exceso Hidroperóxido peróxido de diisopropilo....
....
..
.. ......
......
Preparación de éteres: síntesis de Williamson
RX 1. .
. .:
RO R
12
XCH
R
O R
R - O
(a) (b)
(a) +
+ 2
(b)
2: . .
1:
. .
. .
-SN2
Se debe elegir la ruta que implique un haluro primario
. .
. .
. .
. .
:
. .-
O
O
HCH2
CBr
HO-
etóxido
..
..:
Br
(a); método preferido
-+
(b); método a desechar+
bromuro de ciclohexilo secundario
bromuro de etilo primario
ciclohexil, etil, éter
ciclohexanóxido
..
..
..
..
..
..
..
..
:
::
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 41
CH3O
OMe
CH
Br
O
H3C Br
(a); método preferido
+
(b), método a desechar
+-
bromuro de metilo
2-metoxi-3,3-dimetil-pentano
anión 3,3-dimetil-sec-pentoxi
anión metoxi3,3-dimetil-2-bromo-pentanosecundario y muy impedido
-
..
..
....
..
..
..:
:
:
: :
:
3
232
32
O
O
Br
H2CH2CH3CBr..
..:
CH3CH2CH2O
(a); método preferible-
+
(b); método a desechar
+
bromuro de propilo primario
bromuro de feniloarílico; mal sustratopara una reacción S N2
fenil, propil, éter
fenóxido
propóxido
..
..
..
..
..
..
:-..
..:
:
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 42
Éteres cíclicos: epóxidos
O O
O
O O
O
O
O
O
OO
O O
O
O
OO
O O
O
O
OO
O
Óxido de etileno Epóxido, Oxirano
Óxido de trimetileno Oxaciclobutano Oxetano
Óxido de tetrametilenoTetrahidrofurano (THF) Oxolano
Óxido de pentametilenoTetrahidropirano (TPH) Oxaciclohexano, Oxocano
1,4-dioxano1,4-dioxa-ciclohexano
Furano3-oxa-1,4-pentadieno Pirano
2,2-dimetil-oxaciclohexano,2,2-dimetil-tetrahidropirano
1,4,7,10,13-pentaoxa- ciclopentadecano [15]-crown-5
1,4,7,10,13,16-hexaoxa- ciclooctadecano [18]-crown-6
1,4,7,10-tetraoxa-ciclotetradecano [12]-crown-4
..
..
.. ..
....
..
..
..
..
....
....
..
..
....
..
..
.. ......:
: : :
::
:
: :
:
:
:::::
: :
: :
..
....
..
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 43
Nomenclatura de los epóxidosCH2 CH2
O
CH3HC CH2
O
(CH3)2C CH2
O
CH3O
HH
CH3CH3
O
HCH3
HH
O
CH3H
CH3
Óxido de etileno Epoxietano
Óxido de propileno Epoxipropano
Óxido de isobutileno1, 2-epoxi-2-metil-propano
Óxido de cis-2-buteno cis-2,3-epoxibutano Una molécula meso
Óxido de trans-2-buteno trans- 2, 3-epoxibutano Una molécula quiral (2R,3R)
Óxido de trans-2-buteno trans- 2, 3-epoxibutano Una molécula quiralenantiómera de la anterior (2S,3S)
1
23
1
23
..
..
..
....
....
....
..
..
..
Preparación de epóxidos
R CO
OH
R CO
O - OH- OH - O - OH
Grupo hidroxi Grupo hidroperoxi Ácido carboxílico Peroxiácido ......
..
..
..
..
..
..
....
..
..
......
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 44
CC
O
CC R - C - O - O - H
O
R - C - O - H
O
alqueno
+perácido
+epóxido ácido carboxílico
inserción
..
..
..
..
........
: :: :
Epoxidación del alquenos
OOH
OCl C
C
A
HA
H
H
OO
R
O
O R
OH
C
A
HA
HC
O
ácido m-cloro-perbenzoico (MCPBA) alqueno perácido ácido carboxílico
+ +
epóxido
.. :
..
:
..
:..:
..
:
..
:
..
..
: ::
C
H
OO
R
O C
H
HA
AC
OO R
OH
C
H
HA
A
+ +
alqueno trans perácido trans-epóxidodos enantiómeros ácido carboxílico
..
:
..
:.. :..
:..
:
..
:
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 45
C
A
HA
HC
OC
A
H A
HC
O
C
H
H A
AC
OC
H
HA
AC
O
Epóxido cis. Imágenes especulares superponibles. Forma meso
Epóxido trans. Imágenes especularesno superponibles. Forma treo Dos enantiómeros
::::::::
C C
O(X = Cl, Br, I)
C C
O
X
C C
O
X
O - H:-
.... H - O - H
H
X : -: ..
+
halohidrinaepóxido
+
+
-
..
::
:: ..
..:
..
..
....
anión haluro
anión hidróxidoSN2 intramolecular
ácido-base..
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 46
HH
O
ClH
OH
ClClH
OH
H HOH +-OH
-- ..
......
......
..
..
....
..
: :::: ::
: +SN2
inversióntrans-2-cloro-ciclopentanol epoxiciclopentano
12
12
*
OH
MeH
MeHKOH,
KOH,O
H
Me
Me
H
O
H
H
Me
Me
+-( ) -eritro-3-yodo-2- butanol
+-( )-treo-3-yodo-2-butanol
II
OH
HMe
MeH
+-( ) -trans-2,3-epoxi- butano
∆∆∆∆∆∆∆∆
cis-2,3-epoxi-butano meso
; :
:
..
:..
: ..
:..
:..
:..
:
2
3
2
3
2
32
3 inversióninversión
**
Reactividad química de los epóxidos
Los epóxidos son mucho más reactivos que los éteres acíclicos por la elevada tensión angular que poseen (25 kcal/mol). Como los C unidos al O son electrófilos, la reactividad típica de los epóxidos es la apertura del ciclo provocada por el ataque de un nucleófilo. Esto puede hacerse sin catálisis en medio neutro o básico, o con catálisis ácida trabajando en medios ácidos. Es muy importante apreciar que la regioselectividad de la apertura es diferente en ambos casos:
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 47
C C
O..
..
centros electrófilosdeficitarios en electrones
centro nucleófilo y básico rico en electrones
Apertura de epóxidos con nucleófilos
OCH2 CH2
Nu C
O
C
Nu
C
O
C
Nu
OH-
:+- SN2
-
OH +
epóxido HO y Nu en anti
..
.. .... :::
H ..
H..
nucleófilo
: ....
La reacción es muy útil desde el punto de vista sintético, pues permite obtener una gran variedad de compuestos cambiando el nucleófilo y además el ataque del reactivo se hace anti al O del epóxido, de modo que el OH y el Nu resultantes quedan dispuestos inicialmente en anti. Cuando los dos C están diferentemente sustituidos, el ataque del Nu ocurre sobre el C menos sustituido. La reacción es muy regioselectiva y estereoespecífica, pues dos epóxidos diastereómeros conducen a dos productos diastereómeros:
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 48
OCH2 CH2
CH2OH - CH3
CH2OH - CH2 - O -CH2CH3
CH2OH - CH2 - S - CH3
CH2OH - CH2 - CH2CH2CH2CH3
CH2OH - CH2R
+
SN2
óxido de etileno
etanol
(1) LiAlH 4
(2) H2O
EtONa-EtOH
2-etoxi-etanol
CH3SNa
2-tiometoxi-etanol
(1) BuLi, THF(2) H2O, ácidos
1-hexanol
(1) RMgX, THF(2) H2O, ácidos
alcohol primario
hidruro de aluminio y litio
etóxido sódico
tiolatosódico
butillitio;luego ácidos
Grignard; luego ácidos
Electrófilo
SN2
SN2
SN2
SN2
Nucleófilo Producto
1
1 2
1 2
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 49Apertura de epóxidos con nucleófilos en medio básico o neutro
OC
H
H
H
CH3
NaOCH2CH3CH3 - CHOH - CH2 - O - CH2 - CH3
OC
H
CH3
H
CH3
NaOCH2CH3
HOCH2CH3
HOCH2CH3
CH3 - CHOH - CH - O - CH2 - CH3
CH3
+
C menos sustituido
+
1-etoxi--2-propanol
3-etoxi-2-butanol
inversión
retención
retenciónretención
inversión
retención
SN2
SN2
2
12
3 *
*
*
OC
H
CH3
H
CH3
OMe HOCH3 C C
OMe
CH3
HOH
CH3CH2
CH3+
retención
inversión
-
S
R
R
R
(2R, 3R)-metoxi-3-pentanol(2R, 3S)-2,3-epoxibutano
SN2 2 32
3*
*
La reacción anterior puede ocurrir asimismo sobre el otro átomo de C que es equivalente, por lo que se obtendría el enantiómero, de modo que en el proceso se origina una mezcla racémica. En conclusión, la apertura de epóxidos por ataque nucleófilo en medio neutro o alcalino, se efectúa regio y estereoespecíficamente, atacando el nucleófilo al C menos sustituido de manera anti al O del epóxido.
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 50
Apertura de epóxidos en medio ácido
En primer lugar, ocurre una reacción ácido-base en la que tiene lugar la protonación del O del epóxido formándose un catión oxonio, que posteriormente es atacado regioselectivamente (en el C más sustituido) por el nucleófilo (de modo anti al oxígeno):
OCH2 CH2 HOCH3
H2SO4
OCH2 CH2
H
CH2OH - CH2 - O - CH3++
óxido de etileno
Ion oxonio cíclico
2-metoxi-1-etanol
......
......
MeOH
ácidosulfúrico
.. ....
metanol; nucleófilo
1 2
OCH2 CH2
H2SO4
OCH2 CH2
H
CH2OH - CH2OHHOH
..
..+
+
óxido de etileno
Ion oxonio cíclico
1,2-etanodiol etilenglicol
..
..
.. .. ......
ácidosulfúrico
HOH
Agua; nucleófilo
SN2
OH
OH
HMe
MeH
OH
OH
MeH
MeHO
H
Me
Me
HO
H
H
Me
Me+-( ) -trans-2,3-epoxi-butano
+- -treo-2,3-butanodiol( )
H2SO4, HOH H2SO4, HOH
meso-2,3-butanodiol
;
..
..
..
..
:
: :
:
:
: :
:meso-2,3-epoxi-butanol
2
3
2
3
2
3
2
3
****inversión
inversión
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 51
OH
HH
EtMe
OMe
OH
HH
MeEt
OMe
O
Me
H
Et
HO
Et
H
Me
H(R)-1,2-epoxi-butano
H2SO4, CH3OH H2SO4, MeOH
(S)-2-metil-2-metoxi-1-butanol
(S)-1,2-epoxi-butano
(R)-2-metil-2-metoxi-1-butanol
;:
..
:
..:
..: ..
:
: ::
**
*
* inversióninversión
OH
HH
EtMe
OMe
OH
EtMe
H H
OMe
O
Me
H
Et
H
H2SO4 MeOH
(S)-2-metil-2-metoxi-1-butanol
(2R)-2-metil1,2-epoxi- butano
(R)-2-metil-1-metoxi-2-butanol
MeONa-MeOH : :..
:
..
:
..
:
..
:1
*retención
inversión**
O
Et
H
Me
H HO
Et
H
Me
H HO
Et
H
Me
H H
(1)(2) (3)
+
+
+
catión oxonio carbocatión primariocatión 2-metil-2-hidroxi-2-butilo carbocatión terciario
catión 4-hidroxi-3-metil- 3-butilo
..:: ::
34
1
2
1
2
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 52
OCH2 CH2
H - X CH2OH - CH2 - X
O H - X CH2OH - CH2 - CH2 X
OH - X CH2OH - CH2 - CH2-CH2 X
O H - X CH2OH - CH2 - CH2-CH2 -CH2 X
+óxido de etileno
+
+
+
óxido de tetrametileno
óxido de pentametileno (tetrahidrofurano; THF)
óxido de hexametileno(tetrahidropirano; THP)
2-haloetanol
3-halo-1-propanol
4-halo-1-butanol
5-halo-1-pentanol
..
:
..
:
..
:
..
:
:
:
:
..
..
..
......
..
....
..
..
:
..
:
:
..: :
..
..
....
..
..
..
..
..
1
2
4
5
1
1
1
3
Importancia comercial de los éteres
OCF3 O H
Cl H F F
HO H
F FF F
Cl FO
dietiléter
isoflurano1-cloro-2,2,2-trifluoroetil, diflúorometil, éter
etrano2-cloro-1,1,2-triflúoro-etil, diflúorometil, éterfenil, metil, éter
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 53
O O
OH
O
OH
O
O
Anisolmetoxibencenofenil, metil, éter
Eugenolaceite de clavo
Isoeugenolnuez moscada
safrol (sasafrás)
O
H
NCH3
CH3O
OH
H
O
H
NCH3
CH3COO
CH3COO
H
O
H
NCH3
OH
OH
H
Codeinaantitusivo
Heroína Morfina,analgésico
O CH3
CH3
CH3
CH3
OH
O
OH
H
H
CH3
CH3
CH3
Vitamina Etetrahidrocannabinol
;
Química Orgánica 2º LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 54
O
H CHCl3
OMeMeOO
OH
Cl
Cl O
óxido de etileno agente fumigadorde semillas y cereales
1,1,1-tricloro-2,2-di(p-metoxifenil)-etano Un insecticida
Ácido 2,4-diclorofenoxietanoico (2,4-D) Un herbicida
Química Orgánica 2º. LECCIÓN 9 Antonio Galindo Brito 55