Problemas Tema 3 Formacion Esqueleto Carbonado (Recuperado Automáticamente)

 

 

  Xantatos

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  Síntesis malónica

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La síntesis malónica es un método que que permite obtener ácidos carboxílicos. En esta síntesis se parte del propanodioato de dietilo (malonato de dietilo).  

 

[2] puede  puede obtenerse a partir del malonato de dietilo [1] [1] a  a través de las El ácido propanoico [2] etapas indicadas.

Etapa 1. Formación del enolato de diéster

Etapa 2. Ataque nucleófilo del enolato de diéster al haloalcano.

Etapa 3. Hidrólisis del diester

Etapa 4. Descarboxilación

 

 

  Formación de ésteres a partir de ácidos carboxílicos

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Los haluros de alcanoilo se obtienen por reacción de ácidos carboxílicos con PBr 3 . También se puede emplear SOCl2 . Así, el ácido etanoico [1] se transforma en bromuro de etanoilo [2] por reacción con tribromuro de fósforo. El ácido etanoico por reacción con cloruro de tionilo forma el compuesto [3]

El mecanismo de la reacción consiste en el ataque nucleófilo del ácido carboxílico sobre el fósforo o azufre del reactivo, produciéndose un mecanismo de adición-eliminación que conduce al haluro de alcanoilo.

 

  [a] Ataque del ácido al tribromuro de fósforo. [b] Etapa de adición nucleófila. [c] Etapa de eliminación{/info} Este mecanismo se repite tres veces sustituyéndose todos los bromos del tribromuro de fósforo por grupos hidroxi. El cloruro de tionilo tiene un mecanimo análogo al del tribromuro de fósforo, convirtiendo los ácidos carboxílicos en cloruros de alcanoilo. Los subproductos formados en esta reacción son dióxido de azufre y cloruro de hidrógeno.

Formación de ésteres a partir de haluros de ácido  ácido   Los haluros de alcanoilo reaccionan con alcoholes, incluso de forma violenta, para formar ésteres. El mecanismo que sigue este proceso es de adición-eliminación. Normalmente se adiciona una base (trietilamina, piridina) para eliminar del medio el cloruro de hidrógeno formado, lo cual favorece el rendimiento de la reacción.

Mecanismo:  Mecanismo:  El mecanismo de la reacción es de adición-eliminación. En una primera etapa se produce el ataque nucleófilo del alcohol al carbonilo del haluro, fuertemente polarizado positivamente. En la segunda etapa se produce la eliminación de cloruro de hidrógeno que es neutralizado por la amina.

 

 

Desconexión C-N, amida.  La desconexión de los grupos amida tiene lugar rompiendo el enlace que une el grupo amino al carbonilo (enlace C-N)

Otros equivalentes síntéticos pueden ser haluros de ácido y anhídridos

Síntesis del enlace C-N, amida:

Esta reacción se puede realizar en condiciones mucho más suaves a partir del haluro de alcanoílo o del anhídrido. La mayor reactividad de estos compuestos hace innecesaria la calefacción. Es posible transformar el ácido carboxílico en haluro de alcanoílo por reacción con SOCl2 (cloruro de tionilo) o con (COCl)2(cloruro de oxalilo).

Tanto ésteres como amidas pueden obtenerse en condiciones suaves mediante el empleo de la Diciclohexilcarbodiimida (DCC). En una primera etapa el ácido carboxílico reacciona con la DCC, formando un compuesto susceptible de ser atacado por alcoholes o aminas para formar ésteres o amidas. La reacción se puede realizar sin calefacción y en ausencia de ácido. Retrosíntesis de la  γ-butirolactama -butirolactama  

 

  Retrosíntesis del 2-azabiciclo[2.2.1]heptan-3-ona  2-azabiciclo[2.2.1]heptan-3-ona 

  Oxidación de alcoholes

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La oxidación de alcoholes forma compuestos carbonilos. carbonilos. Al oxidar alcoholes primarios se obtienen aldehídos, mientras que la oxidación de alcoholes secundarios forma cetonas.  

Oxidación de alcoholes primarios a aldehídos  

El trióxido de cromo con piridina en diclorometano permite aislar aldehídos con buen rendimiento a apartir de alcoholes primarios. Se conoce como PCC (clorocromato de piridinio) al trióxido de cromo con piridina y ácido clorhídrico en diclorometano. Este reactivo también convierte alcoholes primarios en aldehídos.

Oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos   El trióxido de cromo en medio ácido acuoso (reactivo de Jones), el permanganato de potasio y el dicromato de potasio oxidan lo alcoholes primarios a ácidos carboxílicos.

 

 

Oxidación de alcoholes secundarios a cetonas  Los oxidantes convierten los alcoholes secundarios en cetonas. No es posible la sobreoxidación a ácido carboxílico.

Oxidación de alcoholes primarios  primarios  se realiza con un reactivo de cromo (VI) anhidro llamado clorocromato de piridinio (PCC), este reactivo da muy buenos rendimientos en la oxidación de alcoholes primarios a aldehídos.

Sobreoxidación de alcoholes primarios  primarios   Otros oxidantes como permanganato o dicromato producen la sobreoxidación del alcohol a ácido carboxílico. El complejo de cromo con piridina en un medio ausente de agua permite detener la oxidación el el aldehído.

Oxidación de alcoholes secundarios  secundarios  Los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas. El reactivo más utilizado es el CrO 3/H+/H2O, conocido como reactivo de Jones.

 

Otros oxidantes son el dicromato de potasio en medio ácido y el permanganato de potasio que puede trabajar tanto en medios ácidos como básicos.

  Reactivos Organometálicos

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Síntesis de organometálicos  organometálicos  Los metales, particularmente el litio y el magnesio, reaccionan con haloalcanos generando reactivos organometálicos, en los cuales el átomo de carbono se encuentra unido al metal. Estos reactivos son muy básicos y nucleófilos, lo que permite utilizarlos para la formación de enlaces C-C

Los organolíticos se preparan por reacción de haloalcanos con litio metal en un disolvente inerte (éter, THF). Los magnesianos se preparan por reacción de haloalcanos y Magnesio metal. La reactividad de los haloalcanos aumenta al pasar del cloro al yodo y el flúor normalmente no se emplea en este tipo de reacciones. Polaridad del enlace C-metal  C-metal   Los organometálicos de litio y magnesio tienen enlaces carbono-metal muy polarizados, siendo el metal el grupo electropositivo y el carbono el electronegativo. Esto convierte al carbono en un grupo muy básico y nucleófilo, atacando a especies muy variadas como haloalcanos, aldehídos y cetonas, epóxidos, ect.

Carácter básico de los organometálicos  organometálicos  Los organolíticos y magnesianos se comportan como bases frente a moléculas que presenten hidrógenos ácidos, como pueden ser alcoholes, agua....

 

  Carácter nucleófilo de los organometálicos  organometálicos  Los organometálicos atacan como nucleófilos a gran variedad de moléculas. Así, aldehídos, cetonas, ésteres, ácidos carboxílicos, amidas, nitrilos, ect. son atacados por estos reactivos.

  Organometálicos en síntesis

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Creación de enlaces carbono-carbono  carbono-carbono  La aplicación más importante de los reactivos organometálicos de litio y magnesio es aquella en la que el carbono unido al metal actúa como nucleófilo. Estos reactivos pueden atacar al grupo carbonilo de aldehídos y cetonas produciendo alcoholes, en este proceso se obtiene un nuevo enlace carbono-carbono. Síntesis de alcoholes primarios  primarios  Los compuestos organometálicos con metanal generan alcoholes primarios.

Síntesis de alcoholes secundarios  secundarios   Los compuestos organometálicos con el resto de aldehídos dan alcoholes secundarios.

 

  Síntesis de alcoholes terciarios  terciarios  Los compuestos organometálicos con cetonas dan alcoholes terciarios.

Reacción de organometálicos con ésteres.  ésteres.   Los ésteres reaccionan con reactivos organometálicos para rendir alcoholes con dos cadenas iguales. La primera adición de organometálico produce un carbonilo, no aislable, que vuelve a reaccionar con el segundo equivalente de organometálico para dar el alcohol final.

 

  Reacción de organometálicos con oxaciclopropanos (epóxidos)  (epóxidos)  La apertura de epóxidos por ataque de organometálicos al carbono menos sustituido produce alcoholes.

  Formación de enolatos (funcionalizar posición alfa al carbonilo)

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Los aldehídos y cetonas presentan hidrógenos ácidos en la posición vecina al grupo carbonilo, conocida como posición alfa. Estos hidrógenos presentan un pKa comprendido entre 18 y 21.

La acidez de los hidrógenos α es debida a la estabilización de la base conjugada (enolato) por resonancia.

 

 

Alquilación de anolatos

Los enolatos actúan como nucleófilos a través del carbono atacando a un gran número de electrófilos (haloalcanos, epóxidos, carbonilos, ésteres.....). En este punto nos fijaremos en la reacción entre enlolatos y haloalcanos, que permite añadir cadenas carbonadas a la posición a de la cadena. La Ciclohexanona se convierte en 2-Metilciclhexanona por tratamiento con LDA seguido de yoduro de metilo.

Etapas del mecanismo por el que se alquila la ciclohexanona:

Etapa 1. Formación del enolato

Etapa 2. Ataque nucleófilo del enolato sobre el haloalcano (Reacción de tipo S N2)

 

  Las reacciones de alquilación tienen dos importantes problemas. 1. Competencia con la condensación aldólica. Los carbonilos en medio básico tienden a condensar para formar aldoles. 2. La reacción es difícil de controlar y tiende a polialquilar el carbonilo.

Reacciones de Enoles y Enolatos   Las reacciones aldólicas y las denominadas reacciones de condensación de compuestos carbonílicos y otros de este tipo, que pueden formar estructuras enólicas y enolatos, participan de un gran grupo de reacciones importantes que permiten comprender la existencia de un número inmenso de moléculas producto de la interacción de enoles o enolatos con una serie de grupos electrófilos.  El estudio de este tipo de reacciones ha permitido constatar y establecer la existencia de dos mecanismos de reacción por los que transcurren, como se pasa a explicar a continuación:

a. Cuando se usa ácido como catalizador, inicialmente el compuesto carbonílico se protona y luego tautomeriza a su forma enólica, que es un nucleófilo en el carbono c arbono alfa al grupo carbonilo. El mismo medio ácido es suficiente para activar el grupo carbonilo de otra molécula, haciéndolo altamente electrofílico, lo que genera condiciones óptimas para producir un compuesto carbonílico insaturado.  

La reacción normalmente transcurre hasta la deshidratación del enol formado, catalizado por el mismo ácido de la reacción.  

 

 

b. Cuando el el catalizador es una base, como el alcóxido, la reacción del tipo aldólico procede vía el ataque nucleofílico del enolato estabilizado por resonancia al grupo carbonilo de otra molécula. 

Por deshidratación del aldol, catalizada por base se forma el producto final deshidratado 

Como en el anterior caso, la deshidratación catalizada por bases  (algunas veces escrita en un solo paso), permite controlar la reacción y producir un producto final deshidratado. En algunos casos, la formación de enolatos es irreversible.   Como se ve sólo se requiere una cantidad catalítica de base en algunos casos, el procedimiento más usual es usar una cantidad estequiométrica cantidad  estequiométricade de base fuerte tal como el LDA el LDA o NaHMDS.  NaHMDS. En  En este caso, la formación de enolato es irreversible, y el producto aldólico no se forma hasta que el alcóxido metálico del producto aldólico es protonado en un paso posterior.  

Equivalentes sintéticos de varios enoles y enolatos 

enolato 

azaenolato 

Cetona, aldehído,   éster, amida

 

nitroalcano enolato 

nitrilo enolato 

Nitroalcano 

Nitrilo 

Imina 

 

  enol  

Enol éter   Enol éster   Silil enol éter   enamina 

Alquilación de enoles y enolatos:   La alquilación de enolatos, corresponde mayormente a una reacción de sustitución nucleofílica con haluros de alquilo y epóxidos. En esta reacción los haluros de alquilo y bencilo primarios, son buenos para la alquilación, los haluros de alquilo secundario sólo en algunos casos y los haluros de alquilo terciarios, básicamente no reaccionan con los enolatos, porque la reacción transcurre por un mecanismo de sustitución nucleofílica bimolecular  

Por otro lado, la velocidad de la alquilación es incrementada por la polaridad de los solventes que se utilizan como medio de reacción. 

TEA 

NaHMDS 

Cy2BCl 

Bu2BOTf  

DIPEA 

Alquilación de silil enoléteres, catalizada por ácidos de Lewis. Alqulación SN1 

 

 

Alquilación de enolatos de compuestos

,

insaturado carbonílicos: 

Transposición de Enonas de Store-Danheiser:   

-alquilación de cetonas insaturadas en

, 

Alquilación de enaminas.  Se controla la monolaquilación y la formación del producto cinético, aprovechando el efecto estérico, para lo cual se tiene que utilizar una amina secundaria, voluminosa como la morfolina.  

 

  Por otro lado, las enaminas quirales, producen en la alquilación, cetonas alfa sustituidas también quirales 

Alquil iminas: Las iminas, isoelectrónicas con las cetonas, pueden transformarse en

enaminas, que posteriormente pueden ser alquiladas o reacci reaccionar onar con un reactivo electrófilo. 

Las hidrazonas, isoelectrónicas de las cetonas, pueden formar enaminas que seguidamente son alquiladas e hidrolizadas para liberar la cetona  

 

 

Los aniones de las hidrazonas son mucho m ucho más reactivos que los correspondientes enolatos de aldehídos o cetonas.  Existe un inconveniente, puesto que puede existir dificultad en la hidrólisis final.  

 

 

Las hidrazonas quirales son utilizadas para la alquilación asimétrica (las hidrazonas RAMP/SAMP, son utilizadas en la síntesis asimétrica)  

  Síntesis de alquenos por deshidratación de alcoholes

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El tratamiento de alcoholes con ácidos minerales a elevadas temperaturas provoca la pérdida e agua, que transcurre a través de mecanismos E1 o E2.  

En las condiciones de reacción, se observa que los alcoholes terciarios deshidratan mejor que los secundarios, y estos a su vez mejor que los primarios.

Mecanismo para la deshidratación de alcoholes primarios   Los alcoholes primarios deshidratan mediante mecanismo E2

 

 

Mecanismo de la deshidratación de alcoholes secundarios o terciarios   Los alcoholes secundarios y terciarios forman carbocationes estables por pérdida de una molécula de agua previa protonación del grupo hidroxilo. hidroxilo. El carbocatión formado genera el alqueno por pérdida de un protón.

  Enolato cinético y enolato termodinámico

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Formación de enoles y enolatos  El carbono alfa de compuestos que contienen el grupo carbonilo (aldehídos, cetonas, ésteres, dicetonas, diésteres, nitratos, nitrilos, etc.), es el centro de muchas reacciones de formación de enlace C-C. Debido a la acidez de los H , éstos sufren una -desprotonación en presencia de una base adecuada, con la consiguiente formación de un carbanión. La carga negativa resultante sobre el C al C=O, es estabilizada por resonancia, por el mismo grupo carbonilo.  

La selección de la base, para la formación de enolatos, se sujeta a que el pKa del ácido conjugado de la base debe ser mayor por lo menos en tres unidades al pKa del compuesto carbonílico que posee H  acídicos.  pKa = 20  MeO- pKa = 15  Formación del enolato desfavorable  

pKa = 10 

Formación de enolatos: 

tBuO-

pKa = 19  Formación del enolato muy favorable  

 

   

El enolato cinético 

Se da porque el sustrato, cuenta con H α, fácilmente accesibles para la desprotonación por medio de una base típica como es el LDA (pKa aprox 30)   El LDA (diisopropilamiduro de litio) es una base fuerte, no nucleofílica, con impedimento estérico   

Enolatos de ésteres: 

Los ésteres son susceptibles de una reacción de sustitución por la base, el LDA puede ser problemático, razón por la cual con los ésteres se utiliza la base no nucleofílica (isopropilciclohexil amiduro de litio) 

 

Enolato termodinámico: 

Una desprotonación reversible puede conducir a enolatos más estables, lo cual ocurre cuando se obtiene el C=C más substituido de la forma enólica.  

Las condiciones típicas para formar enolatos termodinámicos son: RO-M+ en ROH como solvente prótico (pKa del ROH = 15 a18).  Los enolatos cinético y termodinámico, pueden ser atrapados, aislados, separados y purificados, para obtener enolatos regioquímicamente puros. Esto puede realizarse por la formación de acetatos de enol y sililenoléter    

Acetato de enol: 

 

   

Sililenoléter: 

 

Enolatos a partir de enonas: 

El enolato se genera por reducción a partir de la disolución de un metal en amoniaco líquido.  

Enolatos a partir de adición conjugada (1,4) en compuestos ,   –  insaturado  insaturado cetónicos  

 

 

Enolatos a partir de reducción reducción de -halocarbonilos 

 

   

Enolatos a partir de ,

insaturado cetonas 

Equivalentes sintéticos  La formación de los equivalentes sintéticos del enol señalados, transcurre a través de reacciones simples y de rendimiento alto: 

Formación de los silil enol éteres:   Los derivados del silil enol, también pueden prepararse fácilmente a partir de ésteres y amidas.  

Los silil enol éteres tienen que emplearse preferentemente en el caso de aldehídos, puesto que éstos enolizan con bases fuertes induciéndose a la condensación aldólica.  

Formación de enaminas:  La regioselectividad, puede controlarse por la combinación adecuada de los efectos electrónicos y estéricos  

Formación de enol éteres por reducción de Birch:  La regioselectividad de la reducción es controlada por efectos electrónicos  

 

Escribe la estructura de todos los posibles enolatos de cada cetona o aldehído. Indica cual sería el más favorecido bajo un control cinético o termodinámico. Explicar.

Solución  El enolato termodinámico es el más estable (más sustituido o conjugado), se forma utilizando bases pequeñas y no muy fuertes. El enolato cinético se forma por velocidad (poco estable), utilizando bases muy voluminosas y fuertes.

 

 

 

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Síntesis de alquenos 

Eliminación bimolecular (E2)  (E2)  Los alquenos se obtienen a partir de haloalcanos mediante procesos de eliminación bimolecular (E2) utilizando bases fuertes.  Alquenos Hofmann y Saytzev  Saytzev  El empleo de bases voluminosas produce los alquenos menos sustituidos (regla de Hofmann). Las bases pequeñas generan los alquenos más internos, debido a su mayor estabilidad (regla de Saytzev) Estereoespecificidad de la E2  E2   La E2 es una reacción ANTI, el grupo saliente y el hidrógeno que sustrae la base deben estar colocados a lados opuestos. Esta característica hace que la reacción sea estereoselectiva pudiendo llegar incluso a estereoespecífica.

 

 Alquenos a partir de alcoholes  alcoholes   Los alquenos se obtienen por calentamiento con ácido sulfúrico de alcoholes. Deshidratación de alcoholes primarios  primarios  Los alcoholes primarios deshidratan mediante mecanismo E2 a temperaturas de 180ºC. Deshidratación de alcoholes secundarios y terciarios  terciarios   Los alcoholes secundarios y terciarios siguen mecanismos de tipo E1 y requieren condiciones mas suaves. Regla de Saytzev  Saytzev   Las bases no impedidas forman mayoritariamente el alqueno más estable (el más sustituido).

Regla de Hofmann  Hofmann   Las bases voluminosas (impedidas), como el tert-butóxido de potasio dan el alqueno menos sustituido mayoritariamente. Los impedimentos estéricos impiden a la base sustraer hidrógenos de posiciones internas de la molécula por lo que elimina los mas accesibles generando el alqueno menos estable.

Hidroboración de alquenos

La hidroboración es una reacción en la cual un hidruro de boro [2] reacciona con un alqueno [1] para dar un organoborano [3].

En la segunda etapa, el organoborano [3] se oxida por tratamiento con peróxido de hidrógeno [4] en medio básico para formar el alcohol [5].

 

 

El agente de hidroboración más usado es el complejo borano-tetrahidrofurano.

La hidroboración es una reacción con regioselectividad  opuesta a la regla de Markovnikov (antiMarkovnikov). antiMarkovnikov). El hidrógeno se adiciona al carbono con menos hidrógenos y el grupo hidroxilo va al carbono que tiene el mayor número de hidrógenos.

La hidroboración es una reacción estereoespecífica SIN y regioselectiva antiMarkovnik antiMarkovnikov ov

Hidratación de alquenos: Markovnikov  Markovnikov  Es una reacción de hidratación de alquenos SIN y AntiMarkovnikov

Mecanismo de la hidroboración  hidroboración   El borano, BH3 , se adiciona al doble enlace de modo que el hidrógeno va al carbono más sustituido y el -BH2 al menos, ambos grupos entran por la misma cara. La segunda etapa consiste en una oxidación con agua oxigenada que sustituye el boro por un -OH. Etapa 1. Adición 1. Adición del borano al alqueno.

 

 

Etapa 2. Oxidación 2. Oxidación con agua oxigenada

Hidratación del 1-metilciclopenteno  1-metilciclopenteno  El -H se adiciona al carbono del metilo -más sustituido- y el -OH al menos sustituido. Por ello, se dice que es una reacción antiMarkovnikov.

Hidroboración del 2-metilbut-2-eno  2-metilbut-2-eno 

Aminación Reductora

La aminación reductora consiste en formar una imina, a partir de aldehídos o cetonas y aminas, que se reduce en una etapa posterior a amina. Esta reducción puede realizarse con H2 catalizado por Niquel o bien con NaBH 3CN. 

La reacción transcurre con formación de de la imina del propanal y amoniaco.

 

  El doble enlace de la imina se reduce con H2, Ni, para formar la amina final.

Veamos un segundo ejemplo

En la primera etapa se forma la imina de ciclohexanona y metilamina

En la segunda etapa, el cianoborohidruro de sodio reduce la imina a amina.

 

REACCION DE DIELS ALDER (CICLOADICIÓN 4+2)

Otto Diels y Kurt Alder recibieron en 1950 el premio Nobel en química por el descubrimiento de la reacción entre un dieno conjugado y un alqueno.

El 1,3-butadieno (dieno) [1] se adiciona al eteno (dienófilo) [2] para formar ciclohexeno [3]. Diels-Alder forma ciclos de seis miembros, por ello es conocida como una reacción de cicloadición. El estado de transición de la la reacción es cíclico, perteneciendo a la familia de las reacciones pericíclicas.

La reacción de Diels-Alder se favorece cuando uno de los componentes tiene grupos que le ceden carga y el otro grupos que le roban.

El producto de Diels-Alder siempre tiene un ciclo más que los reactivos de partida. Diels-Alder es una reacción estereoespecífica, produce un único diastereoisómero. Para dibujar el estereoisómero formado en una Diels-Alder se siguen tres reglas:  

1. Diels-Alder conserva la estereoquímica del dienófilo . Si el alqueno es cis los sustituyentes quedan cis en el producto final.

 

 

2. La reacción de Diels-Alder conserva la estereoquímica del dieno.  Si los sustituyentes están situados al exterior del dieno, quedan quedan cis en el aducto final. Si un sustituyente está al interior y el otro al exterior, quedarán trans en el producto.

3. Diels-Alder es una reacción ENDO. Los sustituyentes del alqueno que se aproximan endo, quedan cis con respecto a los sustituyentes del dieno que van orientados al exterior.

 

  El producto endo es cinético y se obtiene a temperatura moderada. El producto exo por su mayor estabilidad es termodinámico y se obtiene a temperatura más elevada. En el caso de emplear dienos cíclicos se obtenen biciclos. En la aproximación endo, los sustituyentes del alqueno quedan colocados endo en el biciclo (al lado opuesto del puente). Los grupos que se aproximan exo, quedan exo en el biciclo (orientados hacia el puente).

Reacción inversa a diels alder Se denomina retro-Diels-Alder a la reacción inversa a Diels-Alder. Los aductos de Diels-Alder descomponen bajo calentamiento en el dieno y dienófilo que los formaron.

Los enlaces formados por la Diels-Alder (rojo) rompen, dejando libres dieno y dienófilo.

 

 

En el caso de aductos formados a partir de alquinos, es posible romper la molécula de dos formas diferentes, eligiéndose aquella que deja los sustituyentes atractores sobre el dienófilo.

Reaccion Diels-alder

Reacción concertada [4+2]  [4+2]   Diels Alder es una reacción concertada entre un dieno en conformación s-cis y un dienófilo alqueno-. Los productos de Diels - Alder son derivados del ciclohexeno.

Reacción estereoespecífica  estereoespecífica  Es una reacción estereoespecífica, conserva la estereoquímica del dieno y del dienófilo y sigue la regla endo. Dienos ricos y dienófilos pobres  pobres  Los dienos ricos (con sustituyentes que ceden carga) reaccionan rápidamente con dienófilos pobres (con sustituyentes que roban carga). Reacciones electrocíclicas  electrocíclicas  El butadieno y 1,3,5-hexatrieno experimentan reacciones electrocíclicas que dan lugar a cierres y aperturas concertadas de anillos. Las reacciones electrocíclicas pueden tener lugar con luz o calor y pueden ser conrotatorias o disrotatorias.

Reacciones fotoquímicas  fotoquímicas  En presencia de luz ocurren las reacciones fotoquímicas. Los alquenos se unen por los carbonos sp2 dando lugar a ciclos de cuatro miembros.

 

 

Mecanismo Diels alder Re Reacción acción concertada  concertada  Diels-Alder es una reacción entre un dieno conjugado (1,3-butadieno) y un alqueno también llamado dienófilo (eteno). Es una reacción concertada, se rompen enlaces al mismo tiempo que se forman otros nuevos y transcurre en una sola etapa.

La reacción entre el butadieno y el eteno va regular y tiene rendimientos bastante bajos. La reacción mejora cuando se combina un alqueno pobre en electrones con un dieno rico. Esto se consigue introduciendo sustituyentes que roben carga sobre el alqueno y que den carga negativa sobre el dieno. Grupos donores  donores  Dentro de los sustituyentes que ceden carga tenemos dos grupos, aquellos que lo hacen por efecto inductivo como son los sustituyentes alquilo, y los que ceden por resonancia como grupos hidroxi, amino, metoxi. -CH3, -CH2CH3, dan por efecto inductivo -OH, OCH3, -NH2, dan por efecto resonante Grupos aceptores  aceptores  Los sustituyentes que roban pueden hacerlo también de dos formas, por efecto inductivo (los halógenos) y por efecto resonante (aldehídos, cetonas, nitrilos, ácidos carboxílicos, ésteres). -F, -Cl, -CF3, roban por efecto inductivo -CHO, -CN, NO2, -CO2H, -CO2Et, roban por efecto resonante Dienos ricos  ricos 

Los sustituyentes (en rojo) dan carga al dieno. Dienófilos pobres  pobres 

 

Los sustituyentes (en rojo) roban carga del dienófilo. Un dieno rico y un dienófilo pobre son una excelente combinación que permite realizar la reacción a una temperatura moderada.

Estereoquímica Diels-alder Conserva la estereoquímica del dieno  dieno   Cuando los sustituyentes del dieno van al exterior o al interior quedan cis en el producto.

Los metilos, que van al exterior del dieno, quedan cis en el producto final.

 

  En este segundo ejemplo un metilo va al exterior y otro al interor del dieno quedando trans en el aducto final. Conserva la estereoquímica del dienófilo  dienófilo   Los alquenos cis dan lugar a aductos con los sustituyentes orientados al mismo lado. lado. Los alquenos trans dejan los grupos a lados opuestos en el producto de Diels Alder.

Diels Alder es una reacción ENDO  ENDO   Indica como quedan los sustituyentes del dieno con respecto a los del dienófilo.

Los grupos aldehído se aproximan ENDO al dieno (orientados hacia el dieno) y quedan en el aducto cis con respecto a los grupos que van al exterior del dieno (metilos)

 

  Los grupos aldehído se aproximan EXO al dieno y quedan trans con respecto a los grupos que van al exterior del dieno. (metilos). Veamos más ejemplos:

Diels-alder con dienos cíclicos Los dienos cíclicos en conformación s-cis pueden dar la reacción de Diels Alder produciendo biciclos.

 

  Estereoquímica:  Estereoquímica:  La aproximación ENDO deja los sustituyentes del dienófilo ENDO (alejados del puente) en el biciclo final. La aproximación EXO deja los sustituyentes del dienófilo EXO (orientados hacia el puente) en el biciclo final.

Retro Diels-alder Los aductos de Diels Alder rompen bajo calefacción regenerando el dieno y dienófilo que los formaron.

 

Diels-alder intramolecular La reacción de Diels Alder intramolecular tiene lugar cuando el dieno y el dienófilo pertenecen a la misma molécula.

Reacción de Stille

Acoplamiento Acoplamien to de stille

El acoplamiento de Stille es una reacción de formación de enlace CC versátil entre estannanos y haluros o pseudohaluros, con muy pocas limitaciones en los grupos-R. Los métodos bien elaborados permiten la preparación de diferentes productos de todas las combinaciones de haluros y estannanos que se muestran a continuación. El principal inconveniente es la toxicidad de los compuestos de estaño utilizados y su baja polaridad, lo que los hace poco solubles en agua. Los stannanes son estables, pero los ácidos borónicos y sus derivados se someten a la misma química en lo que se conoce como el acoplamiento Suzuki. Las mejoras en el acoplamiento de Suzuki pueden conducir pronto a la misma versatilidad sin los inconvenientes de usar compuestos de estaño. Convenientes electrófilos y estannanos:

 

Transposición de Claisen (Reacción sigmatrópica 3,3)

Transposición de Claisen  Claisen  Los alilfeniléteres sufren al calentarlos una reacción concertada, que supone el movimiento de seis electrones, llamada transposición de Claisen. El intermedio formado en la reacción es de alta energía y se tautomeriza rápidamente para dar el producto final

Mecanismo de la transposición de Claisen  Claisen   Se trata de una reacción concertada en la que se forman y rompen enlaces simultáneamente.

Condensación de Claisen Cuando un éster con hidrógenos a se trata con con un equivalente de base (alcóxido) condensa para formar un producto de la familia de los 3-cetoésteres. Este tipo de reacción es conocida como condensación de Claisen.  

[1] condensa  condensa en presencia de un equivalente de etóxido en etanol seguido El etanoato de etilo [1] [2](3-cetoéster) (3-cetoéster) de etapa ácida, para formar 3-oxobutanoato de etilo [2] El mecanismo de la condensación de Claisen transcurre de modo similar al de la condensación aldólica. En una primera etapa se forma un enolato de és éster ter que condensa sobre el carbonilo de otra molécula éster. Los equilibrios son desfavorables y requiere de una última última etapa ácido base para desplazarlos.

Etapa 1. Formación del enolato de éster

 

 

Etapa 2. Adición nucleófila

Etapa 3. Eliminación de etóxido

Etapa 4. Transformación del 3-cetoester en su enolato. Esta etapa es el primer equilibrio favorable de la Claisen y desplaza todos los equilibrios anteriores hacia el producto final.

Etapa 5. Protonación del enolato de ceto-éster

 

Enolatos de éster Los ésteres tienen en su posición a hidrógenos ácidos con pKa=25, que pueden ser sustraidos empleando bases. La base conjugada conjugada es un enolato de éster, especie muy nucleófila que ataca a un variado número de electrófilos.

Reacción de enolatos de éster con haloalcanos primarios  El enolato de éster actúa como nucleófilo, reaccionando reaccio nando con haloalcanos primarios mediante mecanismo SN2. Los haloalcanos secundarios y terciarios dan mayoritariamente eliminaciones, debida a la importante basicidad del enolato.

Reacción de enolatos de éster con oxaciclopropanos (epóxidos)  Los enolatos de éster atacan y abren oxaciclopropano. El oxaciclopropano aporta aporta al carbono a del enolato una cadena con dos carbonos, que contiene un -OH en el segundo se gundo carbono.

 

 

  Reacción de enolatos de éster con aldehídos y cetonas   El producto final en condiciones adecuadas puede ciclar formando una lactona.

Transposición de Jonhson-claisen (3,3)

El reordenamiento de Johnson-Claisen es una reacción orgánica en la que se calienta un alcohol alílico con ortoacetato ortoacetato de trialquilo en condiciones de ácido medio para producir un éster γ, uns-insaturado. La reacción comienza con la protonación de uno

de los grupos alcóxido del ortoacetato. ortoacetato. El alcóxido protonado se libera como una molécula de alcohol y forma un catión oxonio que luego se une al alcohol. Luego siguen los pasos de transferencia de protones, que protonan otro grupo alcóxido, que nuevamente se pierde como alcohol y forma otro catión oxonio. Una etapa de desprotonación produce entonces un intermedio desprotonación in termedio de 1,5 dieno que sufre un reordenamiento sigmatrópico sigmatrópico de Claisen para proporcionar el producto final de éster  γ, δ-insaturado.

Mecanismo

 

 

Reacción de Metátesis de alquenos

En esta reacción dos alquenos [1] y [2] son tratados con un metal de transición que actúa como catalizador, dando una mezcla de alquenos [3](incluyendo isómeros Z/E). Este productos se obtiene por intercambio de grupos alquilideno.

 

  Mecanismo  En el mecanismo de la reacción, el catalizador [5] se forma por reacción de pequeñas cantidades del complejo alquilideno [4] con el alqueno de partida [1].

La metátesis de alquenos procede a través de un cíclo catalítico, como sigue:

Los catalizadores empleados en esta reacción son complejos de Rutenio o Molibdenoalquilildeno.

Catalizador metátesis

Adición conjugada de organocupratos organocupratos

 

 

 

 

Cicloadición 2+2. Cicloadiciones fotoquimicas

Reacción [2+2]  [2+2]  Los alquenos en presencia de luz dan reacciones de cicloadición para formar anillos de cuatro eslabones. Estas reacciones se denominan cicloadiciones [2+2].

Ciclación fotoquímica del Norbornadieno  Norbornadieno  Una aplicación interesante de esta reacción es la conversión de energía solar en energía química mediante la transformación fotoquímica intramolecular del norbornadieno a cuadriciclano. La reacción es termodinámicamente desfavorable, pero la presencia de luz permite la obtención del producto. El cuadriciclano en presencia de catalizadores metálicos se rompe obteniéndose de nuevo el norbornadieno y la liberación de 26 Kcal/mol.

Organometálicos en sintetis (adicion al carbonilo de organoliticos, formación de alcohol)

 

  Creación de enlaces carbono-carbono  carbono-carbono  La aplicación más importante de los reactivos organometálicos de litio y magnesio es aquella en la que el carbono unido al metal actúa como nucleófilo. Estos reactivos pueden atacar al grupo carbonilo de aldehídos y cetonas produciendo alcoholes, en este proceso se obtiene un nuevo enlace carbono-carbono. Síntesis de alcoholes primarios  con metanal generan alcoholes primarios. primarios  Los compuestos organometálicos

Síntesis de alcoholes secundarios  secundarios   Los compuestos organometálicos con el resto de aldehídos dan alcoholes secundarios.

Síntesis de alcoholes terciarios  terciarios  Los compuestos organometálicos con cetonas dan alcoholes terciarios.

Reacción de organometálicos con ésteres.  ésteres.  Los ésteres reaccionan con reactivos organometálicos para rendir alcoholes con dos cadenas iguales. La primera adición de organometálico produce un carbonilo, no aislable, que vuelve a reaccionar con el segundo equivalente de organometálico para dar el alcohol final.

 

  Reacción de organometálicos con oxaciclopropanos (epóxidos)  (epóxidos)  La apertura de epóxidos por ataque de organometálicos al carbono menos sustituido produce alcoholes.

Epoxidación de alquenos

Los alquenos reaccionan con perácidos (peroxiácidos) para formar epóxidos. Los epóxidos son ciclos de tres miembros que contienen oxígeno.

El reactivo más habitual en esta reacción es el ácido peroxiacético, aunque también puede utilizarse MCPBA. Los disolventes más usados son diclorometano y cloroformo. La epoxidación de alquenos es quimioselectiva, reaccionando mejor con los alquenos más sustituidos

 

  También presenta una elevada diastereoselectividad, epoxidando mejor la cara menos impedida del alqueno.

El mecanismo de la epoxidación de alquenos es concertado, transcurriendo en una única etapa.

Adición electrófila alquenos

La reacción característica de los alquenos es la adición de sustancias al doble enlace, según la ecuación:

La primera etapa de la reacción es la adición del protón al alqueno nucleófilo, para formar el carbocatión. En la segunda etapa, el carbocatión reacciona con el nucleófilo.

La adición de electrófilos a alquenos hace posible la síntesis de muchas clases de compuestos:

 

 

Halogenuros de alquilo, alcoholes, alcanos, dioles, eteres pueden ser sintetizados a partir de alquenos por reacciones de sustitución electrófila. El producto obtenido depende solamente del electrófilo y del nucleófilo usado en la reacción.

 

Hidrogenación de alquenos La hidrogenación es la adición de hidrógeno al doble enlace para formar alcanos. Platino y paladio son los catalizadores más comunmente usados en la hidrogenación de alquenos. El paladio se emplea en forma de polvo absorbido en carbón (Pd/C). El platino se mplea como PtO2 (Catalizador de Adams).

 

 

L-Selectride

Reacción de Swern El reactivo de Swern oxida alcoholes primarios a aldehídos y secundarios a cetonas. Trabaja en condiciones muy suaves respetando gran variedad de grupos, incluidos acetales. El reactivo está formado por dimetilsulfóxido y cloruro de oxalilo, que generan sales de alcoxisulfonio por reacción con el alcohol. En una segunda etapa la sal de alcoxisulfonio descompone por tratamiento básico liberando el aldehído o cetona y sulfuro de dimetilo.

 

Oxidación de Swern

La oxidación de Swern de los alcoholes evita el uso de metales tóxicos como el cromo, y puede llevarse a cabo en condiciones muy suaves. Esta reacción permite la preparación de aldehídos y cetonas a partir de alcoholes primarios y secundarios, resp. . Los aldehídos no reaccionan más para dar ácidos carboxílicos. Un inconveniente es la producción del sulfuro de dimetilo del producto secundario maloliente.

Mecanismo de la oxidación de Swern. El ión dimetilclorosulfonio se genera in situ a partir de  de DMSO DMSO  y cloruro de oxalilo  oxalilo .

La reacción con un alcohol a -78 ° C conduce a un ión alcoxisulfonio:

La desprotonación de este intermedio proporciona un iluro de azufre, que sufre una desprotonación intramolecular mediante un estado de transición de anillo de cinco miembros y una fragmentación para producir el producto y DMS (¡olor!):

Si la temperatura no se mantiene cerca de -78 ° C, los tioacetales mixtos pueden resultar:

 

  1,3-ditianos La reacción de aldehídos con 1,3-ditiaciclohexano, en presencia de ácidos de Lewis, produce 1,3-ditianos que presentan hidrógenos susceptibles de ser sustraidos con bases fuertes, formando el anión-1,3-ditiano. Estos aniones son muy buenos nucleófilos y reaccionan con una importante gama de electrófilos . Veamos la obtención de 2-butanona a partir de etanal.

Etapa 1. Formación del 1,3-ditiano

Etapa 2. Formación del anión 1,3-ditiano.

 

Etapa 3. Ataque 3. Ataque nucleófilo

Etapa 4. Hidrólisis 4. Hidrólisis del tioacetal

 

Reacción de Heck La reacción de Heck es una reacción química entre un  un  halogenuro halogenuro  insaturado insaturado  (o un  triflato un triflato)) con un  un alqueno alqueno  en presencia de una base y un  un  catalizador  de de  paladio paladio  para 1 formar un alqueno sustituido. sustituido.  El nombre se le da por su descubridor, el premio Nobel de Química de 2010  2010 Richard Heck, Heck, premio que compartió con  con Eiichi Negishi  Negishi y Akira  Akira Suzuki. Suzuki.  Esta reacción fue el primer ejemplo de una reacción de formación de enlace carbonocarbono que siguió un ciclo catalítico de Pd(0) / Pd(II), el mismo que se ve en otras reacciones de acoplamie otras  acoplamiento nto cruzado  cruzado con Pd(0). Junto con otras reacciones de esta clase, la reacción de Heck es de gran importancia, ya que permite realizar reacciones de sustitución en centros de carbono sp2.

Reacción de Heck La reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador que consiste en un  un  compuesto 2

organometálico  de paladio. El haluro (Br, Cl) organometálico  Cl)  o triflato es un compuesto compuesto  arilo arilo,, bencilo bencilo,,  o vinilo vinilo  y el alqueno contiene al menos un hidrógeno y es a menudo deficiente en electrones tal como un éster de  de acrilato acrilato  o acrilonitrilo acrilonitrilo..El catalizador de paladio puede ser la  tetraquis(tri la tetraquis(trifenilfosfina)pa fenilfosfina)paladio ladio (0) (0),, cloruro de paladio (II)  (II) o acetato de paladio (II). (II). La base suele ser  trietilamina trietilamina,, carbonato de sodio  sodio o acetato de potasio. potasio.  Varios reviews han sido publicados publicados..345 

Reducción de ésteres a aldehídos Los ésteres se reducen a aldehídos con el hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL) a -78ºC. Debe utilizarse un sólo equivalente para detener la reacción en el aldehído, evitando la reducción de este a alcohol. 

El DIBAL tiene la siguiente estructura:

Mecanismo de la reacción:

 

  Los ésteres cíclicos (lactonas) reducen con DIBAL para dar moléculas con los grupos aldehído y alcohol.

Con dibal en exceso se llega al alcohol

DMP Dess  – Martin periodinane ( DMP ) es un  un reactivo químico  químico usado para  para oxidar alcoholes primarios a aldehídos primarios  aldehídos  y alcoholes alcoholess secundarios a  a cetonas cetonas  . [1] [2] Este Este  periodinano periodinano  tiene varias ventajas sobre los oxidantes a base de  de  cromo cromo  y DMSO DMSO  que incluyen condiciones más leves (temperatura ambiente, pH neutro), tiempos de reacción más cortos, mayores rendimientos, rendimiento s, tratamientos simplificados, alta quimiosele quimioselectividad, ctividad, tolerancia de grupos funcionales sensibles, sensibles, y una larga vida útil. Lleva el nombre de los químicos estadounidenses Daniel Benjamin Dess y  y  James Cullen Martinquien Martinquien desarrolló el reactivo en 1983. Se basa en  en IBX IBX  , pero debido a los grupos acetato unidos al átomo central de yodo, el DMP es mucho m ucho más reactivo que el IBX y es mucho más soluble en solventes [3] orgánicos.     orgánicos.