Quimica Organica Ejercicios Resueltos
Short Description
Download Quimica Organica Ejercicios Resueltos...
Description
QUÍMICA ORGÁNICA 250 EJERCICIOS RESUELTOS
CECILIO MÁRQUEZ SALAMANCA Profesor Titular UNIVERSIDAD DE ALICANTE, 2008
NOTA DEL AUTOR
Las páginas que siguen corresponden a los dos cursos de Química orgánica que he impartido en la Universidad de Alicante, a lo largo de los últimos 10 años. Cada curso tiene una duración de 70 horas, de modo que estos apuntes incluyen, aproximadamente, 90 horas lectivas de teoría y 50 de ejercicios prácticos que se discuten y resuelven en clase. El planteamiento general está basado en los diferentes tipos de reacciones entre compuestos orgánicos, en lugar del enfoque habitual que hace énfasis en los grupos funcionales. En cada uno de los temas aparecen ejercicios (incluidos en el texto) que permiten familiarizarse con los conceptos teóricos que se exponen. Al final de cada tema se han añadido una serie de ejercicios adicionales, con el fin de que los estudiantes los preparen (de forma individual o colectiva) para discutirlos después en clase. El contenido de los dos cursos se ciñe a lo que habitualmente puede designarse como Química Orgánica General, esto es, principios generales sobre estructura electrónica y reactividad. Sin embargo, se ha introducido una novedad metodológica: el tratamiento de los sistemas conjugados (acíclicos y cíclicos) mediante el modelo de Perturbaciones de los Orbitales Moleculares (PMO) Dicho modelo es una alternativa ventajosa a la teoría de la resonancia que, sin embargo, también se utiliza para evitar que los estudiantes se sientan desconectados de los textos normales de química orgánica. El método PMO permite, por ejemplo, dibujar fácilmente las estructuras resonantes de cualquier molécula (ver p.103 y siguientes) De forma análoga, la definición de Hidrocarburos alternantes impares (p.114) ayuda a incluir el concepto de Orbital Molecular no Enlazante (ONE) (p.117) El cálculo de los coeficientes del ONE conduce a identificar los átomos de carbono más reactivos en un determinado Hidrocarburo alternante impar (p.120) De todos modos, la aplicación más interesante de la metodología PMO está relacionada con las reacciones de sustitución electrófila del benceno y los hidrocarburos policíclicos bencenoides. En este caso, el método PMO muestra un poder predictivo que la teoría de la resonancia es incapaz de igualar. Utilizando el modelo de Perturbaciones de los Orbitales Moleculares es posible averiguar las reactividades relativas de todos los átomos, en cualquier hidrocarburo policíclico bencenoide (p.334) También se pueden realizar predicciones muy fiables cuando el hidrocarburo tiene sustituyentes de distintos tipos (p.363 y Apéndice IV) El lector que esté interesado en el fundamento teórico del modelo de Perturbaciones de los Orbitales Moleculares puede consultar el trabajo del mismo autor sobre Aromaticidad, que aparece en la página Web de la Universidad de Alicante.
Alicante, 2008
i
ÍNDICE 1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS NOMENCLATURA DE ALCANOS................................................................................................................................ 1
Geometría de los alcanos acíclicos .................................................................................................................... 5 DEFINICIÓN Y CÁLCULO DE ENERGÍAS DE ENLACE
Entalpía de formación ............................................................................................................................................. 6 Energía de enlace................................................................................................................................... 7 Estabilidades relativas de radicales alquilo.........................................................................................9 CONCEPTO DE CONFORMACIÓN. PROYECCIONES DE NEWMAN ................................................................... 10
Conformaciones del propano y del butano........................................................................................ 11 MOLÉCULAS ACÍCLICAS CON UN ÁTOMO DE CARBONO ESTEREOGÉNICO ................................................ 12 PROYECCIONES DE FISCHER ............................................................................................................................... 12 CONFIGURACIÓN ABSOLUTA. NOMENCLATURA (R)/(S) DE CAHN, INGOLD Y PRELOG (CIP) .................... 15
Prioridades de los grupos unidos a un átomo de carbono asimétrico .......................................... 16 Orden de prioridad de radicales alquilo .......................................................................................... 16 MOLÉCULAS ACÍCLICAS CON DOS ÁTOMOS DE CARBONO ASIMÉTRICOS
Los dos átomos de carbono tienen sustituyentes distintos ........................................................... 18 Los dos átomos de carbono tienen los mismos sustituyentes ...................................................... 19 NÚMERO DE ISÓMEROS ÓPTICOS......................................................................................................................... 20
Conformaciones, proyecciones de Newman y proyecciones de Fischer ...................................... 22 EJERCICIOS ADICIONALES..................................................................................................................................... 23
2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS NOMENCLATURA DE CICLOALCANOS MONOCÍCLICOS .................................................................................... 25 ESTEREOQUÍMICA DE CICLOALCANOS MONOCÍCLICOS
Equilibrio conformacional en el ciclohexano ................................................................................... 25 Isomería geométrica ........................................................................................................................... 28 Isomería óptica .................................................................................................................................... 29 NOMENCLATURA DE ESPIRANOS ......................................................................................................................... 31
Estereoquímica de espiranos............................................................................................................. 32 NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS CON PUENTES ................................................................................... 33 EJERCICIOS ADICIONALES..................................................................................................................................... 34
ii
3. HIDROCARBUROS CON ENLACES MÚLTIPLES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO GEOMETRÍA DE LOS ALQUENOS ........................................................................................................... 35 NOMENCLATURA DE ALQUENOS .......................................................................................................................... 35 ESTEREOISOMERÍA DE DOBLES ENLACES. ISOMERÍAS (Z)/(E) Y ÓPTICA
Monoolefinas ....................................................................................................................................... 40 Olefinas con dos dobles enlaces conjugados.................................................................................. 41 Olefinas con dobles enlaces acumulados (cumulenos) .................................................................. 41 Prioridades de los radicales con doble enlace................................................................................. 43 Estereoquímica de alquilidencicloalcanos ....................................................................................... 46 NOMENCLATURA DE ALQUINOS ........................................................................................................................... 46 NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS .................................................................................... 47 EJERCICIOS ADICIONALES..................................................................................................................................... 49
4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................................ 50
Haluros de alquilo ............................................................................................................................... 50 Alcoholes y fenoles............................................................................................................................. 55 Éteres ................................................................................................................................................... 57 Aminas ................................................................................................................................................. 58 Aldehidos ............................................................................................................................................. 59 Cetonas ................................................................................................................................................ 60 Ácidos carboxílicos ............................................................................................................................ 62 Ésteres ................................................................................................................................................. 64 Amidas ................................................................................................................................................. 65 Haluros de ácido ................................................................................................................................. 65 Anhidridos de ácido............................................................................................................................ 66 Nitrilos.................................................................................................................................................. 67 Nitroderivados ..................................................................................................................................... 67 Moléculas heterocíclicas .................................................................................................................... 68 PRIORIDADES RELATIVAS DE GRUPOS CON HETEROÁTOMOS (NOMENCLATURA R/S) ......................... 69 EJERCICIOS ADICIONALES..................................................................................................................................... 70
iii
5. ENLACE QUÍMICO EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS EL MODELO DE ENLACE LOCALIZADO ................................................................................................................ 77
Entalpía de atomización de parafinas ............................................................................................... 78 Parafinas acíclicas .............................................................................................................................. 78 Parafinas ciclicas ................................................................................................................................ 79 Monoolefinas acíclicas ....................................................................................................................... 80 Diolefinas acíclicas ............................................................................................................................. 81 Poliolefinas cíclicas ............................................................................................................................ 82 ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS
Orbitales atómicos híbridos localizados del carbono ..................................................................... 84 ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS
Orbitales moleculares localizados del acetileno .............................................................................. 85 Orbitales moleculares localizados del etileno .................................................................................. 86 Orbitales moleculares localizados del etano .................................................................................... 87 Tipos de hibridación y geometría molecular .................................................................................... 88 ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE GRUPOS FUNCIONALES
Alcoholes y éteres............................................................................................................................... 89 Aldehidos y cetonas ........................................................................................................................... 90 Ácidos carboxílicos ............................................................................................................................ 92 Ésteres ................................................................................................................................................. 94 Anhidridos de ácidos.......................................................................................................................... 95 Haluros de ácidos ............................................................................................................................... 95 Aminas ................................................................................................................................................. 96 Amidas ................................................................................................................................................. 97 Nitrilos.................................................................................................................................................. 98 Nitroderivados ..................................................................................................................................... 99 Cumulenos......................................................................................................................................... 100 Poliolefinas conjugadas ................................................................................................................... 102 EL MODELO DE ENLACE DESLOCALIZADO ...................................................................................................... 103
Moléculas acíclicas con un número impar de átomos de carbono .............................................. 105 Moléculas cíclicas con un número impar de átomos de carbono ................................................ 107 Moléculas cíclicas con un número par de átomos de carbono..................................................... 109 MODELO DE HÜCKEL
Moléculas no aromáticas, aromáticas y antiaromáticas................................................................ 111
iv
HIDROCARBUROS ALTERNANTES IMPARES.................................................................................................... 114
Cálculo de los coeficientes del orbital molecular no enlazante.................................................... 117 Cargas formales en cationes y aniones de hidrocarburos alternantes impares ......................... 119 Átomos de carbono reactivos y no reactivos ................................................................................. 120 Entalpía de atomización de anulenos.............................................................................................. 121 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 122
6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD ÁCIDOS Y BASES .................................................................................................................................................. 125
Modelo de Bronsted-Lowry .............................................................................................................. 125 Modelo de Lewis................................................................................................................................ 125 REACCIONES ÁCIDO – BASE ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS................................................................ 126
Constantes de acidez y pKa ............................................................................................................. 126 Relación entre la energía libre estandar, la constante de equilibrio y el pKa.............................. 130 EQUILIBRIO QUÍMICO ........................................................................................................................................... 131
Insuficiencia de los conceptos termodinámicos............................................................................ 131 Entalpía y entropía ............................................................................................................................ 132 INTERMEDIOS DE REACCIÓN .............................................................................................................................. 136
Carbocationes ................................................................................................................................... 136 Estabilidades relativas de los cationes carbonio........................................................................... 137 Carbaniones....................................................................................................................................... 138 VELOCIDAD Y ORDEN DE UNA REACCIÓN........................................................................................................ 139
Orden de reacción............................................................................................................................. 139 Variación de la velocidad de reacción con la concentración........................................................ 139 Orden, molecularidad y mecanismo de una reacción.................................................................... 140 EL ESTADO DE TRANSICIÓN ............................................................................................................................... 141
Un sólo estado de transición y ningún intermedio de reacción ................................................... 142 Dos estados de transición y un intermedio de reacción ............................................................... 143 Control cinético y control termodinámico de una reacción .......................................................... 144 TIPOS DE PROCESOS DE RUPTURA Y FORMACIÓN DE ENLACES................................................................ 144 REACTIVOS NUCLEÓFILOS Y ELECTRÓFILOS ................................................................................................. 145 TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS ................................................................................................................ 145
Reacciones de sustitución nucleófila en un átomo de carbono no saturado.............................. 146 Reacciones de sustitución nucleófila en un átomo de carbono saturado ................................... 146 Reacciones de sustitución electrófila en un átomo de carbono no saturado ............................. 147
v
Reacciones de adición nucleófila a grupos carbonilo ................................................................... 148 Reacciones de adición electrófila a un átomo de carbono no saturado ...................................... 148 Reacciones de eliminación en un átomo de carbono saturado o no saturado ........................... 149 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 149
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS ESTABILIDADES DE LOS ALQUENOS ................................................................................................................ 151 REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA......................................................................................................... 152
Reacciones con haluros de hidrógeno (HCl, HBr, HI) .................................................................... 152 Regioselectividad en la adición de ácidos próticos a olefinas. regla de Markovnikov............... 154 Reacciones de transposición en carbocationes ............................................................................ 155 Estereoquímica de las reacciones que transcurren a través de carbocationes.......................... 156 Reacción con agua en medio ácido fuerte...................................................................................... 157 Reacciones de los carbocationes con alquenos. Polimerización de olefinas ............................. 158 Reacción de los alquenos con halógenos ...................................................................................... 159 Reacción de los alquenos con ácidos hipohalosos (HOCl y HOBr) ............................................. 162 REACCIONES DE LOS ALQUENOS CON ELECTRÓFILOS OXIGENADOS ...................................................... 165
Oxidación de alquenos con peroxiácidos....................................................................................... 165 Oxidación de alquenos con tetraóxido de osmio........................................................................... 167 OLEFINAS CON DOBLES ENLACES CONJUGADOS ......................................................................................... 168
Reacción con haluros de hidrógeno y halógenos a través de carbocationes............................. 168 REACCIONES DE LOS ALQUINOS....................................................................................................................... 172
Acidez de los alquinos terminales................................................................................................... 172 Adición de haluros de hidrógeno .................................................................................................... 173 Adición de agua con catálisis ácida ................................................................................................ 174 Reducción de alquinos con sodio en amoníaco líquido................................................................ 175 SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS A PARTIR DE OLEFINAS Y ALQUINOS ...................................... 176 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 178
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................... 182 CORRELACIONES ESTRUCTURA – REACTIVIDAD ........................................................................................... 182 APLICACIONES DE LA SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS ................................................................. 188 FORMACIÓN DE ENLACES C–X
Síntesis de cloruros de ácido........................................................................................................... 188
vi
FORMACIÓN DE ENLACES C–O
Síntesis de ésteres............................................................................................................................ 189 Hidrólisis de ésteres ......................................................................................................................... 192 Síntesis de anhidridos de ácido....................................................................................................... 194 FORMACIÓN DE ENLACES C–N
Síntesis de amidas ............................................................................................................................ 195 Hidrólisis de amidas ......................................................................................................................... 197 FORMACIÓN DE ENLACES C–H
Reducción de cloruros de ácido y amidas...................................................................................... 198 FORMACIÓN DE ENLACES C–C
Síntesis de cetonas a partir de ácidos carboxílicos ...................................................................... 199 Condensación de Claisen................................................................................................................. 200 Estrategia para la síntesis de β-cetoésteres ................................................................................... 205 Reacción de Claisen ......................................................................................................................... 206 Enolatos termodinámicos y enolatos cinéticos ............................................................................. 207 Reacción de Dieckmann ................................................................................................................... 208 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 211
9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO GENERALIDADES.................................................................................................................................................................216 MECANISMO DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA......................................................................216
Estereoquímica de las reacciones de sustitución nucleófila ................................................................217 Reacciones de transposición carbocationes...........................................................................................219 Impedimento estéreo de los sustituyentes en el estado de transición................................................219 APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS FORMACIÓN DE ENLACES C–O
Síntesis de alcoholes, éteres y ésteres.....................................................................................................220 FORMACIÓN DE ENLACES C–X
Síntesis de haluros de alquilo a partir de alcoholes ...............................................................................225 Síntesis de haluros de alquilo a partir de tosilatos.................................................................................226 FORMACIÓN DE ENLACES C–N
Síntesis de aminas.......................................................................................................................................227 FORMACIÓN DE ENLACES C–C
Síntesis de nitrilos .......................................................................................................................................228 Síntesis de alquinos ....................................................................................................................................228
vii
Síntesis de alcoholes primarios a partir de oxiranos y compuestos organomagnésicos................229 ANIONES ENOLATO COMO INTERMEDIOS DE REACCIÓN (EQUILIBRIO CETO-ENÓLICO).................................229
Alquilación de cetonas................................................................................................................................232 Control termodinámico y control cinético de la reacción......................................................................233 Alquilación de ésteres .................................................................................................................................235 ALQUILACIÓN DE COMPUESTOS CON HIDRÓGENOS METILÉNICOS ÁCIDOS .....................................................236 ALQUILACIÓN DE β-CETOÉSTERES (SÍNTESIS ACETILACÉTICA)............................................................................237
1. Síntesis de metil alquil cetonas y ácidos monocarboxílicos ............................................................238 2. Síntesis de 1,4–dicetonas a partir de α–bromocetonas .....................................................................241 3. Síntesis de cetoácidos y ácidos dicarboxílicos a partir de α–bromoésteres .................................242 ALQUILACIÓN DE DIÉSTERES MALÓNICOS (SÍNTESIS MALÓNICA)
1. Síntesis de ácidos monocarboxílicos ...................................................................................................243 2. Síntesis de ácidos dicarboxílicos..........................................................................................................244 RESUMEN DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA...........................................................................247 EJERCICIOS ADICIONALES ...............................................................................................................................................249
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN GENERALIDADES.................................................................................................................................................................254 MECANISMO DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN
Reacciones de eliminación E1 ...................................................................................................................254 Reacciones de eliminación E2 ...................................................................................................................255 REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
Reacciones E1 ..............................................................................................................................................257 Reacciones E2 ..............................................................................................................................................257 ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN
Reacciones de eliminación monomoleculares (E1)................................................................................258 Reacciones de eliminación bimoleculares (E2).......................................................................................261 TIPOS DE LOS ESTEREOISÓMEROS OBTENIDOS EN LAS REACCIONES E1 Y E2....................................... 266 ESTEREOQUÍMICA Y REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
Reacciones E1 ................................................................................................................................... 268 Reacciones E2 ..............................................................................................................................................268 APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN EN SÍNTESIS
Reacciones E1 ................................................................................................................................... 270 Reacciones E2 ................................................................................................................................... 271
viii
COMPETITIVIDAD ENTRE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN Y DE ELIMINACIÓN
Derivados alquílicos primarios sin impedimento estéreo .....................................................................274 Derivados alquílicos primarios con impedimento estéreo ....................................................................274 Derivados alquílicos primarios que originan carbocationes estabilizados ........................................275 Derivados alquílicos secundarios .............................................................................................................275 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 278
11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO GENERALIDADES .................................................................................................................................................. 281 ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN NUCLEÓFILA. REGLA DE CRAM ................................................. 282 APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ADICIÓN NUCLÓFILA EN SÍNTESIS FORMACIÓN DE ENLACES C−H
Reducción con hidruros metálicos.................................................................................................. 284 Oxidación de alcoholes (oxidación de Swern) ............................................................................... 287 FORMACIÓN DE ENLACES C−O
Reacción con alcoholes ................................................................................................................... 288 Ejemplo de protección de una cetona en forma de acetal ............................................................ 290 Ejemplo de protección de un alcohol en forma de tetrahidropiranil éter..................................... 290 FORMACIÓN DE ENLACES C-N
Reacción con aminas primarias....................................................................................................... 292 Reacción con aminas secundarias.................................................................................................. 293 Reacción con hidrazina .................................................................................................................... 294 FORMACIÓN DE ENLACES C-C
Reacción con anión cianuro............................................................................................................. 295 Reacción con aniones acetiluro....................................................................................................... 296 Reacción con compuestos organomagnésicos:síntesis de alcoholes ........................................ 296 Síntesis de alcoholes acetilénicos a partir de magnesianos ........................................................ 299 Reactivos organoliticos.................................................................................................................... 300 Reactivos orgánicos de cinc ............................................................................................................ 301 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 302
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................... 307 REACCIÓN ALDÓLICA
Aldehidos como sustratos ............................................................................................................... 307 Cetonas como sustratos................................................................................................................... 308
ix
Reacción retroaldólica...................................................................................................................... 309 Reacciónes aldólicas mixtas............................................................................................................ 310 CONDENSACIÓN DE DARZENS ........................................................................................................................... 312 CONDENSACIÓN DE PERKIN ............................................................................................................................... 313 REACCIÓN DE MICHAEL....................................................................................................................................... 313
Método de Robinson para la síntesis de ciclos.......................................................................................318 EJERCICIOS ADICIONALES ...............................................................................................................................................319
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO GENERALIDADES.................................................................................................................................................................332 ENERGÍA DE ENLACE DE CATIONES ARENIO POLICÍCLICOS .................................................................................334
Sustitución electrófila en el antraceno .....................................................................................................336 Sustitución electrófila en el fenantreno ....................................................................................................337 REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE CARBONO
Alquilación con haluros de alquilo (alquilación de Friedel-Crafts)......................................................339 Alquilación con olefinas y alcoholes ........................................................................................................340 Acilación con cloruros y anhidridos de ácido (acilación de Friedel-Crafts) .......................................342 REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE NITRÓGENO..................................................................................................344 REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE AZUFRE..........................................................................................................345 REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE HALÓGENOS ................................................................................................347 EFECTO DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA ............................347 TIPOS DE SUSTITUYENTES.................................................................................................................................. 350
Sustituyentes inductivos +I (grupos alquilo) ..........................................................................................351 Sustituyentes inductivos −I .......................................................................................................................353 Efecto combinado de varios sustituyentes +I.........................................................................................354 Sustituyentes mesómeros ± M...................................................................................................................355 Sustituyentes mesómeros +M....................................................................................................................357 Sustituyentes mesómeros −M....................................................................................................................361 SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS CON SUSTITUYENTES..................... 363 SALES DE DIAZONIO ...........................................................................................................................................................368
Colorantes azoicos ......................................................................................................................................371 EJERCICIOS ADICIONALES.................................................................................................................................. 372
x
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO 6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD ........................................................................................................ 377 7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS .................................................................................................. 378 8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO .............................................. 292 9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO ...................................... 401 10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN .................................................................................................................... 410 11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA..................................................................................................... 415 12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO........................................................ 424 13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA.......................................................................................... 436
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS ADICIONALES 1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS .............................................................................................. 448 2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS................................................................................................. 454 3. HIDROCARBUROS CON ENLACES MÚLTIPLES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO........................................ 456 4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES........................................................................................... 459 5. ENLACE QUÍMICO EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS....................................................................................... 495 6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD ........................................................................................................ 501 7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS .................................................................................................. 504 8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO .............................................. 536 9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO ...................................... 540 10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN .................................................................................................................... 557 11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO.......................................................... 573 12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO........................................................ 586 13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA.......................................................................................... 606
APÉNDICE I VOCABULARIO DE TÉRMINOS EMPLEADOS EN ESTEREOQUÍMICA............................................................. 621 PRIORIDADES RELATIVAS DE GRUPOS CON ENLACES DOBLES O TRIPLES ............................................. 622 CRITERIOS EMPLEADOS PARA DEFINIR LAS PRIORIDADES RELATIVAS DE LOS RADICALES ............... 623 ORDEN DE PRIORIDAD CRECIENTE DE ALGUNOS RADICALES .................................................................... 625 NOMENCLATURA DE RADICALES ...................................................................................................................... 630 ISÓMEROS CONSTITUCIONALES Y ESTEREOISÓMEROS............................................................................... 631 RELACIÓN DE ISOMERÍA ENTRE DOS MOLÉCULAS........................................................................................ 635 CONFIGURACIÓN ABSOLUTA. NOMENCLATURA (R)−(S) DE CHAN, INGOLD Y PRELOG (CIP) ................. 636 CONFIGURACIONES DE MOLÉCULAS CON ÁTOMOS DE CARBONO ESTEREOGÉNICOS
Moleculas acíclicas ............................................................................................................................................ 637 Moleculas monocíclicas ................................................................................................................................... 640
xi
Espiranos .............................................................................................................................................................. 642 Cumulenos ........................................................................................................................................................... 642 Alquilidencicloalcanos ..................................................................................................................................... 645 APÉNDICE II TABLAS DE pKa...................................................................................................................................................... 646
APÉNDICE III REACCIONES DE OLEFINAS (ESTEREOQUÍMICA) 1 Reacciones con XH (X = Nu = Cl, Br, I, SO4H) (carbocationes) .................................................................... 650 2 Reacciones con halógenos (X = Cl, Br, I) (iones onio).................................................................................. 653 3 Reacciones con XOH (X = Cl, Br, I) (iones onio) ............................................................................................ 654 4 Reacciones con peroxiácidos (R-CO3H) ......................................................................................................... 655 5 Reacciones con tetraóxido de osmio (OsO4) ................................................................................................. 656
APÉNDICE IV SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS ESTABILIDADES RELATIVAS Y CARGAS FORMALES DE CATIONES ARENONIO POLICÍCLICOS Naftaleno ................................................................................................................................................................. 658 Antraceno ............................................................................................................................................................... 661 Fenantreno.............................................................................................................................................................. 662 Naftaceno................................................................................................................................................................ 663 Benzo [α] antraceno ............................................................................................................................................... 664 Criseno .................................................................................................................................................................... 665 Benzo [c] fenantreno .............................................................................................................................................. 666 Trifenileno ............................................................................................................................................................... 668 DERIVADOS DISUSTITUIDOS DE NAFTALENO Disustitución –1,8 .................................................................................................................................................. 669 Disustitución –2,3 ; disustitución –2,6................................................................................................................. 670 Disustitución –2,7 ; disustitución –1,5................................................................................................................. 671 Disustitución –1,4 ; disustitución –1,3................................................................................................................. 672 DERIVADOS DISUSTITUIDOS DE FENANTRENO Disustitución –4,5 ; disustitución –3,6 ................................................................................................................ 673 Disustitución –2,7 .................................................................................................................................................. 674 DERIVADOS TETRASUSTITUIDOS DE FENANTRENO Tetrasustitución –3,4,5,6 ....................................................................................................................................... 674 Tetrasustitución –2,4,5,7 ....................................................................................................................................... 675
1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS
NOMENCLATURA DE ALCANOS
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) son las siguientes: 1. Para nombrar un alcano se elige como base la cadena contínua más larga, que recibe el nombre de cadena principal. El compuesto se considera derivado del alcano que tiene el mismo número de átomos de carbono que la cadena principal. Por ejemplo, en el hidrocarburo siguiente
CH3 CH3 CH CH2 CH2 CH3 2
(1)
la cadena más larga tiene cinco carbonos; así pues, se nombra como un metil-pentano. 2. La cadena principal se numera de un extremo al otro, de acuerdo con la regla 3, y la posición de los sustituyentes se indica con números. Así, el hidrocarburo anterior se llama 2-Metilpentano y el otro isómero del hexano, derivado del pentano, se conoce por 3-Metilpentano:
CH3 CH3 CH2 CH CH2 CH3 3
3. La cadena principal se numera desde un extremo, de manera que el sustituyente adquiera el menor numeral posible. Por ejemplo, el hidrocarburo (1) se llama 2-Metilpentano y no 4-Metilpentano. Si hubiera dos o más sustituyentes, la numeración de la cadena principal se inicia por el extremo que asigne el numeral más bajo posible
al primer sustituyente que se encuentre. Por ejemplo:
8
CH3
CH3
CH3 CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH 3 2 7 CH3
es el 2,7,8-Trimetildecano y no el 3,4,9-Trimetildecano. Si hay grupos idénticos a distancias idénticas de los extremos, la numeración la determinan los grupos que les sigan en la cadena. Por ejemplo:
CH3
CH3
CH3
CH3
CH CH2CH2
CH CH2
CH CH3
7
4
2
es el 2,4,7-Trimetiloctano y no el 2,5,7-Trimetiloctano.
I
2
4. Entre cadenas de igual longitud, se elige como cadena principal la que está más sustituida. Es decir:
CH3 4 CH3 CH3 CH3 CH2 CH CH CH CH CH3 5
3
2
CH2 CH2 CH3
se nombra 2,3,5-Trimetil-4-propilheptano(*) y no 4-sec-Butil-2,3-dimetilheptano o 4-(1,2-Dimetilpropil)-3metilheptano. 5. Si un grupo alquilo se repite varias veces como sustituyente, se indica la repetición con los prefijos di, tri, tetra, etc. Por ejemplo, el Neohexano,
CH3 CH3 C
2
CH2 CH3
CH3
se nombra 2,2-dimetilbutano. 6. Los sustituyentes se pueden expresar por los nombres comunes de los grupos alquilo cuando sea posible.
Sin embargo, estos sustituyentes se pueden nombrar de modo alternativo de acuerdo con las reglas anteriores. Por ejemplo, CH3 CH CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3 4
se puede llamar 4-Isopropiloctano o 4-(1-Metiletil)-octano. En el segundo de estos nombres, el grupo isopropilo se ha nombrado de acuerdo con las reglas de la IUPAC, considerando como cadena principal del sustituyente una cadena de dos átomos de carbono (etilo) y nombrándola de manera que al carbono unido directamente a la cadena principal le corresponda el primer numeral (1)
[1-Metiletilo] 1
CH3 CH CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3 4
7. Si se unen a la cadena principal dos o más grupos alquilo diferentes, se nombran en orden alfebético. Por ejemplo:
(*) Si no se indica lo contrario, los grupos alquilo de tres o más carbonos, se consideran en el sistema IUPAC como no ramificados (es decir, n-) Así pues, es suficiente con llamar al sustituyente en la posición 4 de este compuesto, mejor que
I
3
CH2 CH2 CH3 CH3 4 CH3 CH2 CH CH CH CH2 CH2 CH2 CH3 5
3
CH2 CH3
se llama 4-Etil-3-metil-5-propilnonano. Los sustituyentes se alfabetizan sin considerar el número que indica su repetición; así pues, dimetil, trimetil, etc., se ordenan con la letra m (de metil) y no con la letra d (de dimetil),t (de trimetil), etc. Sin embargo, el nombre de un grupo compuesto se considera entero; es decir, el sustituyente 1,2-Dimetilpropilo se alfabetiza por la d y no con la p. Por ejemplo, el compuesto CH3 CH2 CH3 CH3 CH2 C
3
5
CH CH CH2 CH2 CH2 CH3 4
CH3
CH CH3
1 CH
CH3
2 CH
CH3
3 CH3
CH CH3
1,2-Dimetilpropilo
CH3
se llama 5-(1,2-Dimetilpropil)-4-etil-3,3-dimetilnonano. Los grupos alquilo precedidos por los afijos n-, sec- o t- se alfabetizan por la primera letra del nombre del grupo alquilo. Por otro lado, los grupos iso alquilo y neoalquilo se consideran como palabras únicas y se ordenan por i y n respectivamente.
TIPOS DE ÁTOMOS DE CARBONO PRIMARIO : R-CH2_ SECUNDARIO : R2CH_ TERCIARIO : R3C _
CH3 iso- : un Me unido al penúltimo carbono:
CH3
PREFIJOS
C H
(CH2)n
CH3 neo- : dos Me unidos al penúltimo carbono:
CH3
C
(CH2)n
CH3
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES: Son los isómeros que se diferencian en el tipo de ordenación de los enlaces
entre los átomos.
CH3 CH3
CH2
CH2
CH3
(p.f. = -1380C ; p.e. = -120C) n-Butano
CH3
CH
CH3
(p.f. = -1450C ; p.e. = 0.50C) 2-Metilpropano
I
4
FÓRMULA
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C15H32 C20H42
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES
0 0 0 2 3 5 9 35 4347 366.319
RADICALES DE HIDROCARBUROS SATURADOS
Metano
CH4
Metilo
CH3
Etano
CH3 CH3
Etilo
CH3CH2
Propano
CH3 CH2 CH3
n-Propilo (Propilo)
CH3CH2CH2
Isopropilo
CH3 CH CH3
n-Butilo (Butilo)
CH3CH2CH2CH2
Isobutilo
CH3 CH CH2
sec-Butilo
CH3CH2
terc-Butilo
CH3 C
Butano
CH3CH2CH2CH3
CH3 (2-Metilpropilo)
CH3 CH
(1-Metilpropilo)
CH3 (1,1-Dimetiletilo)
CH3
Pentano
CH3CH2CH2CH2CH3
n-Pentilo (Pentilo)
CH3CH2CH2CH2CH2
Isopentilo
CH3 CH CH2CH2
Neopentilo
CH3 C
CH3 (3-Metilbutilo)
CH3 CH2
(2,2-Dimetilpropilo)
CH3 CH3 terc-Pentilo
CH3 CH2 C
(1,1-Dimetilpropilo)
CH3
I
5
CRUDO DE PETRÓLEO
destilación
gas de refineria (C1_C4)
(25 _ 950C)
gasóleo
queroseno (C12_C15)
(C15_C25)
(150 _ 2300C)
(230 _ 3400C)
(C5_C12)
< 250C
p.e.
nafta
gasolina ligera
(95 _ 1500C)
EJERCICIO RESUELTO
Escribe las estructuras y el nombre de los nueve hidrocarburos saturados que tienen la fórmula molecular C7H16.
RESPUESTA: CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH3
CH3 C
CH3
CH2CH2CH3
CH3 C
CH3
2,2-Dimetilpentano
CH3 CHCH2CH3
2,3-Dimetilpentano
CH3 CH3
CH3CH2CHCH2CH3
CH3
2,4-Dimetilpentano
CH3CH
3-Metilhexano
CH3
CH3CHCH2CHCH3
CH3
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
2-Metilhexano
Heptano
CH3
CH3
CH3CHCH2CH2CH2CH3
CH2CH3
CHCH3
CH3CH2CHCH2CH3
CH3
3,3-Dimetilpentano
2,2,3-Trimetilbutano
3-Etilpentano
GEOMETRÍA DE LOS ALCANOS ACÍCLICOS H Metano:
H
H
H
H
H
H
H
1.091
H
H
110.9 H H
H
H
H
1.096
H
H
H H
1.526
H H
H
1.115
H Propano:
H
H H
H H
H 110.9 H H
1.536
Etano:
H
H
H
H
1.096
H H
H
111.8
H 109.5 H
112.4
H H
H H
I
6
DEFINICIÓN Y CÁLCULO DE ENERGÍAS DE ENLACE
ENTALPÍA DE FORMACIÓN
Es la variación de entalpía que tiene lugar cuando un mol de sustancia (en condiciones normales: 250C y 1 atm.) se forma a partir de los elementos que la constituyen (también en condiciones normales) Por convenio, la entalpía de formación de los elementos en condiciones normales es cero. 2C (grafito) + 3H2 (g)
ΔH0f (e tan o ) = −20.2 kcal/mol
CH3CH3 (g)
Las entalpías de formación se determinan a partir de los calores de combustión experimentales. En el caso de las parafinas: nC (grafito) + (n + 1) H2 (g)
Δ H0f (CnH2n+2 )
CnH2n+2 (g,l,s)
Calor de combustión de la parafina:
CnH2n+2 (g,l,s) + 1/2 (3n + 1) O2 (g)
nCO2 (g) + (n + 1) H2O (l)
ΔH0comb. (C nH 2n+ 2 )
Entalpía de combustión de la parafina:
[
]
⎡1 ⎤ ΔH0comb. (CnH2n+ 2 ) = n ΔH0f (CO2 ) + (n + 1) ΔH0f (H2O) − ⎢ (3n + 1) ΔH0f (O2 ) + ΔH0f (CnH2n+ 2 )⎥ ⎣2 ⎦
Teniendo en cuenta que ΔH0f (O 2 ) = 0 , la entalpía de formación de la parafina será:
ΔH0f (C nH 2n+ 2 ) = n ΔH0f (CO 2 ) + (n + 1) ΔH0f (H 2 O) − ΔH0comb. (C nH2n+2 )
[1]
Las entalpías de formación del CO2 y del H2O son las energías de combustión del carbono y del hidrógeno:
C (grafito) + O2 (g)
CO2 (g)
ΔH0f (CO 2 ) = −94.05 kcal/mol
H2 (g) + 1/2 O2 (g)
H2O (l)
ΔH0f (H 2 O ) = −68.32 kcal/mol
Sustituyendo estos valores en [1]: ΔH0f (C nH 2n+ 2 ) = −94.05n − 68.32(n + 1) − ΔH 0comb . (C nH 2n+ 2 )
0 ΔH0f (CnH2n+2 ) = _ ΔHcomb. (CnH2n+2 )
_
162.37n
_
68.32 kcal/mol
I
7
ENERGÍA DE ENLACE
Es la energía necesaria para disociar un enlace homolíticamente: H
H
H
H (g) +
CH3
D 0 (H2 ) =104.204 kcal/mol
2 H (g)
H
H (g) +
CH2CH3
D 0 (H − CH3 ) = 104.8 kcal/mol
CH3(g)
CH2CH3 (g)
D 0 (H − CH 2 CH3 ) =100.3 kcal/mol
Las energías de enlace se determinan utilizando las entalpías de formación de los radicales que surgen en la ruptura. ENERGÍA DE ENLACE H− C EN EL ETANO (ENERGÍA H− CH2CH3)
H
D0 (H − C)
CH2CH3 (g)
CH2CH3 (g) + H (g)
1 0 D (H2 ) + ΔH0f (• CH2CH3 ) 2
ΔH0f (CH3CH3 )
2C (grafito) + 3H2 (g)
ΔH 0f (CH 3 CH 3 ) + D 0 (H − C) =
1 0 D (H 2 ) + ΔH0f (•CH 2 CH 3 ) 2
1 0 D (H2 ) + ΔH0f (•CH2 CH3 ) = 2 = −( −20.2) + 104.2 / 2 + 28.0 = 100.3 kcal / mol
D 0 (H − CH2 CH3 ) = −ΔH0f (CH3 CH3 ) +
EN GENERAL: H
D0 (H − C)
CnH2n+1 (g,l,s)
H (g) +
CnH2n+1 (g)
1 0 D (H2 ) + ΔH0f (• CnH2n+1) 2
ΔH0f (CnH2n+2 )
nC (grafito) + (n+1)H2 (g)
{
}
D0 (H - R) = -ΔH0f (H - R) + ΔH0f (•R) + 52.1 kcal/mol
I
8
ENERGÍA DE ENLACE C−C EN EL ETANO (ENERGÍA CH3−CH3)
CH3
D0 (C − C)
CH3
CH3 (g) +
ΔH0f (CH3 CH3 )
CH3 (g)
2ΔH0f (• CH3 )
2C (grafito) + 3H2 (g)
D 0 (C − C) = −ΔH0f (CH3 CH3 ) + 2 ΔH0f (•CH3 ) = = −( −20.24 ) + 2 × 34.8 = 89.8 kcal / mol
EN GENERAL:
D0 (C − C)
CnH2n+2(g,l,s)
R (g) +
ΔH0f (CnH2n+2 )
R' (g)
ΔH0f (• R) + ΔH0f (• R' )
nC (grafito) + (n + 1)H2 (g)
[
]
D0 (R − R) = − ΔH0f (R − R' ) + ΔH0f (•R) + ΔH0f (•R' ) kcal / mol
Si la parafina se disocia, dando lugar a dos radicales iguales:
{
}
D0 (R − R) = − ΔH0f (R − R) + 2 ΔH0f (• R) kcal/ mol
En las tablas siguientes aparecen valores típicos de las energías de enlace C-H y C-C: ENERGÍAS DE ENLACE C −H
Hidrocarburo
ΔH0f (R•)∗
ΔH0f (H − R)∗
H−CH3 H−CH2CH3 H−CH2CH2CH3 H−CH2CH(CH3)2 H−CH(CH3)2 H−C(CH3)3
34.8 28.0 22.8 13.9 19.0 9.0
-17.89 -20.24 -24.82 -31.45 -24.82 -31.45
D 0 (H − R)∗
104.8 100.3 99.7 97.4 95.9 92.5
(*) (kcal/mol)
I
9
ENERGÍAS DE ENLACE C −C
Hidrocarburo
ΔH0f (R•)∗
ΔH0f (R' •)∗
CH3−CH3 CH3−CH2CH3 CH3−CH2CH2CH3 CH3−CH(CH3)2 CH3CH2−CH2CH3 CH3CH2−CH2CH2CH3
34.8 34.8 34.8 34.8 28.0 28.0
34.8 28.0 22.8 19.0 28.0 22.8
ΔH0f (C − R)∗
-20.2 -24.8 -29.8 -31.4 -29.8 -35.0
D 0 (C − R ) ∗
89.8 87.6 87.4 85.2 85.8 85.8
(*) (kcal/mol) ESTABILIDADES RELATIVAS DE RADICALES ALQUILO
Las estabilidades relativas de los radicales alquilo (primarios, secundarios y terciarios) puede estimarse utilizando las energías de enlace H−C. Estabilidad relativa de los radicales propilo e i-propilo:
CH3CH2CH2
CH3CHCH3
H
CH3CH3CH2
CH3CHCH3
+
+
H
D0(Pr_H) = 99.7 kcal/mol
D0(i-Pr_H) = 95.9 kcal/mol
H
H
ΔD 0 = (99.7 − 95.9) = 3.8 kcal / mol
El radical isopropilo (secundario) es, aproximadamente, 3.8 kcal/mol más estable que el radical propilo (primario).
Estabilidad relativa de los radicales isobutilo y terc-butilo:
CH3 CH3CHCH2 H
CH3 CH3CCH3
CH3 CH3CCH2
+
H
D0(i-Bu_H) = 97.4 kcal/mol
CH3 CH3CCH3
+
H
D0(t-Bu_H) = 92.5 kcal/mol
H
ΔD 0 = (97.4 − 92.5) = 4.9 kcal / mol
El radical terc-Butilo (terciario) es, aproximadamente, 4.9 kcal/mol más estable que el radical isobutilo (primario).
I
10
CONCEPTO DE CONFORMACIÓN. PROYECCIONES DE NEWMAN
CONFORMACIÓN: Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula.
Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos carbono-carbono.
H
H1
H
H1
H
H2
H
H
H
H
H
(conformación alternada) H2
600 (ángulo diedro)
H H
H 1800 H H1
H1(H2)
H2
H H
(conformación eclipsada) H
H
H
H
(H)H
H(H)
Existen interacciones electrostáticas de repulsión (van der Waals) entre los H unidos a átomos de carbono contiguos. El giro en torno del enlace C-C ocasiona variaciones en el contenido energético de una conformación dada:
H H
H
H
120
180
H
H
H
H
H
H
(H)H
H(H)
300
240 H
H
H
H
H
H
H(H)
_
_
60
0
(H)H
H(H)
_
(H)H
H(H)
H(H)
H(H)
_
(H)H
_
_
H(H)
_
2.8
H(H)
_
ΔG (kcal/mol)
360 H H
Temperatura ambiente: Giro rápido; las conformaciones son indistinguibles (no se pueden aislar ni identificar confórmeros de la misma molécula. Vida media: 10-6 segundos) 0
Temperaturas bajas (≈ -100 C):Giro perezoso. Posibilidad de identificar confórmeros y estudiarlos, bien juntos
(equilibrio) o por separado.
I
11
CONFORMACIONES DEL PROPANO Y DEL BUTANO H
H
H
H
H
H
H
H
H H
1800
H
H
H
H
H
Me
H(Me)
(H)H
H
H
H
H
H(H)
H H
ΔG
H(Me) (H)H
H(H) (H)H
H H
(H)H
_
_
_
H(H)
_
0
(Me)H
H(Me)
_
_
H(H)
H(Me)
H(H)
60
120
180
240
300
H
H
Me
H
H
H
H
H
Me
H
H
Me
360 H
H
H
Me(Me)
Me(Me)
ΔG
H
H(H)
_
(kcal/mol)
(kcal/mol) _
(H)H
(H)H
H(H) Me(H) H(Me)
(Me)H
H(H)
_
0
60
180
120 H
Me
240
Me
H
300
H H
_
H
H _
H
Me
Me
_
H
Me
_
H
_
0.9
(H)H
_
_
3.3
H(H)
Me(H)
_
5.7
360
H H
H Me
I
12
MOLÉCULAS ACÍCLICAS CON UN ÁTOMO DE CARBONO ESTEREOGÉNICO
ÁTOMO ESTEREOGÉNICO: Cualquier átomo que de lugar a estereoisomería ÁTOMO DE CARBONO ASIMÉTRICO: Átomo de carbono unido a cuatro sustituyentes distintos. Un átomo de
carbono asimétrico es estereogénico.
Me
CH3 CH3CH2
CH CH2CH2CH3
Et
C
Pr
H
3-Metilhexano Me
Me
Et Pr
H
Et Pr
H
pareja de enantiómeros
ENANTIÓMEROS: Estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí.
PROYECCIONES DE FISCHER
Para hacer una proyección de Fischer, la molécula debe mirarse con los enlaces horizontales dirigidos hacia el observador. En el ejemplo, son los enlaces a los que están unidos los grupos Et y Pr: Me
Me Et Pr
Et
Pr
H
H Proyección de Fischer
A partir de una proyección de Fischer se puede dibujar fácilmente una representación tridimensional de la molécula. La forma de hacerlo es la siguiente:
Me grupo izquierdo
Et
Me Pr
Me
grupo derecho H
H
Et grupo izquierdo
Pr
Et
H Pr
grupo derecho
Los grupos situados arriba, a la izquierda y a la derecha en la proyección de Fischer se colocan en la misma posición en la representación tridimensional. El grupo que está situado en la parte inferior de la proyección de Fischer se sitúa detrás (enlace punteado) en la representación tridimensional.
I
13
Giros de 600 en la representación tridimensional: Me
Me 60
Et Pr
60
H
0
60
Et H
Pr
Pr
Me 60
0
Pr Et
H
Et
H
Me
Me
0
60 H Et
Me
Me
0
0
60
Pr
0
Et Pr
H Pr
Et
H
Si en la representación tridimensional de un enantiómero se intercambian dos sustituyentes cualquiera, se obtiene la representación tridimensional del otro enantiómero:
Me Et Pr
Me
H
Et Pr
H
(1)
(2) pareja de enantiómeros
Me
H
Me
vuelco Et Pr
H (2)
Et Pr
Et Pr
Me
H (1)
(1)
Cuando se hace lo mismo con la proyección de Fischer se obtiene un resultado idéntico: Me Pr
Me H
Pr
H
Et
Et
(1)
(2) pareja de enantiómeros
Me H
H
H Pr
Me
Pr
Et
Et
(2)
(1)
Et Pr
Me
(1)
I
14
Dos intercambios en la representación tridimensional o en la proyección de Fischer conducen al mismo estereoisómero:
Me
Me H
Et Pr
H
(2)
H Pr
Me
H Pr
Pr
H Me
Et
Et
Et
(2)
(1)
(2)
Et Me
Pr
(2)
EJERCICIO RESUELTO
¿Son iguales (1) y (2)?
Me
Pr Et
Me
H
Pr
Et
H (2)
(1)
RESPUESTA:
H
Et
Me
H
Me
(1)
Me
Me H Et
H (2)
H
Et
(1)
Pr
Me
Pr
Pr
Pr Et
Las moléculas (1) y (2) son iguales. Me Et
H
Et
Pr
Pr
(2)
(2)
MOLÉCULA QUIRAL: Molécula ópticamente activa que no es idéntica a su imagen especular. MOLÉCULA AQUIRAL: Molécula ópticamente inactiva que es idéntica a su imagen especular.
CONFORMACIÓN: Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula.
Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos carbono-carbono.
CONFIGURACIÓN: Es el término utilizado para describir la disposición absoluta de los átomos de una molécula,
con independencia de las disposiciones relativas que puedan adoptar como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos.
I
15
CONFIGURACIÓN ABSOLUTA. NOMENCLATURA (R)/(S) DE CAHN, INGOLD Y PRELOG (CIP)
Prioridades relativas de los grupos: 1 > 2 > 3 > 4 1
1 4 3
proyección
configuración (R)
en el plano
3
2
1
1 3
proyección
2
en el plano
2
3
4
configuración (R)
4
1
1 4 2
2
proyección
configuración (S)
en el plano
3
2
3
1
1 2
proyección
3
en el plano
3
2
4
configuración (S)
4
En una proyección de Fischer, el grupo de menor prioridad debe quedar situado arriba o abajo; si aparece a la izquierda o a la derecha, la configuración real de la molécula es la inversa de la obtenida. Si una proyección de Fischer se gira 1800 en el plano del papel, se obtiene otra proyección de Fischer de la misma molécula:
2
4
4
3
2
3 1
[configuración (R)]
1 1800 (en el plano)
1
1 3 2
3 4
2
[configuración (R)]
4
I
16
PRIORIDADES DE LOS GRUPOS UNIDOS A UN ÁTOMO DE CARBONO ASIMÉTRICO
La prioridad de los átomos aumenta con su masa atómica: Prioridades de los átomos:
127
I > 80Br > 35Cl > 32S > 31P > 28Si > 19F > 16O > 14N > 12C > 1H
I[1]
I[1]
[3]Cl
Br[2]
[2]Br
Cl[3]
H[4]
H[4]
(R)
(S)
Prioridades de los grupos: I > Br > Cl > H
PRIORIDADES RELATIVAS DE RADICALES ALQUILO
Elegimos como ejemplo la molécula de 2,3-dimetilhexano. En esta molécula el átomo de carbono 3 es estereogénico (está unido a cuatro radicales distintos: isopropilo, propilo, metilo e hidrógeno) Todos los radicales están unidos al átomo estereogénico a través de átomos de carbono. Por consiguiente, no puede utilizarse el criterio de la masa atómica para decidir la prioridad de cada grupo.
CH3CH2CH2
CH3
CH3
C
C
H
H
CH3
2,3-Dimetilhexano
Para establecer las prioridades relativas de los radicales isopropilo, propilo y metilo se procede del modo siguiente: 1. Primero se dibuja cualquier representación tridimensional de uno de los enantiómeros y a continuación su
proyección de Fischer: i-Pr CH3
CH 3
CH3
3
Pr
CH3
H
CH3 CH2CH2CH3
H
2. Después se observa qué átomos están unidos al carbono C1 de cada uno de los tres radicales (isopropilo,
propilo y metilo):
2
CH3 2
CH3
C
2
1
1
C1(C2C2 H)
el átomo C1 está unido a dos carbonos y un hidrógeno
C1(C2HH)
el átomo C1 está unido a un carbono y a dos hidrógenos
C1(HHH)
el átomo C1 está unido a tres hidrógenos
H CH3
CH2
CH2 1
CH3
I
17
3. Los átomos a los que está unido C1 en cada radical deciden la prioridad del radical. En el radical isopropilo
C1 está unido a dos carbonos y un hidrógeno; este radical tiene mayor prioridad que el propilo (C1 unido a un carbono y dos hidrógenos) El radical metilo tiene menor prioridad que los anteriores, ya que C1 está unido a tres hidrógenos (menor prioridad que el carbono) Finalmente el átomo de H unido al carbono estereogénico C3 es el grupo de menor prioridad. Prioridades relativas de los cuatro grupos: isopropilo [1] > propilo [2] > metilo [3] > hidrógeno [4] 4. Ahora ya se puede averiguar la configuración del estereoisómero:
1
2
i-Pr
CH3
3
CH3
CH3 Pr
CH3
CH 3
C2(CCH)[1]
CH2CH2CH3 4
[3](HHH)C
H
H
3
C4(C5HH)[2]
5
H[4] (3R)
EJERCICIO RESUELTO i-Pr
Averigua la configuración absoluta del siguiente estereoisómero: Pr
H
CH3
RESPUESTA: CH3
i-Pr Pr
3
CH3CH2CH2
3
CH3
CH
C2(CCH)[1]
CH3 CH3
[2](C5HH)C4
C(HHH)[3]
H[4]
H
H
3
(3S)
EJERCICIO RESUELTO
Ordena los radicales siguientes de menor a mayor prioridad: 2-Metilpropilo, 3-Metilbutilo, Propilo, Hexilo, Pentilo y Butilo. RESPUESTA:
Los átomos que deciden la prioridad de un radical están escritos con negrita 1. CH3CH2CH2
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(HHH)
2. CH3CH2CH2CH2
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(HHH)
3. CH3(CH2)3CH2
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(CHH)
C5(HHH)
4. CH3(CH2)4CH2
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(CHH)
C5(CHH)
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CCH)
C1(CHH)
C2(CCH)
CH3 5. H3C
CH CH2CH2
CH3 6. CH CH CH 3 2
I
18
EJERCICIO RESUELTO
El 3-Metilhexano tiene un átomo de carbono asimétrico (estereogénico) Dibuja una representación tridimensional de cada enantiómero y averigua su configuración absoluta.
RESPUESTA:
CH2CH3
Et
Pr
3
CH3CH2CH2
H Me
C2(C1HH)(HHH)[2]
CH3
[1](HHC)(C5HH)C4
H
CH3
C(HHH)[3]
3
H[4] (3R)
CH3CH2CH2 C CH2CH3 H
CH2CH3
Et
3-Metilhexano Me
3
H3C
H Pr
C2(C1HH)(HHH)[2]
CH2CH2CH3
[3](HHH)C
H
C4(C5HH)(CHH)[1]
3
H[4] (3S)
MOLÉCULAS ACÍCLICAS CON DOS ÁTOMOS DE CARBONO ASIMÉTRICOS
LOS DOS ÁTOMOS DE CARBONO TIENEN SUSTITUYENTES DISTINTOS
CH3 CH3 CH3CH2
Me Me
CH CH CH2CH2CH3
Et
C
C Pr
H
H
3,4-Dimetilheptano H Et
Me
Et
H
3
Me 3
3
4
4
4
H Pr
Me
Me Me
H Me
Et
H Pr
Me
H Me
Et 3 4
H Pr
Me
H Pr
Me
(1)
(2)
(3)
(4)
H
H
H
H
3 4
Et
Et
Pr
Pr
3 4
Me
Et
Me
Me
3 4
Me
Me
Pr
Pr
Et
3 4
H
H
H
H
(1)
(2)
(3)
(4)
(3S,4R)
(3R,4S)
(3R,4R)
(3S,4S)
Me
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4)
DIASTEREOISÓMEROS: Estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí.
I
19
LOS DOS ÁTOMOS DE CARBONO TIENEN LOS MISMOS SUSTITUYENTES
CH3 CH3 CH3CH2
Me Me
CH CH CH2CH3
Et
C
C
H
H
Et
3,4-Dimetilhexano
Et
H
Me
H Et
Me
Me
H
Et
H Me
Et
3
3
3
3
4
4
4
4
H Me
Et
H Me
Et
H Me
Et
H Me
Et
(1)
(2)
(3)
(4)
H
H
H
H
Et
3 4
Me
Me
Me
Et
Et
3 4
Et
Me
Me
Me
3 4
Et
Et
Et
Et
3 4
Me Me
H
H
H
H
(1)
(2)
(3)
(4)
(3R,4R)
(3S,4S)
(3S,4R)
(3R,4S)
Enantiómeros: (1) y (2) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (2) y (3) Iguales: (3) y (4)
Las moléculas (3) y (4) son la misma forma MESO, ópticamente inactiva:
Me
H
Et giro de 1800
3 4
H Me
Me Me
H Me
Et
3
4 3
en el plano Et
H Me
Et 4
H Me
Et
H Me
Et
(3)
(3)
(4)
H
H
H
3 4
Et
giro de 1800
Et
Et
en el plano
Et
4 3
Me
Et
Me
Et
3 4
H
H
H
(3)
(3)
(4)
(3S,4R)
(3S,4R)
(3R,4S)
Me Me
I
20
H Me
H Me
Et
Et
3
3
[plano de simetría]
4
4
H Me
H Me
Et
Et
(4)
(3)
EJERCICIO RESUELTO
¿Es la molécula A una forma meso? Et H
Me
Me
Et H (A)
RESPUESTA:
H Me
3
4
H
H
Et Me Et
intercambio
Et Me
H
3
Me
intercambio
Et
4
Me
3
Et [plano de simetría]
Me
H
4
Et
H
(A) (3R,4S)
NÚMERO DE ISÓMEROS ÓPTICOS (*)
Tipo de compuesto: n átomos de carbono estereogénicos (la fórmula del compuesto no se puede dividir en
dos mitades iguales) Pr MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS:
N = 2n
CHMe
CH3
CH2CH3
EJEMPLOS: MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE INACTIVAS: N' = 0
CHMe Et (n=2 ; N=4 ; N'=0)
(n=2 ; N=4 ; N'=0)
(*) Es indiferente que la molécula sea acíclica o cíclica.
I
21
CONFIGURACIONES DE LOS ISÓMEROS ÓPTICOS n=2;N=4
(RR)/(SS)
;
(RS)/(SR)
n=3;N=8
(RRR)/(SSS) (RSR)/(SRS)
; ;
(SRR)/(RSS) (RRS)/(SSR)
(RRRR)/(SSSS) (RRRS)/(SSSR) (RRSR)/(SSRS) (RSSR)/(SRRS)
; ; ; ;
(SRRR)/(RSSS) (RSRR)/(SRSS) (RRSS)/(SSRR) (RSRS)/(SRSR)
n = 4 ; N = 16
Tipo de compuesto: número par (n) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en
dos mitades iguales) Pr MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS:
N = 2(n-1)
CHMe EJEMPLOS:
MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE INACTIVAS: N' = 2(n-2)/2
CH3
CHMe
CH3
Et (n=2 ; N=2 ; N'=1)
(n=2 ; N=2 ; N'=1)
CONFIGURACIONES DE LOS ISÓMEROS ÓPTICOS n=2;N=2
N' = 1
n=4;N=8
N' = 2
(RR)/(SS)
(RS)=(SR) [forma MESO]
(RRRR)/(SSSS) (RSRR)/(SRSS)
(SRSR) (RRSS)
; ;
(SRRR)/(RSSS) (SRRS)/(RSSR)
[forma MESO] [forma MESO]
I
22
CONFORMACIONES, PROYECCIONES DE NEWMAN Y PROYECCIONES DE FISCHER
Et Me H
Et
Me Pr
H
Me Pr
Me H
Et H
Me
Me H
Et H
3 4
Pr H
Me
Me
3
4
Et H
Me H
Et 3
Me H
4
Pr H
Me
Pr
4
H Pr
Me proyecciones laterales
proyección frontal
(conformación alternada )
3
(3R,4S)
(3R,4S)
Me
Me(Me)
Me
Et H
3 4
H Et
Pr
H
(H)H
Et(Pr)
Me H
Et
Me
Me H
Pr
H
3
4
Et Pr
Me H
Me Me
4
Me
Me (conformación eclipsada)
Et 3
H
Pr
3 4
H H
Pr proyecciones laterales
proyección frontal
(3R,4S)
(3R,4S)
Para dibujar una proyección de Fischer a partir de una representación tridimensional: lo más sencillo es mirar esta última de frente (proyección frontal) Haciéndolo así no es necesario preocuparse de si la representación tridimensional es eclipsada o alternada.
I
23
EJERCICIOS ADICIONALES
1.1 Dibuja dos representaciones tridimensionales del enantiómero de las siguientes moléculas:
H Me
Et Pr
Bu
Me Me
Pr
Pr Et
Bu
H
Et
H
Bu
Me
(1)
(2)
(3)
(4)
1.2 ¿Qué relación de estereoisomería existe entre las siguientes moléculas?
Me
H
H
Et
Et
Me
Pr
Et
Me
Et
Pr
Me
Me
H
Et
Me
H
Me
Pr
Et
Et
Et
Pr
Me
(1)
(2)
(3)
(4)
1.3 Averigua si alguna de las siguientes moléculas es un estereoisómero MESO ópticamente inactivo:
H
Me
Bu
Pr
Et
H
Et
Me
Me
Pr
Bu
Me
Et
Me
Me
H
Bu
Pr
Me
Pr
Et (2)
H (1)
Me (3)
Bu (4)
1.4 Dibuja las proyecciones de Fischer correspondientes al enantiómero de (1) y a los diastereoisómeros de (2):
Pr
H
Me
H
Pr
Et
Et
H
H Me
Me (1)
Pr (2)
1.5 Utiliza proyecciones de Fischer para averiguar la relación de estereoisomería que existe entre las moléculas que aparecen a continuación.
H
Me
Et Me (1)
Me OH
HO
Cl
Et
H Me (2)
Cl
Et
OH
H Me (3)
H Cl
Cl
Me
Me
Et Me (4)
OH
I
24
1.6 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad: CH3 CH3 C
CH3
CH3
CH3 CH
CH3CH2CH2
CH3
CH3 C CH2
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3CH2
CH3CH2CH2CH2
CH 3
CH3
CH3 CH CH2 C
CH3CH 2CH2CH2CH2
CH
CH3 CH 3
CH CH2
1.7 Calcula las energías de enlace (C1−H) y (C1−C2) en la molécula de propano, empleando los siguientes datos: D0 (H2 ) = 104.2 kcal / mol
ΔH0f (C3H8 ) = −24.8 kcal / mol
ΔH0f (etilo) = 28.0 kcal / mol
ΔH0f (propilo) = 22.8 kcal / mol
ΔH0f (metilo) = 34.8 kcal / mol
1.8 Calcula las energías de enlace H-C2 y C1-C2 en el 2-metilpropano, empleando los datos siguientes: D0 (H2 ) = 104.2 kcal / mol
ΔH0f (2 − Metilpropano) = −31.4 kcal / mol
ΔH0f (i − Pr opilo) = 19.0 kcal / mol
ΔH0f (t-Butilo) = 9.0 kcal/mol
ΔH0f (Metilo) = 34.8 kcal / mol
I
2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS
NOMENCLATURA DE CICLOALCANOS MONOCÍCLICOS
Ciclopropano
Ciclobutano
CH3
2
Ciclopentano
Ciclohexano
CH2CH3
1
1
CH3
CH3 1 CH2CH3 1-Etil-1-metilciclopropano
1-Etil-2-metilciclopropano
Cicloheptano
CH2CH3
CH3
CH2CH3
1
2
3
1-Etil-3-metilciclobutano
1-Etil-3-metilciclopentano
ESTEREOQUÍMICA DE CICLOALCANOS MONOCÍCLICOS
EQUILIBRIO CONFORMACIONAL EN EL CICLOHEXANO
Conformaciones de silla y bote. Enlaces axiales y ecuatoriales
Los enlaces de un átomo tetraédrico en un anillo hexagonal se denominan ecuatoriales o axiales, según formen un ángulo pequeño o grande con el plano que contiene la mayoría de los átomos del anillo. Los átomos o grupos unidos a través de dichos enlaces se denominan también ecuatoriales o axiales: a e e 1
a
e
a
3
6
2
4
e
e
e
e
5
e 1
a
a
"silla"
a
6
a
4
3
e
e a
a
a
a 2
e e
5
a
e
e e
a
a
1
6
a
"bote"
2
a
a 5
3
e e 4
e a
"silla"
Los términos ecuatorial y axial pueden abreviarse por e y a cuando se hallen unidos a fórmulas. Estas abreviaturas se pueden usar también con los nombres de los compuestos y, en este caso, se colocan entre paréntesis después de los localizadores apropiados. Por ejemplo: Cl 4
H
Br 1
H 1(e)-Bromo-4(a)-clorociclohexano
Conviene fijarse que, en el equilibrio entre las dos conformaciones de silla, se intercambian los enlaces axiales y ecuatoriales. Así mismo, en los derivados de ciclohexano existen configuraciones cis(X y Z situados en el mismo lado del plano medio de la molécula) y trans(X y Z situados en lados opuestos del plano medio de la molécula) que pueden ser axial-ecuatorial, axial-axial y ecuatorial-ecuatorial:
II
26
Z(a) X(a)
2
H X(e)
1
Z(e)
1
2
H
H
H
cis-1(a)-X-2(e)-Z
cis-1(e)-X-2(a)-Z
Z(a) H
2
H
1
H
Z(e)
1
X(e) H
X(a)
2
trans-1(e)-X-2(e)-Z
trans-1(a)-X-2(a)-Z
ΔG 41.8 _
18.6 _ H
H H
H
"bote"
0.0 _ H
H H
H H
H
"silla"
H
"silla" H curso
La diferencia de energía libre entre las conformaciones de silla y bote es, aproximadamente, 4.4 kcal/mol. Este valor permite calcular la concentración en el equilibrio de ambas conformaciones. H
H
H
H
H H
H H
ΔG 0298 = + 4.4 kcal / mol
"silla"
"bote"
ΔG0T = −2.3 R T log K eq log K = −
4400 = −3.2 2.3 × 1.987 × 298
a 250 C (2980 K) ,
K = 6.3 × 10 −4 =
% [silla] = 100 (1 − α ) = 99.940
ΔG0298 = + 4400 cal / mol
[bote] = α ; [silla] (1 − α)
α ≅ 6.3 × 10 −4
% [bote ] = 100 α = 0.060
II
27
En los ciclohexanos sustituidos, existen interacciones de van der Waals entre átomos de hidrógeno y los sustituyentes unidos a enlaces axiales:
2.33 A H
H
H
H H H
H
H H H
H 2.50 A
H
2.50 A
H
H
H H H H H
H
Por ejemplo, en el (a)-Clorociclohexano las interacciones 1,3 provocan un desplazamiento del equilibrio hacia la conformación ecuatorial: Cl(a) H
Cl(e)
ΔG 0298 = −502.4 cal / mol
H
α
(1-α)
log K = +
502 .4 = +0.37 2.3 × 1.987 × 298
% [Cl( e)] = 100 α = 70.2
K = 2.33 =
[Cl(e)] = α ; [Cl(a)] (1 − α)
α ≅ 0.702
% [Cl(a)] = 100 (1 − α ) = 29.8
Si existen dudas sobre la relación entre la variación de energía libre de una reacción y su constante de equilibrio, consultar el Tema 6.
En el Bromociclohexano se da una situación análoga: Br(a) H(e) 30%
Br(e) 70%
H(a)
II
28
En la tabla siguiente aparecen algunos valores significativos de ΔG, en función del tipo de sustituyentes: X(a) H(e)
X(e) H(a)
X
-ΔG(cal/mol)
Keq
%[X(e)]
%[X(a)]
CN
200
1.4
58.3
41.7
Cl, Br, I
500
2.3
69.7
30.3
OH
700
3.3
76.7
23.3
Me
1700
17.7
94.6
5.4
Et
1800
21.0
95.4
4.6
C6H5
3100
205
99.5
0.5
ISOMERÍA GEOMÉTRICA
Cuando a cada una de dos posiciones de un monociclo, se hallan unidos un sustituyente y un átomo de hidrógeno, las relaciones estéreas entre los dos sustituyentes prioritarios (CIP) se expresan como cis o trans, seguidos de un guión y colocados delante del nombre del compuesto: Pr Pr
1
Me
1
2
Me H
H
H
Me
Pr
H 3
H
Me
2
= 2
H Me
H Pr
H Pr
1
3
1
(cis)
(cis)
Me H
=
H Me
3
1
Pr H
Me
(trans)-3-Metil-1-propilciclopentano
3
H
1
H
(cis)-2-Metil-1-propilciclobutano
Pr
1
Pr
(cis)
1
Pr
1
2
(cis)
H 2
Me
=
H
(cis)- 2-Metil-1-propilciclobutano
H
H
2
H
Me
H
Pr 1
(trans)
(trans)
Me H
3
1
H Pr
=
Pr H
1
3
H Me
H
(trans)-3-Metil-1-propilciclopentano
(trans)
(trans)
II
29
Et
Et
Me
1
1
2
H
H
H
H
Me
Me
(trans)-1-Etil-2-metilciclobutano
Pr
1
H
Me(a)
4
1
H
(e)Me
4
H
Pr(e)
1
H
4
H
(cis)-1-Metil-4-propilciclohexano
H (cis)
(cis)
H Me
H
1
Me(a)
4
1
Pr(e)
(e)Me
4
H
H
(trans)-1,2-Dimetilciclopentano
Pr(a) Me
2
2
H
(cis)-1-Etil-2-metilciclobutano
Me
1
H
H
1
Pr
4
H
(cis)-1-Metil-4-propilciclohexano
Pr(a) (cis)
(cis)
Si existen dos posiciones con dos sustituyentes distintos cada una, también se emplea la regla de secuencia (CIP) para definir la estereoquímica: Et[1] Et[1] 1
H[2]
Me[2]
Et[1] 1
2
H[2]
Et[1]
(trans)-1,2-Dietil-2-metilciclobutano
Et[1]
1
Me[1] 2
2
Me[2]
Me[2]
(cis)-1,2-Dietil-2-metilciclobutano
H[2]
(cis)-1-Etil-1,2-dimetilciclopentano
ISOMERÍA ÓPTICA
Los compuestos cíclicos con sustituyentes, pueden presentar isomería óptica debido a la presencia de carbonos estereogénicos. En este sentido, conviene indicar que, en muchas ocasiones, los descriptores cis y trans son insuficientes para definir de forma inequívoca la estereoquímica de una molécula. Por ejemplo:
H
CH3
1
2
CH3
H (1)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
CH3
H 1
2
H
CH3 (2)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
Las moléculas (1) y (2) son trans, pero se trata de dos estereoisómeros distintos, ambos quirales y de configuraciones opuestas. De hecho, existen tres estereoisómeros diferentes del 1,2-dimetilciclopropano: una pareja de enantiómeros [(1) y (2)] y una forma meso (3):
II
30
H
CH3
1
CH3
2
CH3
H
CH3
H
H
CH3 2
1
1
2
CH3
(1)
(2)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
H
H (3)
(cis)-1,2-Dimetilciclopropano (forma MESO)
(pareja de enantiómeros)
CH3[3]
H[4] H
CH3
1
[2](C3HH)C2
2
CH3
C2(C3CH)[1]
1
H
2
[1](C3CH)C1
CH3[3]
(1)
C3(C1HH)[2]
H[4]
(1S)
(2S)
(trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclopropano
H[4] CH3
H
2
[1](C3CH)C2
1
H
C3(C2HH)[2]
1
CH3
CH3[3] 2
[2](C1HH)C3
CH3[3]
(2)
C1(C3CH)[1]
H[4]
(1R)
(2R)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclopropano
CH3[3] CH3
CH3
1
H
1
[2](C2HH)C3
2
H
CH3[3]
C2(C3CH)[1]
2
[1](C3CH)C1
H[4]
(3)
C3(C1HH)[2]
H[4]
(1R)
(2S)
(cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclopropano (forma MESO)
Derivados de ciclobutano: Me
H
1
2
Me
H 4
3
H
Me
Me
Me
1
2
Me
1
H
4
3
(1)
(2)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclobutano
(trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
4
2
H 3
H
(3) (cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclobutano (forma MESO)
Me
Me[3]
H
1
2
Me
H 4
3
(1)
[2](C3HH)C4
1
H[4] (1R)
C2(C3CH)[1]
H[4] [1](C4CH)C1
2
C3(C4HH)[2]
Me[3] (2R)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclobutano
II
31
H
Me
H[4]
Me[3]
Me 1
2
1
[1](C3CH)C2
H 4
3
C4(C3HH)[2]
[2](C4HH)C3
2
H[4]
(2)
C1(C4CH)[1]
Me[3]
(1S)
(2S)
(trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
Me
Me
1 4
Me[3]
2
[2](C3HH)C4
H
H
1
Me[3]
C2(C3CH)[1]
[1](C4CH)C1
2
C3(C4HH)[2]
3
H[4]
(3)
H[4]
(1R)
(2S)
(cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclobutano (forma MESO)
NOMENCLATURA DE ESPIRANOS
Los compuestos monoespiránicos están formados por dos anillos que tienen un átomo de carbono común:
C
C
C
C
C
C
C
C
Los compuestos monoespiránicos se nombran anteponiendo el prefijo “espiro” al nombre del hidrocarburo acíclico que tenga el mismo número total de átomos de carbono. El número de átomos de carbono unidos al átomo espiránico (átomo común a los dos ciclos) en cada uno de los dos anillos, se indica mediante números, en orden ascendente, situados entre corchetes entre el prefijo “espiro” y el nombre del hidrocarburo: [átomo espiránico]
[átomo espiránico]
[átomo espiránico]
C
C
C
Espiro[3,4]octano
Espiro[4,5]decano
Espiro[5,5]undecano
II
32
Los átomos de carbono se numeran consecutivamente, a partir de uno de los átomos contiguos al espiránico, numerando primero el anillo más pequeño (si existe) continuando por el átomo espiránico, y finalmente por el segundo anillo. 5
1
7
4
C
2
6
1 5
6
C
8
8
9
1
2
6
C
9 3
7
3
7
8 2
10 4
10
3 4
5
11
Los átomos de carbono se numeran de modo que los sustituyentes tengan los numeros más bajos posibles: CH3 1
CH3
5
4
6
C
2
3
y no
1-Metil espiro[3,4]octano
CH3
6
7
1 5
2
9
8
3-Metil espiro[3,4]octano
CH3
CH3
9
y no
C
8
7
1
8
6
C
2
7
3
5
4
10
CH3
3
C
8
3 7
10 4
2,7-Dimetil espiro[4,5]decano
4 5
6
2
1
3,9-Dimetil espiro[4,5]decano
ESTEREOQUÍMICA DE ESPIRANOS
R3 R R
2
1
C
C
C
[eje estereogénico]
R4
R
R3
R3
1
R1
R2
R4
R2 R4
Los espiranos pueden ser ópticamente activos: 1
H 9
Me
6
Cl 3
H
H Me
Cl
Cl
H
H Cl[3]
Cl[3]
3-Cloro-9-metilespiro[5,5]undecano [2]H
H Me
Me[1]
[1]Me
H[2]
H[4]
H[4]
(R)
(S)
Los átomos de carbono 3 y 9 son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral) Los sustituyentes del carbono situados en el plano perpendicular a la página tienen prioridad sobre los que están en el plano de la página. El Me de la derecha tiene prioridad sobre el H (prioridades 1 y 2) El cloro superior tiene prioridad sobre el H inferior (prioridades 3 y 4)
II
33
Cl[3]
Cl
H Me
[2]H
Me[1]
H
H[4] (R)
Comprueba que si en el cumuleno anterior se intercambian cualquier par de sustituyentes de los carbonos 3 o 9, se obtiene el estereoisómero (S)
NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS CON PUENTES
Los sistemas cíclicos saturados, formados por dos anillos que comparten dos o más átomos, se nombran mediante la combinación del prefijo “biciclo” y el nombre del hidrocarburo lineal que tenga el mismo número de átomos de carbono. Para poder distinguir entre isómeros, se escribe el número de átomos de cada puente que unen los átomos comunes, en orden decreciente, entre corchetes y separados por puntos: [átomo común]
[átomo común]
[átomo común]
[átomo común]
Biciclo[4.3.0]nonano
[átomo común]
[átomo común]
Biciclo[6.1.0]nonano
Biciclo[3.3.1]nonano
Para la numeración de los sistemas bicíclicos con puentes, se procede según las siguientes reglas: 1 Se designa como 1 una de las posiciones cabeza de puente (átomos comunes a dos anillos)
2 Se prosigue la numeración por el puente más largo, hasta alcanzar la segunda cabeza de puente, que tam-
bién se numera: [primera cabeza de puente] 2 3
1
[puente más largo: 4 átomos] 6
4 5
[segunda cabeza de puente]
3 Se continúa por el siguiente puente más largo, hasta regresar al átomo 1: 2 9
[siguiente puente más largo: 3 átomos]
1
3
8 7
4 6 5
II
34
4 Se numera el puente menor (si existe) desde la primera hasta la segunda cabeza de puente:
[primera cabeza de puente] 2 1
9
3
10
8
11 7
4
6 5
[segunda cabeza de puente]
Los sustituyentes se sitúan de tal modo que tengan los números más bajos posibles: 2
5
1
9
y no
11 7
6
7-Etil-3-metil biciclo[4.3.2]undecano
2
1
6
5
8
1 9
5
Biciclo[6.1.0]nonano
3
9 6
7
2
1
7
8 6
Biciclo[4.3.0]nonano
2
2
4
7
3
1
9-Etil-4-metil biciclo[4.3.2]undecano
3
9 8
4
11 9
Et
Me
4 10
8
4
5
3
6
7
10
8
Et
Me
3
5
4
Biciclo[3.3.1]nonano
EJERCICIOS ADICIONALES 2.1 Averigua la configuración absoluta de las moléculas que aparecen a continuación, e indica cuál es la
relación de estereoisomería entre ellas: Me
4
Me
1
3
H
H
Me
H
H
Me
H
Me
Me
Me
2
H
H cis (1)
Me
cis (2)
Me
1
Me
trans (3)
H
trans (4)
Me
H
H
Me
H
H
H
Me
Me
H
Me
Me
2 3
5
H
4
cis (5)
H
trans (6)
trans (7)
cis (8)
2.2 Dibuja las representaciones tridimensionales, y asigna las configuraciones absolutas, de los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 1,2-Diclorociclohexano, 1,3-Diclorociclohexano, 1,4-Diclorociclohexano, 1Bromo-2-cloro ciclohexano, 1-Bromo-3-clorociclohexano y 1-Bromo-4-clorociclohexano.
II
3. HIDROCARBUROS CON ENLACES MÚLTIPLES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO
GEOMETRÍA
H
121.50
H
F
1170
H
H
Cl
F
CH2
1230
H
1140
1100
H
CH2
1250
H
F 2C
Cl
CH2
H
Cl2C
CH2
Ángulos de enlace promedios: R
1190
H
R
CH2
R 122-1250 CH3
CH3
110.50
R
R
R
R
R
R
NOMENCLATURA DE ALQUENOS 1. Se elige como referencia la cadena más larga que contenga el doble enlace y el compuesto se nombra de acuerdo con la nomenclatura de los alcanos, reemplazando el sufijo ano por eno. 2. La posición del doble enlace en la cadena principal, se indica numerándola a partir del extremo que de lugar
al menor numeral posible: CH2
CH2
CH3 CH
Eteno
Propeno
Etileno
Propileno
1
CH CH2 CH2
CH2
CH3
CH3 CH CH CH3 2-Buteno
1-Buteno
1
CH2
CH3 CH2 CH CH2
CH2
1
2
CH3
CH CH CH2
1-Hexeno
CH2
CH3
CH3
2
3
CH2
CH CH CH2
CH3
3-Hexeno
2-Hexeno
3. Después de establecer la numeración de la cadena principal, se especifican los sustituyentes mediante sus
nombres y números asignados, y se ordenan aplicando las mismas reglas que para los alcanos: CH3 CH3 C CH2 2-Metilpropeno
CH3 CH3 CH2 C
CH2
2-Metil-1-buteno
CH3 CH3 CH CH
CH3 CH2
3-Metil-1-buteno
CH3 C
CH CH3
2-Metil-2-buteno
III
36
CH3
1
CH2
C CH2CH2CH2CH3
CH3 CH CH CH
2
2
3
4
1
5
3
3
2
CH2 CH
CH3CH2
4
4
1
5
CH CH CH2CH2CH3
3
CH2 CH
4
C 1
CH CH CH2CH3 3
1-Etil-3-metil-1-pentenilo
CH2CH3 CH3
5
C
CH CH2CH3
1
2-Pentenilo
1-Pentenilo
3
CH2CH3 CH3
5
CH CH2CH3
2
1
CH C CH2CH3
3-Metil-3-hexeno
2-Pentenilo
1-Pentenilo
2
CH3
4-Etil-2-hexeno
CH CH CH2CH2CH3
1
2
CH2
4
2-Metil-1-hexeno
1
3
2
CH3
CH2CH3
1
CH CH CH2CH3 3
1-Etil-3-metil-1-pentenilo
1
2
1
CH CH CH2CH2CH3
CH2 CH CH CH2CH3
1-Ciclohexil-1-penteno
1-Ciclohexil-2-penteno
(1-Pentenil)ciclohexano
(2-Pentenil)ciclohexano
CH3
CH3
CH3
1
4
3
3
2
2
1 1
Ciclohexeno
3-Metilciclohexeno
1-Metilciclohexeno
4-Metilciclohexeno
CH3
CH3
CH3
CH2 CH CH3
CH2 CH CH3
CH2 CH CH3
1
4
3
3
2
2
1 1
1-Isobutilciclohexeno
3-Isobutilciclohexeno
1
1-Ciclohexenilo
4-Isobutilciclohexeno
1
1 2
2
3
3
2-Ciclohexenilo
3-Ciclohexenilo
III
37
CH3
1
CH3
1
CH2 CH CH3
2
1
2
1
CH3
1
CH2 CH CH3
CH2 CH CH3
2
1
2
2 3
1-(1-Ciclohexenil)-2-metilpropano
CH
1
CH2CH2
1
1
CH2
2
1
Ciclohexilidenetano
2
CH CH2Cl
(2-Cloroetiliden)ciclohexano
1
C
2
2-Metilpropilideno
CH2CH3
CH3
1
CH CH CH3
(1-Metilpropiliden)ciclohexano
Ciclopentilideno
2
CH3
C
(2-Metilpropiliden)ciclohexano
Ciclohexilideno
1
CH2CH3
CH3
CH CH CH3 2
2-Ciclohexilidenbutano
CH3
2
2
Ciclobutilideno
CH CH3
CH CH CH3
1-Metilpropilideno
CH3
Etilidenciclohexano
Metilenciclohexano
1
CH3
1
C CH2 CH3
Propilideno
CH CH3
CH2
CH2CH2
CH3
CH CH2 CH3
Etilideno
1
1-(2-Ciclohexenil)-2-(3-ciclohexenil)etano
2
1
CH CH3
Metileno
1
1
1,2-(1-Ciclohexenil)etano
1,1-(1-Ciclohexenil)etano
1
3
2
CH3 1
1-(3-Ciclohexenil)-2-metilpropano
1-(2-Ciclohexenil)-2-metilpropano
1-Ciclohexiliden-2-metilpropano
CH2Cl
Cl
3 1
C 1
CH3
1-(1-Cloroetiliden)-3-metilciclohexano
Cl
4
1
C 1
CH3 2
1-(1-Clorometiletiliden)-4-clorociclohexano
III
38
CH3 1
2
1
CH CH2Cl
C 1
1-Ciclohexiliden-2-cloroetano
CH2Cl
Cl
3
1-(3-Metilciclohexiliden)-1-cloroetano
1' 1
1,1'-Biciclohexilideno
1
2
H 3C
3
1
3'
3-Metil-1,1'-biciclohexilideno
4
CH 3
1
CH CH3
2,4-Hexadieno
2'
CH3 2
CH3
2
3
1' 1
CH3
CH3 4
2-Metil-2,4-hexadieno
2
2,4-Dimetil-2,4-hexadieno
CH3 CH3 CH C CH CH CH CH3
CH C CH3
CH3 CH C
CH CH CH3
2
1
3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno
4
CH3 C CH
C
1-(4-Clorociclohexiliden)-1-clorometiletano
CH3
2
CH3 CH CH CH
Cl
CH3
1
4
CH3 C C
CH3 CH C
CH CH3
2,5-Dimetil-2,3,5-heptatrieno
2,3,5-Heptatrieno
CH2
CH2
CH2
4
3
4 2
1
3-Metilenciclohexeno
4-Metilenciclohexeno
CH3
1
CH3
1
1
2-Metil-4-metilenciclohexeno
CH3
1
CH3 1
5 2 1
3
3
3 4
1,3-Ciclohexadieno
5-Metil-1,3-ciclohexadieno
1-Metil-1,3-ciclohexadieno
1-Metil-1,4-ciclohexadieno
CH3
CH3
CH3
CH2 CH CH3
CH2 CH CH3
CH2 CH CH3
1
5
6
2 3 4
1-Isobutil-1,3-ciclohexadieno
1
4
5
3
4
2
5-Isobutil-1,3-ciclohexadieno
1 2 3
6-Isobutil-1,4-ciclohexadieno
III
39
1
1
1 2
2
3
3
2 3
5 4
4
1,3-Ciclohexadienilo
2,4-Ciclohexadienilo
2,5-Ciclohexadienilo
CH3
1
4
CH3
3
1
1
1
2
2
3
3 4
1-(1,3-Ciclohexadienil)-3-metilciclohexano
1-(2,4-Ciclohexadienil)-4-metilciclohexano
1
1
2
2
3
3
3
2
3-Ciclohexenilideno
CH3
4
CH3
1'-(3-Etil-2-ciclohexeniliden)-3'-metilciclohexano
3
2
3'
4 5
1'-(4-Metil-3,5-ciclohexadieniliden)-3'-metilciclohexano
2
1' 4
4'
1
4-(4'-Metilciclohexiliden)-1-etilciclohexeno
CH3
1 1'
CH2CH3
3
CH3
3-(3'-Metilciclohexiliden)-1-etilciclohexeno
3
1'-(3-Etil-3-ciclohexeniliden)-4'-metilciclohexano
1
1' 3
CH2CH3
1' 1
4'
CH3CH2
2
3'
2,5-Ciclohexadienilideno
2
3
1' 1
CH3
2,4-Ciclohexadienilideno
CH3CH2
2
3'
3
5
4
2-Ciclohexenilideno
CH3
1
1 2
3
CH3
3'
2 1
4
CH3
1'
5
1'-(4-Metil-2,4-ciclohexadieniliden)-3'-metilciclohexano
III
40
ESTEREOISOMERÍA DE DOBLES ENLACES. ISOMERÍAS (Z)/(E) Y ÓPTICA MONOOLEFINAS
Los sustituyentes unidos a los carbonos de un enlace C=C permanecen fijos en su posición relativa, ya que la energía requerida para que tenga lugar la rotación alrededor del enlace C=C (45 kcal/mol) es mucho mayor que la disponible a temperatura ambiente. Así pues, los alquenos con distintos sustituyentes en los dos carbonos del doble enlace, pueden existir en dos formas estereoisómeras, denominadas (Z) y (E): CH3
CH3
CH3 CH3
H
CH3 H
H
H
H CH3
H
CH3
(Z)-2-buteno
(E)-2-buteno
(p.e. = 40C)
(p.e. = 10C)
H CH3
H
DIASTEREOISÓMEROS: Estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí
4
1
[1] CH3
[2] H CH2CH3 2
4
6
3
2
1
5
CH2CH2CH3[1] CH2CH3 [2]
(Z)-3-Etil-2-hexeno 5
6
CH3 CH C CH CH CH 2 2 3 3
3-Etil-2-hexeno
1
[1] CH3 2
CH2CH3 [2] 3 6
5
[2] H
CH2CH2CH3 [1] 4
(E)-3-Etil-2-hexeno
Los radicales con un doble enlace pueden presentar isomería (Z)/(E): H
CH2
H
H
CH3
CH3
CH2
(Z)-2-Butenilo
H
(E)-2-Butenilo
H
CH2
H
H
CH2CH3
CH2
(Z)-2-Pentenilo
2
H 1
CH3
[(Z)-2-Butenil]ciclohexano
CH2CH3 H
(E)-2-Pentenilo
H
1
CH2
H
CH3
2
CH2
H
[(E)-2-Butenil]ciclohexano
III
41
H
H
H
2
1
1
CH2
CH3
CH2
CH3
H 1
2
H
CH3
2
CH2
3
1-[(E)-2-Butenil]ciclohexeno
1-[(Z)-2-Butenil]ciclohexeno
2
H
3-[(Z)-2-Butenil]ciclohexeno
OLEFINAS CON DOS DOBLES ENLACES CONJUGADOS
2,4-Heptadieno: H Me
H
H
Et
H
H
Et
H
(2Z,4Z)
Et
H
H
H
H
H
Et
2
H
H
Me
4
Me
H
H
Me
H
(2E,4Z)
(2Z,4E)
(2E,4E)
EJERCICIO RESUELTO
¿Cuántos diastereoisómeros tiene el 2,4-Hexadieno?
RESPUESTA: H Me
H
Me
H
H
H
Me
H
(2Z,4Z)
Me
H
H
H
H
H
Me
2
H
H Me
4
Me
H
H
Me
H
(2E,4Z)
(2Z,4E)
(2E,4E)
Los estereoisómeros (2Z,4E) y (2E,4Z) son iguales (superponibles)
OLEFINAS CON DOBLES ENLACES ACUMULADOS (CUMULENOS)
R3 R
R3
1
C
C
R2
[eje quiral]
C
R1
R2 R4
R4
Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos: H C
C
C Et
Et
()
Me
C
H
()
H
C
C
H Me
III
42
Los átomos de carbono con doble enlace son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral) Los sustituyentes perpendiculares al plano del papel (más próximos al observador: H, Me) tienen prioridad sobre los más alejados (los situados en el plano: H, Et): H[4]
H H
C
()
C
Me
[2]H
C
C(HHH)[1]
Et
(2)
C(CHH)[3] (S) C(CHH)[3]
Et H
C
()
C
Me
[2]H
C
C(HHH)[1]
H
(1)
H[4] (R)
Lo más cómodo es mirar la molécula desde el lado en el que los sustituyentes son perpendiculares al plano del papel (desde la izquierda en el ejemplo anterior) H[4]
H C
C
()
¡ ASÍ NO ! Et
C
H
[2]H
C(HHH)[1]
Me
(1)
C(CHH)[3]
Si la molécula se mira al contrario, se btiene la confogurción opuesta a la real.
(S)
Si en un cumuleno se intercambian los sustituyentes de uno de los carbonos con doble enlace, se obtiene su enantiómero: H[4]
H C
Me
C
()
H
C
[2]H
C(HHH)[1]
Et
C(CHH)[3] (S)
[intercambio]
C(CHH)[3]
Et C
C
[2]H
C
()
H Me
C(HHH)[1]
H
H[4] (R)
Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z)/(E): C
C
C
(Z)-2,3,4-Hexatrieno
H
H
Me
Me
C
C
C
()
Me
C
()
H
C
Me H
(E)-2,3,4-Hexatrieno
III
43
PRIORIDADES DE LOS RADICALES CON DOBLE ENLACE
Los átomos subrayados son átomos "extra", que se añaden porque existe un doble enlace.
2
C
1
C
2
C
1
C
C1(CC)
C2(C)
(C) (C)
En el ejemplo siguiente, los átomos de carbono del doble enlace que se duplican aparecen subrayados; la prioridad de los radicales aumenta de arriba hacia abajo: 1.
CH2=C-CH2CH2-
C1(CHH)
C2(CHH)
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CHH)
C4(CHH)
Me
2.
CH2=CH-CH-CH2Me
3.
Et-CH=CH-CH 2-
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCH)
4.
Me 2 C=CH-CH 2 -
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCC)
5.
Me-CH=C-CH2-
C1(CHH)
C2(CCC)
C1(CCH)
C2(CHH)
C5(HHH)
Me
6.
CH2=CH-CH2-CHMe
7.
Et-CH=CH-
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CHH)
8.
Me-CH=CH-CH-
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CCH)
Me
III
44
Si resulta imposible establecer las prioridades de dos radicales, se recurre a la regla siguiente: tienen prioridad los átomos de carbono reales sobre los duplicados. En el 3,4-dimetilciclobuteno se plantea este problema: Me
Me
4
3
H 1
H 2
Átomo de carbono 3 (prioridades): C4(C1CH)[1] > C2(C1CH)[2]
Átomo de carbono 4 (prioridades): C3(C2CH)[1] > C1(C2CH)[2]
Me[3] [1](C1CH)C4
3
Me[3]
C2(C1CH)[2]
4
[2](C2CH)C1
H[4]
C3(C2CH)[1]
H[4]
(3S)
(4R)
EJERCICIO RESUELTO
¿Cuántos estereoisómeros tiene el 2,3,5-Heptatrieno?
RESPUESTA: CH3 CH
C
CH CH CH CH3
2,3,5-Heptatrieno
H
H C
C
CH3
H3C
C
H
H
H
H
(Z)(S)-2,3,5-Heptatrieno
C(HHH)[1]
H[2]
C(CCH)[3]
(S)
(R)
H
C
H
H
CH3
(E)(S)-2,3,5-Heptatrieno
H
C
CH3
H
C
()
()
Me
C
H
C(HHH)[1]
C(CCH)[3]
C
Me
H[4]
H H
C
(Z)(R)-2,3,5-Heptatrieno
H[4] H[2]
C
()
Me
C
()
H
C
Me H
(E)(R)-2,3,5-Heptatrieno
III
45
RESPUESTA (continúa)
H[4]
H[4] [2]H
[2]H
C(HHH)[1]
C(HHH)[1] C(CCH)[3]
C(CCH)[3]
(R)
(S)
El compuesto tiene cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros): Pareja de enantiómeros: (S)(Z) y (R)(Z) Pareja de enantiómeros: (S)(E) y (R)(E)
EJERCICIO RESUELTO
¿Cuántos estereoisómeros tiene el 5-Metil-2,3-heptadieno?
RESPUESTA: 1
2
3
4
CH3
CH3 CH C CH CH CH2CH3 5-Metil-2,3-heptadieno H 5
Me
4
3
C
C
Me
H[4]
C(CCH)[3]
Et
C
[2]H
()
H
2
H
(1)
C(HHH)[1]
[2](HHC)C
(5R)
H[4]
H
3
4
C
C
C
()
2
[2]H
Me (2)
5
H
Me
C(CCH)[1] C(HHH)[1]
5
[2](HHC)C
C(CCH)[3]
Et
C(HHH)[3]
C(CCH)[1]
H[4] (R)
H
5
C(HHH)[3]
H[4]
(S)
(5S)
H 5
Me
C
3
4
C
C
Et [2]H
H
(3)
H[4]
C(CCH)[3]
Me
()
H
2
C(HHH)[1]
[3](HHH)C
4
C
C
C
[2]H
()
Me
3
(5S)
H[4]
H
2
C(CHH)[2]
C(CCH)[1]
H[4] (R)
H
5
C(CCH)[1] C(HHH)[1]
[3](HHH)C
5
C(CHH)[2]
Et (4)
5
H
Me
C(CCH)[3] (S)
H[4] (5R)
El 5-Metil-2,3-heptadieno tiene cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros): Parejas de enantiómeros: (1) (R)(5R) y (2) (S)(5S) ; (3) (R)(5S) y (4) (S)(5R)
III
46
ESTEREOQUÍMICA DE ALQUILIDENCICLOALCANOS
Los alquilidencicloalcanos tienen una geometría semejante a los cumulenos con dos enlaces dobles:
R3 R1
C
C
R2
R3 [eje quiral]
C
R1
R2 R4
R4
H
H 1
4
Me
Et
1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano
H H Me
Et
H
H Me
Et H [4]
H [4] [2] H
Me [1]
[1]Me
H [2] Et [3]
Et [3]
(R)
(S)
NOMENCLATURA DE ALQUINOS
HC C CH2 CH3
CH3 C CH
HC CH
CH3 C C CH3
Etino Propino
Acetileno
1-Butino
CH3 HC C CH2 CH
2-Butino
CH3 CH3
CH3 C C CH
CH3 CH3
CH3 C C C CH3 CH3
4-Metil-1-pentino
1
C C CH2CH2CH3 1-Ciclohexil-1-pentino
4-Metil-2-pentino
CH3
1
CH2
4,4-Dimetil-2-pentino
C C CH2CH3
1-Ciclohexil-2-pentino
CH3
CH C C CH CH3 1
1-Ciclohexil-1,4-dimetil-2-pentino
III
47
2
CH3
CH3
CH C C C CH C CH3 1
2
3
5
4
CH3
CH3
CH C C C CH C CH3
6
1
2
3
1-(1-Ciclohexenil)-1,5-heptadien-2,6-dimetil-3-ino
CH3 C C
CH3 CH2 C
Etinilo
1-Propinilo
1-Butinilo
CH3 C
CH3 C
CH3 C
CH3
1-Metil-2-butinilo
1
1
1-Pentinilo
C C CH2
2-Metil-3-pentinilo
CH3
CH2 C
C CH2CH2CH3
C CH2
2-Butinilo
CH3 C
C CH
3-Metil-1-butinilo
C
C
CH3
CH3 CH C
6
1-(2,5-Ciclohexadienil)-1,5-heptadien-2,6-dimetil-3-ino
C
HC
5
4
5
C CH2CH3
CH3
CH C 1
2-Pentinilo
C CH CH3
1,4-Dimetil-2-pentinilo
NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
CH3
CH2
C6H5
C6H5 CH2
Fenilo
Benceno
Tolueno
CH3
CH3
CH3
1
1
1
CH3 2
Bencilo
3
CH3
4
CH3 1,2-Dimetilbenceno
1,3-Dimetilbenceno
1,4-Dimetilbenceno
o-Dimetilbenceno
m-Dimetilbenceno
p-Dimetilbenceno
o-Xileno
CH3 CH CH2
Feniletileno Vinilbenceno
p-Xileno
m-Xileno
C
CH2
2-Fenilpropeno
CH3 CH C CH3
CH3 C
CH CH3
1-Fenil-2-metilpropeno
2-Fenil-2-buteno
(2-Metil-1-propenil)benceno
(1-Metil-1-propenil)benceno
Estireno
III
48
2 1
1-Fenilciclohexeno
Ciclohexilbenceno
3-Fenilciclohexeno
2
2 1
Fenilciclohexano
1
3
1
(1-Ciclohexenil)benceno
(2-Ciclohexenil)benceno
CH3 C
C
CH
C CH3
CH2 C
CH
3-Fenil-1-propino
1-Fenilpropino
Fenilacetileno
C
CH2 C
C CH2CH3
C CH CH3
1-Fenil-4-metil-2-pentino
1-Fenil-1-butino
6 3'
2'
2 1' 1
4' 5'
6'
8
3 4
6
7
8a
1
8
6
5
5
4a
2
7
3
6 5
4
Naftaleno
Bifenilo
8a
10a
9
10
9a
4a
4
1 2
3
3
2
4
10a
10 10a 1
8 8a
8 8a 9
1
Antraceno
4b 4a
9
7
5
4b
7 6
10
4a
5
4
2 3
Fenantreno
Fenantreno
EJERCICIO RESUELTO
Dibuja todos los isómeros derivados del benceno, que tienen la fórmula molecular C9H12.
RESPUESTA: CH2CH2CH3
CH3 CH
CH3
CH2CH3
CH2CH3
1
1
CH3 2
3
CH3 Propilbenceno
Isopropilbenceno
2-Metiletilbenceno
3-Metiletilbenceno
1-Fenilpropano
2-Fenilpropano
o-Metiletilbenceno
m-Metiletilbenceno
o-Etilmetilbenceno
m-Etilmetilbenceno
CH2CH3
1
CH3 1
4
2
3
CH3 CH3
CH3 1
CH3 2
4
5
CH3
3
CH3
CH3
CH3 p-Etilmetilbenceno
CH3 1
1,2,3-Trimetilbenceno
1,2,4-Trimetilbenceno
1,3,5-Trimetilbenceno
III
49
EJERCICIOS ADICIONALES 3.1 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad:
HC
C__CH2_ (1)
H2C
CH_CH2_
C_
HC
(2)
H2 C
(3)
C_
CH_
H2C (5)
(4)
CH3_C
C_
(6)
3.2 Indica cuántos estereoisómeros tiene cada uno de los siguientes compuestos: 1-Cloro-1-penteno, 3-Cloro-1-
penteno, 4-Cloro-1-penteno y 4-Cloro-2-penteno. Nombra de forma inequívoca cada uno de los estereoisómeros. 3.3 Asigna la configuración absoluta a los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 2,3-Hexadieno, 2,4Dicloro-2,3-pentadieno y 2,3,4-Hexatrieno.
3.4 Dibuja los siguientes estereoisómeros del 2-Cloro-5-metil-2,4-heptadieno: (2Z,4Z), (2E,4E), (2Z,4E) y (2E,4Z)
3.5 Averigua la configuración absoluta del siguiente cumuleno:
6
3
Br
1'
1
C
C
C
()
4
H
4'
Et H
2
III
4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES
INTRODUCCIÓN
1 Haluros de alquilo:
R__X ; Ar__X (X = F, Cl, Br, I)
2 Alcoholes y fenoles:
R__OH ; Ar__OH
3 Éteres:
R__O__R ; R__O__R' ; R__O__Ar ; Ar__O__Ar
4 Aminas:
R__NH2 ; R__NH__R ; R N
R
5 Aldehidos y cetonas:
__ C H ; R C R ; R C Ar
R C__H ; Ar
O
__
C__OH
R C OH ; Ar
O
O __
7 Ésteres:
C__O_R
_
R C O R' ; Ar
__
R C NH2 ; Ar O
C__NR2
_
C NH R ; Ar
__
O
__
9 Haluros de ácido:
O
O
O 8 Amidas:
__
__
O 6 Ácidos carboxílicos:
O
O
O
O
R
C__X (X = Cl, Br, I)
R C X ; Ar O
O
O
__
10 Anhidridos de ácido:
R C O
11 Nitrilos:
R C
12 Nitrocompuestos:
R__NO2 ;
__
C H ; Ar
N ; Ar
C
__
C O
O C__Ar
N
Ar__NO2
HALUROS DE ALQUILO ACÍCLICOS SATURADOS
CH3CH2__X
(X = F, Cl, Br, I)
(Cloroetano, Bromuro de etilo, etc.)
X__CH2CH2__X
(X = F, Cl, Br, I)
(1,2-Dicloroetano, 1-Bromo-2-yodoetano, etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
(1,1-Dibromoetano, 1-Cloro-1-yodoetano , etc.)
X X
CH CH3
IV
51
Cl
CH3 CH3
C CH2Br CH3
CH3
CH CH3
CH3CH2
Br
CHMe2
Cl
C CH2
CH CH2CH2
C CH3
CH3
1-Bromo-2,2-dimetilpropano
2-Cloropropano
Bromuro de neopentilo
Cloruro de isopropilo
CH3
7-Bromo-2-cloro-5-isopropil-2,7-dimetilnonano
CÍCLICOS SATURADOS
Cl (Clorociclohexano ; Cloruro de ciclohexilo)
H
Cl (a) H
(e) Cl
H
1
H
1
H
H
(e) Clorociclohexano
(a) Clorociclohexano
Cl (a)
I (a)
1
4
H
(e) I
H
Cl (e)
4
1
H
H
(cis) (1a)-Cloro-(4e)-yodociclohexano
(cis) (1e)-Cloro-(4a)-yodociclohexano
Br Br
Me
1
H
1
H
2
cis (1S,2R) 1-Bromo-2-metilciclobutano
Me H
H Br
2
H
1
(cis)(1R,2S) 1-Bromo-2-metilciclobutano
1
H cis (1S,2R)
Br
Me
H 2
=
1
H
2
Br
cis (1S,2R)
Me
Me
=
2
H
H
2
H Me
(cis)(1R,2S)
H Br
1
(cis)(1R,2S)
IV
52
Br
H H Br
3
1
1
Cl H
3
H Cl
=
3
Br H
1
Cl
H
(trans)(1S,3S)
(trans)(1S,3S) 1-Bromo-3-clorociclopentano
H
(trans)(1S,3S)
Br
3
Cl H
1
Cl
3
H Br
1
Br H
=
1
H Cl
3
H (trans) (1R,3R)
(trans) (1R,3R)
(trans)(1R,3R) 1-Bromo-3-clorociclopentano
INSATURADOS ALIFÁTICOS
H CHCl2
CH2Cl
CCl3
Cl C
C Cl
Clorometilo
Diclorometilo
Cl
Clorometileno
Triclorometilo
Diclorometileno
I Cl_CH
Br_CH2_CH
CH2
Cloroetileno Cloruro de vinilo
Cl H
4
3-Bromopropeno Bromuro de alilo
1
Me
3-Metil-2-yodo-2-hexeno
5
CH_Me
Br
4
Me
2
1
Cl
4-Bromo-1-clorociclohexeno
(E)-4-Cloro-3-metil-2-penteno
Br
C_CH2CH2CH3
Cl
5
Br
4
1
3
2
Cl
Me
CH3_CH
CH2
H
H 5
4
1
1
2
2
5
Cl
4
Br H
H
(trans)(4S,5S)
Cl H Br
(trans)(4R,5R)
2
4-Bromo-5-clorociclohexeno
5
4
1
1
2
2
Cl H
5
Br H
4
H
(cis)(4S,5R)
(cis)(4R,5S)
(4-Bromo-5-clorociclohexeno)
Br
H
H
Br Cl
1 3
H (1E,3Z)
4
H
H
H
H H
1 3
4
H
Cl
(1E,3E)
H
Br
H Cl
1 3
H (1Z,3Z)
4
H
H H
1
Br
3
H
4
Cl
(1Z,3E)
(1-Bromo-4-cloro-1,3-butadieno)
IV
53
Me Me ClCH2CH2 C
C_H
Br
4-Cloro-1-butino
CH C
3
C CH2
1
Cl
CH
(3-Metilciclohexil)acetileno
4-Bromo-1-cloro-2-pentino
H CH2Cl
C
Cl C
Clorometilciclohexano
Clorometilenciclohexano
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
X
X X
(X = F, Cl, Br, I)
(X = F, Cl, Br, I) (Clorobenceno, Bromobenceno, etc.)
(o-Diclorobenceno, o-Bromoclorobenceno, etc.) X
X
X X (X = F, Cl, Br, I)
(X = F, Cl, Br, I) (m-Dibromobenceno, m-Fluoroyodobenceno, etc.)
(p-Diyodobenceno, p-Bromoyodobenceno, etc.)
Bu (X = F, Cl, Br, I)
(p-Bromobutilbenceno, p-Butilclorobenceno etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
(o-Clorotolueno, o-Bromotolueno etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
(m-Etilyodobenceno, m-Etilfluorbenceno, etc.)
X Me X
Et
X
IV
54
Me 1
X 2
(X = F, Cl, Br, I)
4-Bromo-2-clorotolueno, 2-Bromo-4-yodotolueno etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
(2,3,5-Tricloroetilbenceno, 2-Bromo-3,5-dicloroetilbenceno etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
(4-Bromo-2,3-dicloro-5-metilbutilbenceno, 5-Metil-2,3,4-triyodobutilbenceno etc.)
4
X
Et 1
X 2
X
5
X
2
X
3
X
3
Bu 1 5
Me
4
X
Br Cl
Cl
4
4' 2
CH=CHCl
1
2'
Et
4
6
Me Br
6
3
Me
1
Et
Br
2'-Bromo-4-cloro-2-etil-4'-metilbifenilo
1-Bromo-4-(2-clorovinil)-6-etilnaftaleno
6-Bromo-1-cloro-3-metilnaftaleno
Cl Br
CH2C6H5 4
5
1
1
= Cl
1
C6H5 4-Bencil-5-bromo-1-fenilnaftaleno
Br
1-(m-Clorofenil)naftaleno
m-(1-Naftil)clorobenceno
Br 1
8
10
Me 1,8-Dibromo-10-metilantraceno
Br
6
3
1
Bu
C6H5
8
Cl
3-Bromo-1-butil-8-cloro-6-fenilantraceno
IV
55
ALCOHOLES Y FENOLES
R' R CH2 CH2OH
R'
R CH2 CH OH
R CH2 C OH R''
alcohol secundario
alcohol primario
CH3OH
alcohol terciario
(Metanol, Alcohol metílico)
CH3CH2OH
(Etanol, Alcohol etílico)
CH3CH2CH2OH
(1-Propanol, n-Propanol, Alcohol n-propílico)
OH CH3 CH CH3
(2-Propanol, Isopropanol, Alcohol isopropílico)
CH3CH2CH2CH2OH
(1-Butanol, n-Butanol, Alcohol n-butílico)
OH (2-Butanol, sec-Butanol, Alcohol sec-butílico)
CH3CH2 CH_CH3 _
CH3 CH3_CH_CH2OH
(2-Metil-1-propanol, Isobutanol, Alcohol isobutílico)
CH3 _ __
CH3 C OH
(2-Metil-2-propanol, Alcohol terc-butílico)
CH3
OH
OH CH3CH2CH2CH2CH2OH
CH3CH2 CH2 CH CH3
1-Pentanol
2-Pentanol
OH CH2
CH_CH2OH
2-Propen-1-ol
CH2
CH_CH_CH3
3-Buten-2-ol
CH3CH2 CH CH2CH3 3-Pentanol
CH3 CH3
C
CH_CH2OH
3-Metil-2-buten-1-ol
CH3
Cl
OH
C
CH_CH_CH3
4-Cloro-3-penten-2-ol
Alcohol alílico
IV
56
1
2
OH
2
CH2CH2OH
1
CH2CH2OH
CH_CH3
3 2
1
1
2-(1-Ciclohexenil)etanol
1-(1-Ciclohexenil)etanol
2-(2-Ciclohexenil)etanol
OH
Br
__
HOCH2 CH2OH
HOCH2 CH CH2OH
1,2-Etanodiol
1,2,3-Propanotriol
Etilenglicol
Glicerina
__
2
CH2OH
__
__
HOCH2 CH__CH2OH 2-Bromo-1,3-propanodiol
3
1
HO CH_CH3
CH2CH2OH
CH2CH2CH2OH
Cl Fenilmetanol
2-Feniletanol
3-(m-Clorofenil)-1-propanol
1-Feniletanol
Alcohol bencílico
3
CH2_CH CH CH2OH
CH CH CH2OH
I
1
OH CH CH CH2
3
4-Fenil-2-buten-1-ol
OH
3-[1-(3-Metilnaftil)]-2-propen-1-ol
1-(m-Yodofenil)-2-propen-1-ol
OH
Me
OH HO
Me
Me
Me Fenol
OH
o-Metilfenol
m-Metilfenol
p-Metilfenol
o-Cresol
m-Cresol
p-Cresol
OH
OH Me
OH Br
CH CH2 2-Meti-4-vinilfenol
1-Naftol
2-Naftol
α-Naftol
β-Naftol
3-Bromo-1-naftol
IV
57
OH
OH
OH
CH2CH2OH
CH_CH3
HO
CH3 CH C CH3 m-(2-Metil-1-propenil)fenol
o-(2-Hidroxietil)fenol
p-(1-Hidroxietil)fenol
2-(o-Hidroxifenil)etanol
1-(p-Hidroxifenil)etanol
ÉTERES
CH3_O_CH3
CH3_O_CH2CH3
CH3CH2_O_CH2CH3
Dimetil éter
Etil metil éter
Dietil éter
MeO_
EtO_
Metoxi
Etoxi
O_CH3 Ciclohexil metil éter
HO CH3CH2_O_CH2CH2Cl
CH3_O_CH=CH2
O_Et
(2-Cloroetil) etil éter
Ciclohexil etil éter
Metil vinil éter
1-Cloro-2-etoxietano
Etoxiciclohexano
Metoxietileno
OMe
HO
OEt
O_CH=CH_CH3 (3-Hidroxiciclohexil) (1-propenil) éter
CH=CH_CH3
MeO
Fenil metil éter
(p-Hidroxifenil) etil éter
Metil [p-(1-propenil) fenil] éter
Metoxibenceno
p-Etoxifenol
Anetol
Anisol
CH=CH2 5
H2C
ClCH2__CH
CH2
CH2 O
O 1
OMe
Oxirano
1-Metoxi-5-vinilnaftaleno
Clorometil oxirano 1-Cloro-2,3-epoxipropano
Oxido de etileno
C6H5O_
C6H5CH2O_
CH2=CH_CH2O_
Fenoxi
Benciloxi
Aliloxi
IV
58
AMINAS
H
R''
R'' + N R'
:
N R'
R CH2
N R'
R CH2
:
R CH2
:
NH2
R CH2
R''' amina primaria
amina terciaria
amina secundaria
sal de amonio
CH3 CH3 NH2
CH3 NH CH3
CH3 N CH3
CH3CH2_NH_CH2CH2CH3
Metilamina
Dimetilamina
Trimetilamina
Etilpropilamina
_
_
_
_ _
NH2
1
CH3 CH2 CH2 C H
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2
NH2
CH3
1
CH3 CH2 CH CH2 CH3
1
1-Pentanamina
2-Pentanamina
3-Pentanamina
Pentilamina
1-Metilbutilamina
1-Etilpropilamina
CH3 CH3 C H
NH2 CH3
CH3
CH3 CH2 C H
CH2 C NH2 H
C H
CH3 NH2 CH3 CH3
1,3-dimetilbutanamina
2-Metil-3-pentanamina
1,3-Dimetilbutilamina
1-Isopropilpropilamina
H2N CH2CH2CH2CH2 NH2
N
C CH3 H
2,4-Dimetil-3-pentanamina
1,5-Pentanodiamina
(putrescina)
Me
C H
H2N CH2CH2CH2CH2CH2 NH 2
1,4-Butanodiamina
NH2
CH3 C H
(cadaverina)
Me
NH2 H
1 2
CH2 CH N CH3 Ciclohexilamina
Metilvinilamina
N,N-Dimetilciclohexilamina
NH2
2
H2N 1
4
Me
(3-Metil-2-ciclohexenil)amina
NH2 1
1 3
3
2
Me
(4-Metil-3-ciclohexenil)amina
5
(2,5-Ciclohexadienil)amina
3
(1,3-Ciclohexadienil)amina
IV
59
NH2
NH2
NH2
NH2
Me
Fenilamina
o-, m-, p- Metilanilina
Anilina
o-, m-, p-Toluidina
H2N p-(p-Aminofenil)anilina
o-, m-, p- Fenilendiamina
Bencidina
NH_Me
NH2
NH2
NH2 NH2
OMe OH Cl (m-Hidroxifenil)metilamina
4-Cloro-2-metoxianilina
1-Naftilamina
2-Naftilamina
α-Naftilamina
β-Naftilamina
Me _
2
_
CH2 CH_NH2
NH C6H5 1
1
CH2CH2NH2 1
1
2 3
4
OH
OH 2-(3,4-Dihidroxifenil) etilamina
2-Fenilisopropilamina
(N-Fenil)-1-naftilamina
Dopamina
Anfetamina
2
CH2CH2NH2
2
1
2
CH2_CH_CH3 2
5
MeO
NH2
OMe
1
1
4 4
3
OMe
O
OMe
5
H
O H
2-(3,4,5-Trimetoxifenil) etilamina
2-(2-Metoxi-4,5-metilendioxifenil)isopropilamina MDA ("Extasis")
Mescalina (alucinógeno)
ALDEHIDOS O H C__H
(H_CHO ; CH2O)
(Metanal, Formaldehido, Formol)
(CH3_CHO)
(Etanal, Acetaldehido)
O CH3 C__H
O CH3CH2 C__ H
(CH3CH2_CHO)
(Propanal, Propionaldehido)
IV
60
Cuando el grupo –CHO está unido directamente a un átomo de carbono de un sistema cíclico, el nombre del aldehido se forma añadiendo el sufijo “carbaldehido” al nombre del sistema cíclico: CHO
CHO
CHO
CHO
Ciclopentanocarbaldehido
Ciclohexanocarbaldehido
CH3 CH2
_
1,2-Naftalenodicarbaldehido
CH3
CH3
_
CH CH CHO
_
CH2
2-Metil-3-butenal
_
CH2
C CH2 CHO
4-Metil-4-pentenal
3-Metil-3-butenal
CHO
C_CH2CH2_CHO
CHO
CHO
1
1
1
1-Ciclohexeno-1-carbaldehido
2
2
3
3
2-Ciclohexeno-1-carbaldehido
CH=CH_CHO
CHO
Me
5
5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido
CHO
CHO
OMe OH
OMe 3-Fenilpropenal
Benzaldehido
p-Metoxibenzaldehido
Cinamaldehido
4-Hidroxi-3-metoxibenzaldehido Vainillina
CETONAS O (CH3_CO _CH3)
CH3 C__CH3
(Dimetil cetona, Propanona, Acetona))
O CH3CH2
C__CH3
(CH3CH2_CO_CH3)
(Etil metil cetona, Butanona)
O CH3CH2CH2 C__ CH3
(CH3CH2CH2_CO _CH3)
(Metil propil cetona, 2-Pentanona)
(CH3CH2_CO_CH2CH3)
(Dietil cetona, 3-Pentanona)
O CH3CH2 C__ CH2CH3
IV
61
O
CH3 _
CH3 (CH3 CH_CH2_ CO__CH3) _
__
CH3CH CH2 C CH3
O CH3
( Isobutil metil cetona, 4-Metil-2-pentanona)
CH3
CH3CH2 C__CH_CH3
(CH3CH2 CO__CH_CH3)
O
(Etil isopropil cetona, 2-Metil-3-pentanona
O
O
CH3
O
CH2=CH C__CH3
CH2=CH_CH2 C__CH3
CH2=CH C__CH2CH3
CH3C=CH C__CH3
Metil vinil cetona
Alil metil cetona
Etil vinil cetona
(2-Metil-1-propenil) metil cetona
3-Buten-2-ona
4-Penten-2-ona
1-Penten-3-ona
4-Metil-3-penten-2-ona
2
_
1
_
CO CH2 CH2CH3
Ciclohexil propil cetona
1
2
_
1
_
CO CH2 CH2CH3
1
1-Ciclohexenil propil cetona
3
1
2
1-(2-Ciclohexenil)-2-butanona
1
4
CH3_CO_CO_CH2_CH2_CH3
CH3_CO_CH2_CO_CH2_CH3
2,3-Hexanodiona
2,4-Hexanodiona
2
1
2,5-Hexanodiona
O 1 2
2
O
3
OH
Me Et
2-Metilciclopentanona
Ciclobutanona
5
CH3_CO_CH2_CH2_CO_CH3
O
O
CH2_CO_CH2CH3
5
5-Etil-3-hidroxi-1,2-ciclohexanodiona
CO_CH3
Fenil metil cetona
CO
CO
Ciclohexil fenil cetona
Difenil cetona Benzofenona
Acetofenona
O
O
O
O
O
O
?
?
O
? O O o-Benzoquinona
p-Benzoquinona
O m-Benzoquinona (?)
1,4-Naftoquinona
1,8-Naftoquinona (?)
IV
62
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS O C__OH
H
(H_CO2H)
(Ác. metanoico, Ác. fórmico)
(CH3_CO2H)
(Ác. etanoico, Ác. acético)
(CH3CH2_CO2H)
(Ác. propanoico, ác. Propiónico)
O C__OH
CH3
O C__OH
CH3CH2
O (CH3CH2CH2_CO 2H)
CH3CH2CH2 C__ OH
(Ác. butanoico, Ác. butírico)
O CH3CH2CH2CH2 C__OH
(CH3CH2CH2CH2_CO2H)
CH3
CH3 O __
__
CH3 CH
(Ác. pentanoico, Ác. valérico)
C OH
(CH3 CH_CO2H) _
(Ác. 2-metilpropanoico, Ác. isobutírico)
O
O
O
O
CH2=CH C__OH
CH3_CH=CH C__OH
CH2=CH_CH2 C__OH
CH3CH2_CH=CH C__OH
Ác. propenoico
Ác. 2-butenoico
Ác. 3-butenoico
Ác. 2-pentenoico
Ác. acrílico
CH3 CH3 O
CH3 O _
_
CH3 CH=CH CH
__
_
C OH
CH2=CH CH CH
Ác. 2-metil-3-pentenoico
H
CO2H
__
CH3
__
CH2=C_CH=CH_CO2H
C OH
Ác. 2,3-dimetil-4-pentenoico
CH3
CO2H
HO
Ác.4-metil-2,4-pentadienoico
OH HO2C_CH2_CO2H
CH3
H
H
H
O
O
Ác. (E) 2-butenoico
Ác. (Z) 2-butenoico
Ác. etanodioico
Ác. propanodioico
Ác. crotónico
Ác. isocrotónico
Ác. oxálico
Ác. malónico
HO2C_CH2CH2_CO2H
HO2C_(CH2)3_CO2H
HO2C_(CH2)4_CO2H
HO2C_(CH2)5_CO2H
Ác. butanodioico
Ác. pentanodioico
Ác. hexanodioico
Ác. heptanodioico
Ác. succinico
Ác. glutárico
Ác. adípico
Ác. pimélico
IV
63
H
CO2H
HO2C
CO2H
CO 2H
CO2H
1
3
5
H
HO2C
H
H
ác. (E) 2-Butenodioico
HO ác. Ciclohexanocarboxílico
ác. (Z) 2-Butenodioico
ác. Fumárico
NH2
ác. 3-Amino-5-hidtroxiciclohexanocarboxílico
ác. Maleico
CO2H
CO2H
1
CO2H 1
1 2
3
3
Ác. 2-ciclohexen-1-carboxílico
Ác. 1-ciclohexen-1-carboxílico
CO2H
CO2H
1 2
2
3
Me
3
ác. (3-Metil-1-ciclohexen)1-carboxílico
1
O
2
6
3
Me
ác. (3-Metil-2-ciclohexen)1-carboxílico
CO2H
CO2H
CO2H
1
1
Ác. 3-ciclohexen-1-carboxílico
ác. (2-Oxo-3-ciclohexen)1-carboxílico
O
ác. (3-Oxo-5-ciclohexen)1-carboxílico
3
1
CH=CH_CO2H
CO2H
CO2H
3
5
OH CH3
Ác. benzoico
Ác. o-, m-, p-metilbenzoico
Ác. o-hidroxibenzoico
Ác. o-, m-, p-toluico
Ác. 3-fenilpropenoico
Ác. salicílico
CO2H
Ác.cinámico
CO2H O C
HO
CO2H CO2H
OH OH
Ác. 3,4,5-trihidroxibenzoico
Ác. p-benzoilbenzoico
Ác. 1-naftalenocarboxílico
Ác. 2-naftalenocarboxílico
Ác. gálico
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H CO2H CO2H Ác. ftálico
Ác. isoftálico
Ác. tereftálico
IV
64
ÉSTERES
O
O
H C__O
O
H C__O
CH3
Formiato de metilo
O
CH3 C__O
CH2CH3
CH3
CH3 C__O
Acetato de metilo
Formiato de etilo
O
Acetato de etilo
O
__
CH3CH2 C O
O
__
CH3
CH3 C__O
CH3CH2CH2 C O CH3
Propanoato de metilo
Butanoato de metilo
Propionato de metilo
Butirato de metilo
O
O __
CH3 O C
CH3 O C O CH3
O
O
C__O CH3
O __
C O
CH2CH2CH3
Acetato de propilo
O
CH3 O C
CH2
C__O CH3
Malonato de dimetilo
Oxalato de dimetilo
Carbonato de dimetilo
CH2CH3
O C__O
( CO2Me )
CH3
Metoxicarbonilo
CO2Me
CH2CH3
( CO2Et )
Etoxicarbonilo
CO2Me
CO2Et 1
1 2 3
Ciclohexanocarboxilato de metilo
1-Etoxicarbonilciclohexeno
1-Metoxicarbonil-2-ciclohexeno
Metoxicarbonilciclohexano
3
CO2Et
1
CH=CH_CO2Me
CO2CH2CH2CH3
1 2 3 4
1-Etoxicarbonil-3-ciclohexeno
Benzoato de propilo
3-Fenilpropenoato de metilo Cinamato de metilo
CO2Et
6
CO2Me
5
CH2OH
Cl
C CH
C CH2 CO2Et
CH3 1-Naftalenocarboxilato de etilo
2-Naftalenocarboxilato de metilo
1-Etoxicarbonilnaftaleno
2-Metoxicarbonilnaftaleno
1
3
3-Cloro-5-fenil-6-hidroxi-5-metil3-hexenoato de etilo
IV
65
AMIDAS
Las amidas se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por la palabra amida (fórmico, formamida; acético, acetamida; propiónico, propionamida, etc.) O H
O
C__NH2
H
Formamida
O
C__NH_CH3
O
CH3 C__NH2
N-Metilformamida
CH3 C__NH_CH2CH3
Acetamida
N-Etilacetamida
CONH_Me
CONH2
CONH2
1
1
OMe
2
2 3
3 4
1-Carbamoil-2-ciclohexeno
Ciclohexanocarboxamida
1-(N-Metilcarbamoil)-2-metoxi-3-ciclohexeno
Carbamoilciclohexano
Me CON_Me
CONH_Me
CONH2
O C NH
Benzamida
N,N-Dimetilbenzamida
N-Metilbenzamida
Benzanilida (N-Benzoil) anilina
O
H N
H N
C__Me
Acetilamino
O C
Benzoilamino
NHCOMe 1
2
NHCOC6H5 CONH
1-(N-Acetilamino) naftaleno
(N-Ciclohexil) benzamida
2-(N-Benzoilamino) naftaleno
HALUROS DE ÁCIDO
Los haluros de ácido se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por ilo (fórmico, formilo; acético, acetilo; propiónico, propionilo, etc.) O
O
H C__ Cl
CH3 C__ Br
Cloruro de formilo
Bromuro de acetilo
O __
CH3CH2 C
O I
Yoduro de propanoilo
C6H5 C__ Cl Cloruro de benzoilo
IV
66
O
O
O
H C__
CH3 C__
CH3CH2 C__
Formilo
Acetilo
Propionilo
O Cl
C
O C6H5
Benzoilo
O __
ClCH2 C
Cloroformilo
Cl __
CH3CH
Cloroacetilo
C__
O C__
2-Cloropropionilo
Cl CO2Et
COCH2Cl
COCHCH3
1
ClOC 7
1
2
3
COCl
COCl
m-Cloroformil benzoato de etilo
1-Cloroacetil-7-cloroformilnaftaleno
O O
O Cl
1-(2-Cloropropionil)-3-cloroformilnaftaleno
C Cl
Cl
Dicloruro del ácido carbónico
C C Cl
Dicloruro de oxalilo
Cl
O
O
C CH2
C Cl
Dicloruro de malonilo
Fosgeno (empleado en la Primera Guerra Mundial)
ANHIDRIDOS DE ÁCIDO
O
O
O
CH3 C__O C CH3 (MeCO)2O ; Ac2O Anhidrido acético
O O O Anhidrido Succínico
O
O
__
O
__
CH3CH2 C O C CH2CH3
C O C
(EtCO)2O
(C6H5CO)2O ; Bz2O
Anhidrido propiónico
O O O Anhidrido 1,2-Ciclohexanodicarboxílico
Anhidrido benzoico
O O O Anhidrido Ftálico
IV
67
NITRILOS
Los nitrilos se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por nitrilo (propiónico, propionitrilo; butírico, butironitrilo; benzoico, benzonitrilo, etc.)
CH3 C N
CH3CH2 C N
Etanonitrilo
Propanonitrilo
Acetonitrilo
Propionitrilo
C N Benzonitrilo
CN
CN
CH2 C N Fenilacetonitrilo
CN
CN
1
1
1 2
3
3 4
Ciclohexanocarbonitrilo
2-Ciclohexen-1-carbonitrilo
1-Ciclohexen-1-carbonitrilo
CH3
CN
1 5
HO
3-Ciclohexen-1-carbonitrilo
OH
1
1
3
3
CN
5
HO
3-Ciano-5-hidroxitolueno
3
CH3
(5-amino-3-metoxifenil)
2-Metil-3-[...] propanonitrilo 3
O
2
1
1 4
H2N
CH3
3-Ciano-5-metilfenol
3-Hidroxi-5-metilbenzonitrilo
MeO
5
NC
3
CH3
CH2CH_CN 2
6
5
CO2Me (6-metoxicarbonil-2-oxociclohexil)
2-Metil-3-[4-(5-amino-3-metoxifenil)-6-metoxicarbonil-2-oxociclohexil]propanonitrilo
NITRODERIVADOS 1 _
CH3 NO2 Nitrometano
_
CH3CH2 NO2 Nitroetano
1
CH3 _
_
CH3CH2CH2 NO2
CH3CH2CH NO2
1-Nitropropano
2-Nitrobutano
2
CH3 CH3CHCH2_NO2 2
1
2-Metil-1-nitropropano
IV
68
NO2 CH3
3 2
CH3
1
1
CH 2=C_CH2_NO2
CH3C=CH_NO2
2
1
2
NO2
NO2 1
3
2-Metil-3-nitropropeno
2-Metil-1-nitropropeno
NO2
1-Nitrociclohexeno
Nitrociclohexano
CH3
3-Nitrociclohexeno
NO2 NO2
CHO NO2 O2N
Nitrobenceno
o-, m-, p-Nitrotolueno
COMe
CO2Et
o-, m-, p-Dinitrobenceno
NO2
3,5-Dinitrobenzaldehido
CH3
NO2
O2 N
NO2
NO2 NO2
NO2
NO2
m-Nitroacetofenona
o-Nitrobenzoato de etilo
1,3-Dinitronaftaleno
2,4,6-Trinitrotolueno TNT
MOLÉCULAS HETEROCÍCLICAS
4 5
4
3 5
2
O
4
3 5
2 1
Furano
Tiofeno
6
N1
S
1
5
2
6
7
2
6
1
N
4
H
2
N1
6
O
H
Isoquinoleina
N1
O
H
N
N
2
3
H NH2
Guanina
O 4
6
N
4
61
se encuentra en el ADN y en el ARN
NH2
4
9N
H
se encuentra en el ADN
9N
N
5
8
2
Citosina
8
3 4
O
se encuentra en el ADN y en el ARN
5
6
7
Timina
N
3
N2 5
3
H
7
7
Quinoleina
N
5
2
4
5
1
8
N
NH2 3
5
3
Piridina
O 4
CH3
N
H Pirrol
1
8
4
3
N1
5
2
6
3
3
N
H
2
N1
O
H
Adenina
Uracilo
se encuentra en el ADN y en el ARN
se encuentra en el ARN
IV
69
PRIORIDADES RELATIVAS DE GRUPOS CON HETEROÁTOMOS (NOMENCLATURA R/S)
Prioridades de los átomos: H < C < N < O < F < Cl < Br < I NITRILOS
1
C1(NNN)
N C
ALDEHIDOS Y CETONAS
O 2
H C
3
CH3 C
C1(OOC)
C2(HHH)
4
O CH3CH2 C
C1(OOC)
C2(CHH)
C3(HHH)
5
C6H5 CH2 CO
C1(OOC)
C2(CHH)
C3(CCC)
6
C6H5 CO
C1(OOC)
C2(CCC)
C1(OOH) O
AMIDAS
7
O H2N C
C1(OON)
N2(HH)
8
O CH3 NH C
C1(OON)
N2(CH)
C3(HHH)
C1(OON)
N2(CH)
C3(CHH)
C1(OON)
N2(CH)
C3(CCC)
O CH2 NH C
9
CH3
10
C6H5 NH CO CH3
11
CH3 N CO
C1(OON)
N2(CC)
C3(HHH)
12
Et Et N CO
C1(OON)
N2(CC)
C3(CHH)
C1(OON)
N2(CC)
C3(CCC)
C6H5 13
C6H5 N CO
ÁCIDOS Y ÉSTERES
14
O HO C
C1(OOO)
O2(H)
15
CH3 O CO
C1(OOO)
O2(C)
C3(HHH)
16
CH3 CH2 O CO
C1(OOO)
O2(C)
C3(CHH)
17
CH2 CH O CO
C1(OOO)
O2(C)
C3(CCH)
18
C6H5 O CO
C1(OOO)
O2(C)
C3(CCC)
IV
70
AMINAS
19
H2N
N1(HH)
20
CH3 NH
N1(CH)
C2(HHH)
21
C6H5 NH
N1(CH)
C2(CCC)
22
CH3 CH3 N
N1(CC)
C2(HHH)
23
C6H5 N
N1(CC)
C2(CCC)
C6H5
NITRODERIVADOS
O O N
24
N1(OOO)
ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES
25
HO
O1(H)
26
CH3 O
O1(C)
C2(HHH)
27
CH3CH2 O
O1(C)
C2(CHH)
C3(HHH)
28
C6H5CH2 O
O1(C)
C2(CHH)
C3(CCC)
29
C6H5 O
O1(C)
C2(CCC)
PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES Éteres > Fenoles, Alcoholes > Nitroderivados > Aminas > Ésteres > Ácidos > Amidas > Cetonas > Aldehidos > Nitrilos
EJERCICIOS ADICIONALES
4.1 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad:
O
O
O
CH3 C O
N C O
CH3 C NH
Cl C
CH3CH2 N CH2CH3
CH3 O CH3 C O C CH3
O H C
O O
C
O
H
CH3 C CH2 C
H N
O O
HO NH
+
O N
H
IV
71
4.2 ¿Qué relación de estereoisomería existe entre las siguientes parejas de moléculas? Nombra cada uno de los estereoisómeros e indica si son ópticamente activos.
Cl HO
H Cl
HO
H
OH
HO
H
Et
Y HO Me
H
Me H
HO
Me
H
Me
Me Et
H (6)
(3)
(4)
3 4
H
Cl
Cl
H
H
1
H Me
(9)
Cl (8)
(7)
Y
H
H
Y
2
2
5
H
Cl
H
H
Me
H H
1
Me
(5)
1
Me
H2N
HO
Et
Cl
Et
Y H
H
Et
(2)
(1)
NH2
OH
Y
H
H
Et
2
Me
Cl
Y
Cl
H
H
(10)
Cl
(11)
(12)
Cl
Cl 4
H
Cl
H
H
Y
1
Cl
H (13)
Me
(14)
CO2H
H
Me
Me
Y
H
CO2H
(15)
Me H
C C
Br Et
Y
C C
C
()
C C
(16)
()
Et Br
Me
H
C
Me
(18)
(17) H C
C
C
Y Et
(19)
Et Et Me
C
C
()
Me
()
Et
C H
(20)
4.3 Mediante representaciones tridimensionales o proyecciones de Fischer, dibuja los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 3-cloro-2-butanamina, 3-Hexen-2-ol y 5-Metoxi-2,3-hexadieno. Nombra cada uno de los estereoisómeros e indica en cada caso cuál es la relación de estereoisomería entre ellos.
IV
72
4.4 Indica cuántos estereoisómeros existen de los siguientes compuestos:
1-Bromo-2-clorociclobutano 1,4-Dimetoxiciclohexano 1,1-Dihidroxiciclopropano 3-Penten-2-ona 1-(sec-Butil)-2-Metilciclohexeno 3-Cloro-2-metilbutanal 1-Bromo-3-cloro-1,2-butadieno 2-Amino-2,3,4-heptatrieno 2,6-Diamino-espiro[3.3]heptano 2,4-Hexadieno Nombra cada uno de los estereoisómeros utilizando la nomenclatura (R)-(S) y/o cis-trans (Z-E).
4.5 Indica cuántos estereoisómeros existen de los siguientes compuestos:
2-Clorociclopentanona 4-Amino-2-penteno Acido 4-Hidroxiciclohexanocarboxílico 3-Metilciclobuteno 5-Nitro-2,3-hexadieno 3-Metoxicarbonil espiro[5.5]undecano 1,6-Dibromo-2,4-hexadieno 2,3-Dimetilpentanal 5-Metil-1,3-ciclohexanodiona 1-Metil espiro[4.4]nonato
4.6 Dibuja los estereoisómeros de los compuestos que aparecen a continuación, indicando en cada caso su
configuración absoluta. 2-Cloro-1,3-ciclopentanodiona 1,3-Ciclohexanodiol 1,2-Dimetilciclobuteno 4-Amino-2,3-butadieno 2-Metil-1,3-butadieno 2-Metoxicarbonil-1,3-ciclohexanodiona 2-Metoxi espiro[3.3]heptano 3-Nitro-1-penteno 1,2,3-Pentatrieno Ciclohexilamina
4.7 Dibuja una representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de los estereoisómeros de los
siguientes compuestos: a) 3-Nitrociclobuteno b) 3-Metilclorociclohexano c) ácido 1,3-Ciclopentanodioico d) espiro[2.3]2-Metoxicarbonil-6-formilheptano e) 5-Fenil-2,3-hexadieno f) 3-Metil-4-hexen-2-ona g) Metilciclopropano
IV
73
4.8 Apartado 1: Averigua la configuración absoluta de las siguientes moléculas:
1
Me 1
Cl
2
Et
MeO
OH
H
Et
O
Me
H 2
(1)
OH
CH2Cl
O
3
1
H
(3)
(2)
Apartado 2: Dibuja una representación tridimensional de los siguientes estereoisómeros: 1 (Z)(2R) 2,8-Dicloro espiro [4,5] decano 2 (2R) 2-Cloro-3-butenal 3 (3R) 3-Fenil-3-terc-butil-4-hexen-1-ino Apartado 3: Dibuja la representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros correspondientes al 3-(Metilamino)-2-pentanol. Es imprescindible que numeres correctamente los átomos de carbono estereogénicos y que dicha numeración aparezca en la configuración absoluta de cada molécula y en su representación tridimensional 4.9 Utiliza representaciones tridimensionales para dibujar todos los estereoisómeros de los compuestos que
aparecen a continuación. Es imprescindible que numeres correctamente los átomos de cada estereoisómero y que dicha numeración aparezca en la representación tridimensional, en la proyección de Fischer y en la configuración absoluta. 1. (3-Metil-2-ciclohexenil)amina
4. 2-Cloro-1-etilidenciclohexano
2. 5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido
5. (9-Acetil-3-ciano-2-hidroxi)espiro[5.5]undecano
3. Ácido 2-metil-3-pentenoico
6. 1,2,3-Trimetilciclobuteno
4.10 Asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros siguientes:
H
Me
Me
Cl
Et
H
H
H
H
H
CO2H
H
(1)
H H C
Me Me
CO2Et 2
(2)
1
1
C C
()
H2 N
H
(3)
(4)
H
CN H
1
H
Me
Cl
HO H
2
Me
H
Me
4
H
CH CH2 (5)
(6)
(7)
IV
74
C CH H 2N
Me
NO2
Me
H
Et
CH CH2 (8)
H
CO2H NH2
Cl
H
Me
(9)
Me
H
H Cl (10)
4.11 Ordena los radicales siguientes de menor a mayor prioridad.
MeCOCH2 CO
Acetoacetilo
N C O
Cianato
MeCOCH2
Acetonilo
N C
Ciano
CH2 CH CH2 O
Aliloxi
C6H5
H2N−CH=N−
Aminometilenamino
HO NH
Hidroxiamino
H2N−O−
Aminooxi
Me C
Tioacetilo
Feniltio
S
S C6H5 N=N−O−
Bencenoazoxi
C6H5 S
Bencenosulfinilo
Tiobenzoilo
C6H5 C S
O
Tiocarbamoilo
NH2 C S
O C6 H5
S NH
Bencenosulfonamido
CH2 C CH2 CH3
2-Metil-2-propenilo
Bencenosulfonilo
CH2
1-Metil-2-propenilo
O
O C6H5 S
CH CH CH3
O (C6H5)2CH
Difenilmetilo
CH 3CH 2 CH CH CH 2
2-Pentenilo
Br
Bromoformilo
CH2
1-Etiletenilo
C
C CH2CH3
O H2C=CH CH=CH
1,3-Butadienilo
CH3CH2 CH
CH3CH=CHCH2
2-Butenilo
CH2
CH
C CH2CH2
1-Butenilo 3-Metil-3-butenilo
CH3
NH2 C
Carbamoilo
CH3
CH C CH2
2-Metil-2-butenilo
CH3
O
H2C=CH CH=CH
1,3-Butadienilo
CH3CH2 CH
CH3CH=CHCH2
2-Butenilo
CH2
CH
C CH2CH2
1-Butenilo 3-Metil-3-butenilo
CH3
NH2 C O
Carbamoilo
CH3
CH C CH2
2-Metil-2-butenilo
CH3
IV
75
4.12 Dibuja las representaciones tridimensionales, y asigna las configuraciones absolutas, de los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 1,2-ciclohexanodiol, 1,3-ciclohexanodiol, 1,4-ciclohexanodiol, 2-bromociclohexanol, 3-bromociclohexanol y 4-bromociclohexanol. 4.13 Asigna la configuración absoluta a los siguientes espiranos: NH2
H
CO2H
HO2C
H2N
H
H
H
(1)
(2)
H CO2H H
H
CH2OH
CO2H
H Me (3)
(4)
4.14 Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros: H
C6H5
C6H5
H Me
O
O
H
H
HO2C H Me
H H
Me
Me H
(3)
(2)
(1)
Me
4.15 Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros:
2
1
C
4
CH
Me
Me
H
H
Me
Me
()
H
4'
3'
H
H
3
Me
1' 1
4
H
5
5'
(1)
Me
Me
(2)
(3)
H 5 1
Me
4'
H
6
6
1
H
C
3
C
C
Me
H
4'
Me
2
C
4
C
C
4'
O
OMe
()
1
()
3
H Me
H
Me (6)
(5)
(4)
4.16 Asigna la configuración absoluta a las siguientes sustancias naturales: Me 1
Me
Me
7 8
H
2 3
Me 6
5 4
10
Me β−Vetivona
9
O
3 3'
Me
2
Me Me
Elemol
2
H 1
1
OH
1
OH
3
6
4
H
Me
5
4
H Me Grandisol
Me
H
6
N H
7 8
5
HO
2
3
O
4
H
Cocaina
IV
76
Me
Me Me H1
OH
2 3
9
10
5 4
6
Me
1
Me
H Me
OH Me
β−Acorenol
3
H Me
6
5
7
1
Me
HO
7
8 12
10 11
HO
H
H
H 13
6 14
16
H
Me
15
H
COMe
11
9
8
Me
12
Me
1
H
9
13
10
10
11
O
5
4
H
16
14
2
19
8
H
15
7 6
HO
H 5
6
N 1
1
H 11
9
N
Me
H
9
2
13 12
H
3
15
16
Esparteina
17
11 17
H
Me
12
8
H
10
Progesterona
Morfina
7 3
12
H
6
OH
Me 20
Prostaglandina PGF2α
2
N
16
13 7
6
HO H
4
H
14
H
1
16
14
Estrona
15
5
13
7
HO
Illudin-s
18
17
Me O
8
H
Me
H OH
Me
CO2H
3
5 15
Me
5
4
H
9
6 3
2
4
1
Cedreno
7
2
9
H
11
1
O 9
9
Me
2
Me H 10
H H
8
Me
7
O Me
Alcohol de Patchouli
HO
4 3
12
10
8
HH
Me
Agarospirol
Me Me
Me
8
6
5
H 7
9
OH
2
4
10
5 2
H
7
H
4
3
8
6
H HO
13
8
16
14
H
H
15
7 4
6
Colesterol
14
IV
5. ENLACE QUÍMICO EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS
EL MODELO DE ENLACE LOCALIZADO
Los electrones pertenecientes a un átomo aislado están atraídos por un solo núcleo, es decir, están localizados (confinados) en el espacio que rodea al núcleo. La formación de un enlace covalente entre dos únicos átomos implica la deslocalización de los electrones en el espacio comprendido entre los dos núcleos. Los electrones de cualquier molécula poliatómica están deslocalizados, esto es, están sometidos todos ellos a la atracción simultánea de cada uno de los núcleos y su movimiento tiene lugar en todo el espacio molecular. Llegado el momento de elaborar un modelo sencillo, G. N. Lewis planteó la hipótesis de que el enlace químico podía describirse considerando únicamente los electrones de valencia. El resto de los electrones de cada átomo formarían, junto con su núcleo, un nuevo “núcleo” (core, corazón) con carga positiva. Así, en el átomo de carbono, cuya estructura electrónica es 1s22s2p2, el core estará constituido por el núcleo del átomo (6 protones) más los dos electrones del orbital atómico 1s. Su carga positiva será (6 - 2) = +4. Los cuatro electrones de valencia (2s2p2) estarán atraídos por un core con cuatro cargas positivas. En este modelo, se admite que un enlace sencillo entre dos átomos de carbono, se origina como consecuencia de la atracción simultánea de dos electrones (uno de cada átomo) por los dos cores (también de cada uno de los átomos) El resto de los enlaces (tres, para cada átomo de carbono) se describen de la misma forma. Esta descripción equivale a suponer que los enlaces son individualizados, es decir, formados por pares de electrones singulares que intervienen solo en ese enlace y no en los restantes enlaces que constituyen la molécula. Este tipo de enlace es esencialmente localizado, en el sentido de que muchas de las propiedades colectivas de la molécula (entalpía de atomización, momento dipolar, susceptibilidad diamagnética, etc.) pueden expresarse, con una aproximación aceptable, como la suma de las contribuciones de enlace a dichas propiedades. Por ejemplo, si se conocen las energías de enlace C-C y C-H, es posible calcular la energía de atomización de cualquier hidrocarburo saturado, sumando todas las energías de los enlaces presentes en la molécula. Naturalmente, las energías de dichos enlaces no son iguales en todas las parafinas; por este motivo, es necesario utilizar las energías medias de enlace, determinadas para una gran variedad de moléculas. En resumen: 1. Todos los electrones de enlace están sometidos a la atracción simultánea del conjunto de cores que constituyen la molécula, es decir, están deslocalizados. 2. Existen moléculas cuyas propiedades colectivas pueden describirse razonablemente bien, suponiendo que los pares de átomos están unidos entre sí por una o más parejas de electrones, que están sometidos solo a la atracción de dos cores. En este modelo, los electrones están localizados (entre cada pareja de cores) y los enlaces se definen como enlaces localizados de dos centros. 3. Muchas moléculas con dobles enlaces conjugados pueden describirse aceptablemente bien mediante el modelo de enlaces sencillos y dobles localizados.
V
78
ENTALPÍA DE ATOMIZACIÓN DE PARAFINAS
El modelo de enlace localizado implica que la entalpía de atomización de una molécula puede calcularse, con una aproximación aceptable, sumando las energías medias de todos sus enlaces.
PARAFINAS ACICLICAS
ΔH0a
CnH2n+2 (g,l,s)
nC(g) + (2n+2)H(g)
ΔH0f (CnH2n+2 )
n ΔH0a (C) + (2n + 2) ΔH0a (H)
n C(grafito) + (n + 1) H2(g)
C(grafito)
C(g)
ΔH0a (C) = 171.29 kcal / átomo gramo
1/2 H2(g)
H(g)
ΔH0a (H) = 52.10 kcal / átomo gramo
ΔH0a (CnH2n+2 ) = n ΔH0a (C) + (2n + 2) ΔH0a (H) − ΔH0f (CnH2n+2 )
ΔH0a (CnH2n+2 ) = [−ΔH0f (Cn H2n+2 ) + 275.49 n + 104.2] kcal / mol
Los valores medios, de las energías de enlace C-C y C-H son, respectivamente, 89 y 97 kcal/mol. Vamos a comprobar el grado de concordancia que se obtiene utilizando el modelo de enlace localizado. Lo haremos para las moléculas de propano, butano y pentano. CH3
CH2 CH3
CH3
CH2 CH2 CH3
CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
ΔH 0f (propano ) = −24.82kcal / mol
ΔH0a (propano ) = −(−24.82) + 275.49 x 3 + 104.2 = + 955.49 kcal/mol
ΔH0f (bu tan o ) = −29.812 kcal / mol
ΔH0a (bu tan o) = −(−29.812) + 275.49 x 4 + 104.2 = + 1235.97 kcal/mol
ΔH0f (pen tan o ) = −35 .00 kcal / mol
ΔH0a (pen tan o ) = −(−35.00) + 275.49 x 5 + 104.2 = + 1516.65 kcal/mol
La suma de todas las energías medias de enlace para cada una de las parafinas es la siguiente:
∑D ∑D ∑D
0
0
0
(propano) = 2 x 89 + 8 x 97 = 954 kcal/mol
(butano) = 3 x 89 + 10 x 97 = 1237 kcal/mol
(pentano) = 4 x 89 + 12 x 97 = 1520 kcal/mol
V
79
∑D
ΔH0a (C nH2n+2 )
0
Δ
955.49
954
+ 1.49
1235.97
1237
- 1.03
1516.65
1520
- 3.35
PARAFINAS CICLICAS
ΔH 0a
CnH2n (g, l, s)
nC(g) + 2n H(g)
ΔH0f (C nH 2n )
nΔH0a (C) + 2nΔH0a (H) nC(grafito ) + nH 2 (g)
ΔH0a (CnH2n ) = n ΔH0a (C) + 2nΔH0a (H) − ΔH0f (CnH2n )
ΔH0a (CnH2n ) = −ΔH0f (CnH2n ) + 275.49 n
Veamos que resultados se obtienen para las moléculas de ciclopentano y ciclohexano:
ΔH 0f (ciclopentano) = - 18.46 kcal/mol
ΔH0f (ciclohexano) = - 29.43 kcal/mol
ΔH 0a (ciclopen tan o ) = −(−18.46) + 275.49 x 5 = + 1395.91 kcal/mol
ΔH0a (ciclohexano) = −(−29.43) + 275.49 x 6 = + 1682.37 kcal/mol
Ahora emplearemos las energías de enlace C-H reales (94.5 kcal/mol para el ciclopentano y 95.5 kcal/mol para el ciclohexano) y las energías medias de enlace C-C:
∑D
0
∑D
0
(ciclopentano) = 5 x 89 + 10 x 94.5 = 1390 kcal/mol
(ciclohexano) = 6 x 89 + 12 x 95.5 = 1680 kcal/mol
ΔH0a (CnH2n )
∑D
0
Δ
1395.91
1390
+ 5.91
1682.37
1680
+ 2.37
V
80
MONOOLEFINAS ACÍCLICAS (CnH2n)
Las monoolefinas acíclicas tienen la misma fórmula molecular que las cicloparafinas. La expresión que permite calcular la entalpía de atomización es la misma en los dos casos:
ΔH0a (CnH2n ) = −ΔH0f (CnH2n ) + 275.49 n
Realizamos el cálculo para las moléculas de propeno, (Z)-2-penteno y (E)-2-hexeno.
CH3
CH CH2
CH3
CH CH CH2
ΔH 0f (propeno) = + 4.879 kcal/mol
CH3
CH3
CH CH CH2
CH2 CH3
ΔH0a (propeno ) = 275.49 x 3 − 4.879 = 821.591 kcal/mol
ΔH 0f [(Z)-2-penteno] = -6.710 kcal/mol
ΔH0a [( Z ) − 2 − penteno ] = 275.49 x 5 + 6.711 = 1384.16 kcal/mol
ΔH 0f [(E)-2-hexeno] = -12.56 kcal/mol
ΔH0a [(E) − 2 − hexeno] = 275.49 x 6 + 12.56 = 1665.55 kcal/mol
La energía media del enlace C=C es 148 kcal/mol:
∑D
0
(propeno) = 148 + 89 + 6 x 97 = 819 kcal/mol
∑D
0
[(Z)-2-penteno] = 148 + 3 x 89 + 10 x 97 = 1385 kcal/mol
∑D
0
[(E)-2-hexeno] = 148 + 4 x 49 + 12 x 97 = 1668 kcal/mol
ΔH0a (CnH2n )
∑D
821.59
819
+ 2.59
1384.16
1385
- 0.84
1665.55
1668
- 2.45
(
En la tabla siguiente aparecen los valores de Δ = ΔH0a −
0
Δ
∑ D ) para una serie de olefinas acíclicas: 0
V
81
∑D (kcal / mol)
ΔH0a (kcal / mol)
Monoolefina 2-metilpropeno 1-penteno (Z)-2-penteno (E)-2-penteno 2-metil-1-buteno 3-metil-1-buteno 2-metil-2-buteno 1-hexeno (Z)-2-hexeno (E)-2-hexeno (Z)-3-hexeno (E)-3-hexeno 2-metil-1-penteno 3-metil-1-penteno 4-metil-1-penteno 2-metil-2-penteno (Z)-3-metil-2-penteno (E)-2-metil-2-penteno (Z)-4-metil-2-penteno (E)-4-metil-2-penteno 2-etil-1-buteno 2,3-dimetil-1-buteno 3,3-dimetil-1-buteno
0
1105.303 1382.45 1384.16 1385.04 1386.13 1384.37 1387.62 1662.90 1664.50 1665.50 1664.50 1665.50 1666.50 1663.96 1664.60 1667.90 1667.26 1667.90 1666.20 1667.20 1665.86 1667.72 1667.19
1102 1385
Δ +3.30 -2.55 -0.84 +0.04 +1.13 -0.63 +2.62 -5.10 -3.50 -2.50 -3.50 -2.50 -1.50 -4.04 -3.40 -0.10 -0.74 -0.10 -1.80 -0.80 -2.14 -0.28 -0.81
“ “ “ “ ”
1668 “ “ ” “ “ ” ” “ ” ” “ “ “ “ “
Δ(medio) = -1.32 kcal/mol
DIOLEFINAS ACÍCLICAS
ΔH0a
CnH2n-2 (g,l,s)
nC(g) + (2n-2)H(g)
ΔH0f (CnH2n−2 )
nΔH0a (C) + (2n − 2) ΔH0a (H)
n C(grafito) + 1/2(2n -2) H2(g)
ΔH0a (CnH2n − 2 ) = [−ΔH0f (CnH2n − 2 ) + 275.49 n − 104.2] kcal / mol
CH2
CH CH
CH 2
CH CH 2
CH3
CH
C
CH
CH 3
ΔH 0f (1,3 − pentadieno ) = + 18.70 kcal/mol
ΔH 0f (1,4 − pentadieno ) = + 25.20 kcal/mol
CH CH 2 CH
CH3
ΔH0f ( 2,3 − pentadieno ) = + 33.10 kcal/mol
Al tratarse de tres isómeros, la suma de las energías de enlace es la misma en los tres casos:
∑D
0 (pentadienos)
= 148 x 2 + 89 x 2 + 97 x 8 = 1250 kcal/mol
V
82
ΔH0a (1,4-pentadieno) = −25.20 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1248.05 kcal/mol ΔH0a (1,3-pentadieno) = −18.70 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1254.55 kcal/mol ΔH0a (2,3-pentadieno) = −33.10 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1240.15 kcal/mol
ΔH0a (C nH2n−2 )
∑D
0
Δ
1248.05
1250
- 1.95
1254.55
1250
+ 4.55
1240.15
1250
- 9.85
POLIOLEFINAS ACÍCLICAS
Hidrocarburo
ΔH0a (kcal / mol)
∑D (kcal / mol) 0
Δ
1248.05
1250
-1.95
1528.64
1533
-4.36
971.01
967
+4.01
1254.55
1250
+4.55
1254.45
1250
+4.45
1255.15
1250
+5.15
1537.94
1533
+4.94
CH2 C CH2
676.35
684
-7.65
CH2
958.21
967
-8.79
1240.15
1250
-9.85
1242.25
1250
-7.75
1238.45
1250
-11.55
CH2
CH CH2
CH CH2
CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
CH2
CH CH
H2C HC
CH2
CH3
H
H
H2C HC
H CH3
H
CH3 CH2
C CH CH2
CH3 CH3 CH2
C
C
CH2
C CH CH3
CH3 CH
C CH CH3
CH3 CH2 C C CH2
CH3
C CH CH2
CH3
V
83
POLIOLEFINAS CÍCLICAS
(CnHn)
ΔH0a = ( − ΔH0f (C nHn ) + 223.39 n) kcal / mol
(CnHn+1)
ΔH0a = ( −ΔH0f (CnHn+1 ) + 223.39 n − 52.102) kcal / mol
(CnHn+2)
ΔH0a = ( − ΔH0f (C nHn ) + 223.39 n − 104.20) kcal / mol
Siguen algunos ejemplos. Poliolefina
ΔH0f (kcal / mol)
ΔH0a (kcal / mol)
∑D (kcal / mol) 0
Δ
32.1
1136.95
1145
-8.05
47.5
1292.84
1293
-0.16
25.4
1419.14
1428
-8.86
43.2
1572.63
1576
-3.37
V
84
ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS ORBITALES ATÓMICOS HÍBRIDOS LOCALIZADOS DEL CARBONO
HIBRIDACIÓN sp: Los híbridos sp se obtienen por combinación lineal de un OA 2s y un OA 2p de carbono
_
+
.
.
dos OAs sp(C)
OA pz
OA pz
. .
+
sp(C)
2px(C)
OA sp
_
sp(C)
+ 2s(C)
+
. .
.
.
OA py
OA sp
OA py átomo de carbono con hibridación sp
átomo de carbono con hibridación sp
HIBRIDACIÓN sp2: Los híbridos sp2 se obtienen por combinación lineal de un OA 2s y dos OAs 2p de carbono
.
+ _ _
+
+
2s(C)
+
2px(C)
.
tres OAs sp2(C)
OA pz
OA pz OA sp2
. .
.
+
tres OAs sp2(C)
2py(C)
OA sp2
_
. .
.
sp2(C) +
OA sp2
_ átomo de carbono con hibridación sp2
átomo de carbono con hibridación sp2
_ + sp2(C) +
_ +
sp2(C)
V
85
HIBRIDACIÓN sp3: Los híbridos sp3 se obtienen por combinación lineal de un OA 2s y tres OAs 2p de carbono
. +
+
+
.
.
.
2px(C)
2s(C)
cuatro OAs sp3(C)
2py(C)
2pz(C)
sp3(C) + .
OA sp3
OA sp
3
OA sp3
.
.
_ _
3
sp (C) +
.
OA sp3 átomo de carbono con hibridación sp3
átomo de carbono con hibridación sp3
3 + sp (C)
_
+ _
+ sp3(C)
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS
Los OMs localizados se obtienen por combinación lineal de OAs localizados (OAs híbridos) entre sí o por combinación lineal de OAs localizados con otros OAs (p.e. un OA 1s del átomo de hidrógeno)
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETILENO H
C
C
C: 1s2 2s2 p2
H
1s2 2s1 px1py1pz1
electrones de valencia
1 Formación de dos OAs híbridos sp de carbono:
+ _
+ 2px(C)
2s(C)
_ +
dos OAs sp(C)
2 Formación de un OM localizado σ[C(sp)-C(sp)] por combinación lineal de dos OAs híbridos sp de C: C(sp) .
.
dos OAs sp(C)
+
.
.
.
C(sp) . .
.
dos OAs sp(C) σ [C(sp)-C(sp)]
V
86
La combinación lineal de dos OAs p, empleando el eje de simetria de ambos (interacción frontal), da lugar a orbitales moleculares σ (enlace σ)
3 Formación de dos OMs localizados π por combinación lineal de dos OAs (py ,pz) de C: 2pz
2pz
π
.
2py
.
.
. . .
. .
2py π
La combinación lineal de dos OAs p, de forma paralela (interacción lateral), da lugar a orbitales moleculares π (enlace π)
4 Formación de dos OMs σ por combinación lineal de un OA híbrido localizado sp del C y un OA 1s del H: C(sp) .
+
σ [C(sp)-C(sp)]
C(sp)
.
. .
.
.
.
+
1s(H)
1s(H)
.
. .
.
σ [H(1s)-C(sp)]
.
σ [H(1s)-C(sp)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETILENO
π [C(2py)-C(2py)]
H
C
σ [C(sp)-H(1s)] C
H
σ [C(sp)-C(sp)] π [C(2pz)-C(2pz)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETILENO H
H C H
C: 1s2 2s2 p2
C
1s2 2s1 px1py1pz1
electrones de valencia
H
Formación de tres OAs híbridos sp2 de carbono: .
+ + 2s(C)
_ _
+ +
2px(C) 2py(C)
_
+
tres OAs sp2(C)
.
.
tres OAs sp2(C)
V
87
2 Formación de un OM localizado σ[C(sp2)-C(sp2)] por combinación lineal de dos OAs híbridos sp2 de C: .
. .
+
.
.
.
. .
.
.
. C(sp2)
.
C(sp2)
σ [C(sp2)-C(sp2)]
3 Formación de un OM localizado π[C(pz)-C(pz)] por combinación lineal de OAs pz del C: 2pz
2pz
.
.
. .
.
. . .
. .
. .
. .
π [C(2pz)-C(2pz)]
Formación de cuatro OMs localizados σ[C(sp2)-H(1s)] por combinación lineal de híbridos C(sp2) e H(1s):
. . .
.
.
. . .
..
. . . .
.
+
. . . .
..
H(1s)
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETILENO
π [C(2pz)-C(2pz)] H
H C
C
H
σ [H(1s)-C(sp2)] H
2
2
σ [C(sp )-C(sp )]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETANO
HH
H C H
H
C: 1s2 2s2 p2
C
1s2 2s1 px1py1pz1
electrones de valencia
H
1 Formación de cuatro OAs híbridos sp3 de C: .
2s(C)
+
+
+
.
2px(C) 2pz(C)
2py(C)
.
.
cuatro OAs sp3(C)
V
88
2 Formación de un OM localizado σ[C(sp3)-C(sp3)] por combinación lineal de dos OAs híbridos sp3 de C:
. .
.
.
.
.
. .
.
+
.
. C(sp3)
.
.
.
.
.
σ [C(sp3)-C(sp3)]
C(sp3)
3 Formación de seis OMs localizados σ[C(sp3)-H(1s)] por combinación lineal de híbridos C(sp3) e H(1s): . . . .
.
. .
+
.
.
.
.
.
. .
.
. .
H(1s)
.
.
.
.
σ [C(sp3)-C(sp3)] ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETANO
σ [C(sp3)-C(sp3)] H
H C
H
H
σ [H(1s)-C(sp3)]
C H
H
TIPOS DE HIBRIDACIÓN Y GEOMETRÍA MOLECULAR
C(2s1px1py1pz1)
geometría
grupo funcional
tipo de enlace
sp
σ [C(sp)-C(sp)]
C
C
C
C
(alquinos)
sp2
σ [C(sp2)-C(sp2)]
C
C
C
C
(alquenos)
sp3
σ [C(sp3)-C(sp3)]
C
C
C
C
(alcanos)
sp3
σ [C(sp3)-O(sp3)]
C
O
C
O:
(alcoholes, éteres)
sp2
σ [C(sp2)-O(sp2)]
C
O
sp3
σ [C(sp3)-N(sp3)]
C
N
sp
σ [C(sp)-N(sp)]
C
N
:
híbrido
O(2s1px1py2pz1)
:
átomo
O:
(aldehidos, cetonas)
C
N:
(aminas)
:
:
:
: :
:
N(2s2px1py1pz1)
C
C
N : (nitrilos)
V
89
ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE GRUPOS FUNCIONALES
ALCOHOLES Y ÉTERES
. .
C: 1s2 2s1 px1py1pz1
.
+
+
+
.
2pz(C)
.
.
+
.
. +
+
2px(O)
2s(O)
cuatro OAs sp3(C)
2py(C)
. ..
.
2px(C)
2s(C)
O: 1s2 2s2 px1py2pz1
.
.
..
. 2pz(O)
..
.
cuatro OAs sp3(O)
2py(O)
Orbitales moleculares localizados del metanol H Metanol:
C H
H
.
.
.
.
.
.
OH
. .
.
+
.. . .
.
.
σ [C(sp3)-O(sp3)]
O(sp3)
C(sp3)
.. . .
.
. .
. . . .
.
. . . .
.
+ .. . .
.
.
H(1s)
.
.
.. . .
.
σ [C(sp3)-O(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL METANOL
σ [C(sp3)-O(sp3)] H
H H
C
σ [H(1s)-O(sp3)]
O
H σ [H(1s)-C(sp3)]
V
90
Orbitales moleculares localizados del dimetil éter CH3
: :
Dimetil éter:
O
:O:
H
CH3
H H
H H
H
. . . . .
2 .
.
.
. . .
.
+
.
.. . .
. C(sp3)
.
σ [C(sp3)-O(sp3)] .. . .
.
σ [C(sp3)-O(sp3)]
O(sp3)
.. . .
.. . .
O(sp3) . .
.
.
.
.
. .
.
.
.
.
+
.
.
C(sp3)
.
.
.
.
. .
.
.
C(sp3)
.
. .
.
.
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL DIMETIL ÉTER
σ [H(1s)-C(sp3)]
σ [C(sp3)-O(sp3)] : O:
H
H
H
H H
H
ALDEHIDOS Y CETONAS
. .
C: 1s2 2s1 px1py1pz1
.
+
2s(C)
+
.
. +
.
.
.
2px(C) 2pz(C)
2py(C)
cuatro OAs sp3(C)
OA pz .
. C 1s2 2s1 px1py1pz1
. 2s(C)
.
+
. .
.
+
+
.
.
2px(C) 2py(C)
2pZ(C)
tres OAs sp2(C) + un OA pz(C)
V
91
.
. O: 1s2 2s2 px1py2pz1
..
.
+
. ..
..
+
+ .
2px(O)
2s(O)
.
2py(O)
tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
2pz(O)
Con el fin de no complicar los dibujos, primero aparece un diagrama con el esqueleto de enlaces σ, y después otro con los enlaces π. Orbitales moleculares localizados del acetaldehido O
..
. .
σ [C(sp2)-O(sp2)]
O σ [H(1s)-C(sp2)]
.
.
O
:
..
C
CH3
:
H
Acetaldehido: CH3 C H
.
.
.
C
H C
.
H
H
H
σ [C(sp3)-C(sp2)] . . . .
[H(1s)-C(sp3)] σ
.
.
. .
.
. . .
.
. .. ..
. .
H CH3
C
O
.
.
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETALDEHIDO
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(pz)-O(pz)]π O
H
σ[H(1s)-C(sp2)]
C
H
H
[H(1s)-C(sp3)]σ H
σ [C(sp3)-C(sp2)]
V
92
Orbitales moleculares localizados de la dimetilcetona O O Dimetilcetona:
..
H
H
O σ [C(sp2)-C(sp3)]
.
.
.
.
.
.
.
. . . .
.
.
. .
CH3
H H
CH3
H H
σ [H(1s)-C(sp3)]
.. ..
. .
H
C
H
.
.
H
. .
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp3)] σ
H
H
..
σ [C(sp2)-O(sp2)]
.
C
H
CH3 C CH3
CH3
C
O
CH3
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA DIMETILCETONA
[C(pz)-O(pz)]π
H
σ [C(sp2)-O(sp2)] O
H
H H
C
σ [H(1s)-C(sp3)] H
H 2
σ [C(sp )-C(sp3)]
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
. C: 1s2 2s1 px1py1pz1
. 2s(C)
.
+
+
.
. +
.
.
.
2px(C) 2pz(C)
2py(C)
cuatro OAs sp3(C)
V
93
OA pz .
. C 1s2 2s1 px1py1pz1
.
.
+
2s(C)
+
.
2px(C)
.
+
+
+
..
.
2pz(O)
..
.
+
.
. ..
. .
.
2px(O)
2s(O)
.
.
+
+
..
cuatro OAs sp3(O)
2py(O)
. O: 1s2 2s2 px1py2pz1
.
.
2px(O)
2s(O)
tres OAs sp2(C) + un OA pz(C)
2pZ(C)
. ..
. .
.
+
2py(C)
O: 1s2 2s2 px1py2pz1
.
2py(O)
tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
2pz(O)
Con el fin de no complicar los dibujos, primero aparece un diagrama con el esqueleto de enlaces σ, y después otro con los enlaces π. Orbitales moleculares localizados del ácido acético O O Ácido acético:
H
CH3 C OH
H
C O
H
H
..
. .
σ [C(sp2)-O(sp2)] 3
..
O
2
3
[C(sp )-C(sp )] σ
.
σ [O(sp )-C(sp )] .
.
.
. .
. . . .
C
H
.
[H(1s)-C(sp3)] σ
2
.
H O
H H
.. ..
V
94
.
. CH3
.. ..
. .
HO
CH3
C
O
HO
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ÁCIDO ACÉTICO
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(pz)-O(pz)]π O
H
C
H [H(1s)-C(sp2)]σ
σ [H(1s)-O(sp3)] O
H σ [O(sp3)-C(sp2)]
H
σ [C(sp3)-C(sp2)]
ÉSTERES
Orbitales moleculares localizados del acetato de metilo O O Acetato de metilo:
H
CH3 C OCH3
H
H
C
H
H
..
..
. .
σ [C(sp2)-O(sp2)]
σ [O(sp3)-C(sp2)]
.
.
.
.
. .
.
[H(1s)-C(sp3)] σ
C
H .
.. . .
. . . .
CH3 O
H H
.
σ [O(sp3)-C(sp3)]
.
. CH3
O
. . . .
[C(sp3)-C(sp2)] σ .
H
O
.. ..
. .
CH3O
CH3
C
O
CH3O
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETATO DE METILO
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(pz)-O(pz)]π O H
H
σ [C(sp3)-O(sp3)]
C O
[H(1s)-C(sp2)]σ H
CH3 σ [O(sp3)-C(sp2)]
σ [C(sp3)-C(sp2)]
V
95
ANHIDRIDOS DE ÁCIDOS
Orbitales moleculares localizados del anhidrido acético H
H O
O Anhidrido acético:
..
CH3 C O
..
.
C
C
O
O
O
. . H
[C(sp3)-C(sp2)] σ
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
[H(1s)-C(sp3)] σ
H H
.
. .
σ [C(sp2)-O(sp2)]
O
H H
C CH3
.. ..
. . . .
2
σ [C(sp )-O(sp )]
H
H H
.
CH3
.. ..
. .
CH3
.
.
O
H H
.
C O
. . . .
3
.
C
O
.. ..
. . CH3
C
O
O C
O
CH3
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ANHIDRIDO ACÉTICO
σ[O(sp2)-C(sp2)]
[O(2pz)-C(2pz)]π
H
H
O
O
C
C
σ [C(sp3)-C(sp2)] H
O
H σ [H(1s)-C(sp3)]
H
H 2
σ [C(sp )-O(sp3)]
HALUROS DE ÁCIDOS
Orbitales moleculares localizados de un haluro de acetilo O O Haluro de acetilo:
CH3 C X
H
H
C X H
V
96
..
..
. . [C(sp3)-C(sp2)] σ .
.
H
..
.
.
.
. .
H
. . ..
. .
[H(1s)-C(sp3)] σ
X
C
.
.
..
C
H
σ [X(sp3)-C(sp2)] .
.
O
σ [C(sp2)-O(sp2)]
.. ..
. . .
H
C
X
O
. . ..
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE UN HALURO DE ÁCIDO
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(pz)-O(pz)]π
H
O
H
C X
[H(1s)-C(sp2)]σ
σ [X(sp3)-C(sp2)]
σ [C(sp3)-C(sp2)]
H
AMINAS
Orbitales moleculares localizados de la dimetilamina H H CH3 N CH3
N
H
H
:
Dimetilamina:
:
H
H
H
H
. . .. .
. .
2 .
. C(sp3)
+
.
. . .
. .
..
N(sp3)
.
.
. σ [C(sp3)-N(sp3)]
.
..
σ [C(sp3)-N(sp3)]
V
97
. . ..
. ..
N(sp3) .
.
.
.
.
. .
.
.
.
.
+
.
C(sp3)
.
.
. .
.
.
. .
.
. .
. .
C(sp3)
. .
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA DIMETILAMINA
H
H
σ [C(sp3)-N(sp3)]
H
: N H
H
σ [H(1s)-N(sp3)]
[H(1s)-C(sp3)] σ H
H
AMIDAS
Orbitales moleculares localizados de la N-metilacetamida O O H
CH3 C NH CH3
H
C
N
..
. .
[C(sp2)-O(sp2)] σ
σ [N(sp3)-C(sp2)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ .
3
.
.
.
.
. .
.
[H(1s)-C(sp )] σ
.. . .
. . .
.
CH3 NH
O . . . .
C
H
.
H H C
C
N
H H
H
H
.
σ [N(sp3)-C(sp3)]
.
. CH3
H
H
H
..
:
N-Metilacetamida:
H H
. .
.. ..
CH3 CH3
H N
C
O
V
98
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA N-METILACETAMIDA
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(pz)-O(pz)]π O H
H
H
C N H
3
[H(1s)-C(sp )]σ H H
σ [H(1s)-C(sp3)]
H
σ [N(sp3)-C(sp3)]
σ [C(sp2)-N(sp3)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ
NITRILOS
Orbitales moleculares localizados del etanonitrilo H Etanonitrilo: CH3 C N :
C
C
N
H H
σ [C(sp3)-c(sp)] .
. . .
.
+
.
.
+
..
.
sp(C)
. . .
sp(N)
. .
.
3
sp (C)
σ [C(sp)-N(sp)] .
. . . .
. .
..
. .
. . .
.
+
.
.
2pz
.
. .
..
.
.
2pz
π
2py
H
H H
2py π
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETONITRILO
σ [C(sp3)-C(sp3)] π [C(py)-N(py)]
H
3
[H(1s)-C(sp )] σ
C
C
N:
H H
π [C(pz)-N(pz)] σ [C(sp)-N(sp)]
V
99
NITRODERIVADOS
. .
C: 1s2 2s1 px1py1pz1
.
+
2s(C)
.
.
+
+
.
.
.
2px(C) 2pz(C)
2py(C)
cuatro OAs sp3(C)
OA pz .
. N 1s2 2s2 px1py1pz1
..
.
+
2s(N)
+
. . ..
.
+
2px(N) 2py(N)
2pz(N)
tres OAs sp2(N) + un OA pz(N)
[ OA sp3 vacio ]
. 2
O: 1s
2s
2
px1py2pz1
. .
.
+
. +
+
2px(O)
2s(O)
2pz(O)
.. 2s(O)
.
+
+
2px(O)
cuatro OAs sp3(O)
2py(O)
.
.
.
..
+
. ..
.
2py(O)
2pz(O)
tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
H Nitrometano: CH3 NO2
H H
:
Orbitales moleculares localizados del nitrometano : + O N _ O: : :
O: 1s2 2s2 px1py2pz1
. .. .
..
.
V
100
..
..
. .
[N(sp2)-O(sp2)] σ
O
σ [N(sp2)-O(sp3)] (enlace dativo)
[C(sp3)-N(sp2)] σ .
. .
H H
.. .. ..
. .
[H(1s)-C(sp3)] σ
.
O
C
..
.
N
H
.
.
. O
O
.. ..
. .
CH3
N
H3C
O
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL NITROMETANO
[N(sp2)-C(sp3)] σ
π [N(pz)-O(pz)] :
H [H(1s)-C(sp3)]σ
O:
+ N
C
σ [N(sp2)-O(sp2)]
H
_ O : : :
H
σ [N(sp2)-O(sp3)] (enlace dativo)
CUMULENOS
Orbitales moleculares localizados del 1,2-propadieno H CH2
σ [C(sp2)-C(sp)] . . .
. .
. .
. .
[H(1s)-C(sp )]σ
2
[C(sp )-C(sp)] σ
C
H
C
C H
.
H σ [H(1s)-C(sp2)]
. 2
H
()
C
()
1,2-Propadieno: H2C
.
H H
C
C
C H
V
101
π [pz(C)-pz(C)] H .
.
.
H
.
H H H
H
C C
C H
H [py(C)-py(C)] π
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,2-PROPADIENO
π [py(C)-py(C)] [pz(C)-pz(C)] π
H σ[H(1s)-C(sp2)]
C
C
()
H
C
H H
[C(sp2)-C(sp)] σ
σ[C(sp2)-C(sp)]
Orbitales moleculares localizados del 1,2,3-butatrieno H
C CH2
H
H C C
C C
()
H2C C
()
1,2,3-Butatrieno:
H
σ [C(sp2)-C(sp)] . .
. .
. .
[H(1s)-C(sp2)]σ
. .
H
.
H
C C C
C
H H
π [pz(C)-pz(C)]
π [pz(C)-pz(C)] .
H
σ [C(sp)-C(sp2)]
[C(sp)-C(sp)] σ
.
. . . .
. .
.
.
.
H
H H
H
H
C C
C C
H H
[py(C)-py(C)] π
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,2,3-BUTATRIENO
π[py(C)-py(C)] π [pz(C)-pz(C)]
[pz(C)-pz(C)] π
H [C(sp2)-C(sp)] σ
C
C
()
H
C
C
H H
σ [C(sp)-C(sp2)] σ [C(sp)-C(sp)]
V
102
POLIOLEFINAS CONJUGADAS
Orbitales moleculares localizados del1,3-butadieno 1,3-Butadieno:
H
CH2 CH CH CH2
C
C
H
H C
H
C
H
H
σ [C(sp2)-C(sp2)] .
.
. [H(1s)-C(sp2)]σ
.
H
H
σ [C(sp2)-C(sp2)]
. . .
.
.
H
. .
H
.
H
H
. .
[C(sp2)-C(sp2)] σ
.
. .
.
π [C(pz)-C(pz)] .
.
H
H H
.
.
H H
H
π [C(pz)-C(pz)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,3-BUTADIENO
π [C(pz)-C(pz)]
[H(1s)-C(sp2)]σ
σ [C(sp2)-C(sp2)] H C
H
C
H [C(sp2)-C(sp2)] σ
H
C
C
H
H
π [C(pz)-C(pz)]
[C(sp2)-C(sp2)] σ
Orbitales moleculares localizados del 1,3-ciclohexadieno H
H 1,3-Ciclohexadieno:
H
H
H
H
H
H
V
103
. 2
2
.
.
σ [C(sp2)-C(sp3)]
.
[C(sp )-C(sp )] σ
.
.
. .
. .
. .
H H
. .
[H(1s)-C(sp2)]σ
. .
σ [C(sp3)-C(sp3)]
H H
.
.
. .
. .
.
.
.
H H H H
. .
σ [H(1s)-C(sp3)]
.
π [C(pz)-C(pz)]
[C(pz)-C(pz)]π .
.
.
. H
H
H
H
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,3-CICLOHEXADIENO
[C(sp2)-C(sp2)]σ
π [C(pz)-C(pz)] H H
σ [H(1s)-C(sp3)] H
[C(sp2)-C(sp3)]σ
H σ [C(sp3)-C(sp3)]
EL MODELO DE ENLACE DESLOCALIZADO
ADVERTENCIA IMPORTANTE
La flecha de doble sentido se utiliza cuando una molécula no puede representarse de forma inequívoca con un sólo dibujo. Las distintas formas de dibujarla reciben el nombre de estructuras resonantes, y se relacionan entre sí mediante dicho símbolo.
Las estructuras resonantes se utilizan para dibujar las moléculas que aparecen en los tres apartados siguientes. APARTADO 1
Radicales, cationes y aniones de moléculas acíclicas y cíclicas con dobles enlaces conjugados, y número impar de átomos de carbono (alilo, pentadienilo, bencilo, etc.) Esta clase de moléculas reciben el nombre de hidrocarburos alternantes impares (ver más adelante, p. 114)
V
104
Para dibujar una estructura resonante de este tipo de moléculas se procede de la siguiente forma: a) Se marca con un asterisco el átomo de carbono que tiene la carga (o el electrón impar):
+ H2C CH CH2 *
H2C CH CH
+ CH2 *
+ CH CH2 *
b) Después se continúa marcando los átomos de forma que cada átomo marcado esté sólo unido a átomos sin marcar. Análogamente, cada átomo sin marcar sólo estará unido a átomos con asterisco. En definitiva, se trata de marcar un átomo de carbono si y otro no, comenzando por el que tiene la carga. + H2C CH CH2 * *
H2C CH CH * *
*
*
+ CH CH2 *
*
*
+ CH2 *
*
Cualquier estructura resonante que se dibuje tiene la carga (o el electrón impar) en un átomo con asterisco. El resto de los átomos (los que no tienen carga, o un electrón impar) están unidos entre sí por dobles enlaces.
H2C CH CH * *
H2C *
CH CH *
+ H2C CH CH2 * *
+ H2C CH CH2
H2C *
CH CH2 * _
H2C CH CH2
H2C CH CH2 * *
H2C CH CH2
+ CH CH2 *
. CH CH2 *
_
+ H2C CH CH
CH CH2
+ H2C CH CH
CH CH2
. H2C CH CH
CH CH2
. H2C CH CH
CH CH2
APARTADO 2
Cationes y aniones monocíclicos con número impar de carbonos. Estas moléculas no son hidrocarburos alternantes impares. Por consiguiente, no pueden marcarse con asteriscos. + H
H + + H
H _
H _
_ H
V
105
+
+ H
H
+ H
+ H
APARTADO 3
Moléculas cíclicas neutras con (4n+2) átomos de carbono (el benceno y todos sus derivados):
MOLÉCULAS ACÍCLICAS Y CÍCLICAS CON UN NÚMERO IMPAR DE ÁTOMOS DE CARBONO
Cualquier átomo de carbono perteneciente a un sistema de enlaces conjugados π se describe mediante hibridación sp2: pz (vacio)
. .
pz
pz (lleno)
.
.
. .
.
. .
.
. .
catión
radical
anión
MOLÉCULAS ACÍCLICAS
Todos los átomos de carbono están implicados en el sistema conjugado, pero únicamente se pueden dibujar estructuras resonantes con la carga (o el electrón impar) situada en los átomos marcados con asterisco. Alilo (catión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es dos: + H2C CH CH 2 * *
.
.
.
H
H
+
H H
+ H2C CH CH 2
H
H H
H
+ H
. H
V
106
Alilo (radical)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es tres: H 2C
H2C CH CH2 * *
.
.
H
H
CH CH2
.
.
.
H
H
H
H
H
. H
H
H
Alilo (anión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es cuatro: _
_
H2C CH CH 2
H2C CH CH 2 * *
.
.
.
H .
H
_
H H
.
H
H
H
H
.
.
. _
H
H
Pentadienilo (catión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es cuatro: .
.
.
H .
H
.
H
H
+
H
H
H2C CH CH * *
.
.
.
H
H
H .
+
H H
H
+ CH CH2 *
H
H .
+
H
+ H2C CH CH CH CH2
H .
H
H
H
.
+ H2C CH CH
H
H
CH CH2
Pentadienilo (radical)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es cinco: .
.
H .
H
.
.
H .
H H
H 2C *
CH CH *
H
CH CH3 *
.
H .
H H
H2C CH CH
H
CH
CH2
.
H
H .
H H
.
.
H
H . H
H
H2C CH
.
H . H
H
CH CH CH2
V
107
Pentadienilo (anión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es seis: .
.
.
H .
H
.
H .
H
H
H.
. _
H
_
H
.
.
H H
H
.
H . H
.
H
.
H
.
H .
H
H
H
:
:
:
H2C CH CH CH CH2
H2C CH CH CH CH2
H2C CH CH CH CH2 * * *
H .
_
_
_
. _
H
MOLÉCULAS ACÍCLICAS (n = 1,2... ; n' = 0,1,2...) Tipo de sistema π
nc
H2C ( CH CH ) CH2 n
H2C
CH ( CH
CH)
H2C
CH ( CH
CH)
H2 C
CH ( CH
CH)
n'
n'
+ CH2 CH2 _ CH2
Especie
Tipo de enlace π
(2n + 2)
(2n + 2)
polieno
localizado
(2n'+ 3)
(2n'+ 2)
catión
no localizado
(2n'+ 3)
(2n'+ 3)
radical
no localizado
(2n' + 3)
(2n'+ 4)
anión
no localizado
: n'
n0 e(π)
Siguen algunos ejemplos: n = 1 ; nc = (2n + 2) = 4 ; n0 e(π) = (2n + 2) = 4:
1,3-butadieno
H2C
n = 1 ; nc = (2n' + 3) = 5 ; n0 e(π) = (2n' + 2) = 4:
catión pentadienilo
H2C CH CH * *
CH CH
CH2 + CH CH2 *
radical pentadienilo
H2C CH CH * *
. CH CH2 * _
n' = 1 ; nc = (2n' + 3) = 5 ; n0 e(π) = (2n' + 4) = 6:
anión pentadienilo
H2C CH CH * *
CH CH2 *
:
n' = 1 ; nc = (2n' + 3) = 5 ; n0 e(π) = (2n' + 3) = 5:
MOLÉCULAS CÍCLICAS MOLÉCULAS CÍCLICAS CON UN NÚMERO IMPAR DE ÁTOMOS DE CARBONO
Ciclopropenilo (catión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es dos: H +
+ H
+ H
V
108
.
.
.
.
.
+
.
+
+
Ciclopropenuro (anión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es cuatro: _
H
_
H
_ H
.
. .
.
. _
_
.
.
.
_
.
.
.
.
Ciclopentadienilo (catión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es cuatro:
+
H
H
+
+ H
.
.
. .
.
.
+ .
+
+
Ciclopentadienuro (anión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es seis: H _
H _
_ H
V
109
. .
. .
_.
. .
.
_.
.
.
_ .
.
Cicloheptatrienilo (catión)
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es siete y el número de electrones π es seis: H +
+ H + H
+ H
Cicloheptatrienuro (anión) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es siete y el número de electrones π es ocho: H _ _ H
_
_
H
H
MOLÉCULAS CÍCLICAS CON UN NÚMERO PAR DE ÁTOMOS DE CARBONO
Ciclobutadieno
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cuatro y el número de electrones π es cuatro:
Benceno
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es seis y el número de electrones π es seis: ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL BENCENO
H Benceno:
H
H
H H
H
V
110
. .
.
.
. .
.
. .
2
[H(1s)-C(sp )]σ
.
.
.
H
. .
2
H
H
H
H
2
σ [C(sp )-C(sp )]
H .
.
. .
.
.
.
.
. .
π [C(pz)-C(pz)] .
.
.
.
.
.
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL BENCENO
π [C(pz)-C(pz)] H
H σ [H(1s)-C(sp2)]
H
H H
H σ [C(sp2)-C(sp2)]
Ciclooctatetraeno
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es ocho y el número de electrones π es ocho:
V
111
[10] anuleno
El número de átomos de carbono del sistema conjugado es diez y el número de electrones π es diez:
MODELO DE HÜCKEL MOLÉCULAS NO AROMÁTICAS, AROMÁTICAS Y ANTIAROMÁTICAS
Molécula cíclica no aromática: aquella cuya energía de enlace π es la misma que la de su homóloga acíclica. Sus enlaces son localizados, es decir, tienen diferente longitud y distinta energía. Molécula cíclica aromática: aquella cuya energía de enlace π es mayor que la de su homóloga acíclica. Sus enlaces no son localizados, y tienen la misma longitud e idéntica energía. Molécula cíclica antiaromática: aquella cuya energía de enlace π es menor que la de su homóloga acíclica. Sus enlaces no son localizados, pero tienen diferente longitud y distinta energía. A continuación aparecen algunos ejemplos de radicales, cationes y aniones de moléculas monocíclicas con un número impar de átomos de carbono: Radicales
Todos los radicales monocíclicos con (2n + 1) átomos de carbono y (2n + 1) electrones π en el ciclo son no aromáticos: HC
CH comparada con C H
H2C
CH
H2C
Cationes
Los cationes monocíclicos con (4n-1) átomos de carbono y (4n-2) electrones π son aromáticos: HC
CH C+ H
comparada con
H2C
CH
H2C +
Los cationes monocíclicos con (4n + 1) átomos de carbono y 4n electrones π son antiaromáticos:
V
112
HC comparada con
CH CH
H2C
H2C +
+
Aniones
Los aniones monocíclicos con (4n + 1) átomos de carbono y (4n + 2) electrones π son aromáticos: HC comparada con
CH
H2C
_
H2C
CH _
Los aniones monocíclicos con (4n-1) átomos de carbono y 4n electrones π son antiaromáticos: HC
CH C H
comparada con
_
H2C H2C
CH _
EJEMPLOS
n = 1 ; 4n = 4 ; n0 e(π) = 4n = 4 ;
CICLOBUTADIENO
(antiaromático) :
n = 1 ; (4n + 2) = 6 ; n0 e(π) = (4n + 2) = 6 ;
BENCENO
n = 1 ; (2n + 1) = 3 ; n0 e(π) = (2n + 1) = 3 ;
CICLOPROPENILO
(aromático) :
(radical: no aromático) :
H
n = 1 ; (4n - 1) = 3 ; n0 e(π) = (4n - 2) = 2 ;
CICLOPROPENILO
H
+
(catión: aromático) :
+
H
+ H
V
113
n = 1 ; (4n - 1) = 3 ; n0 e(π) = 4n = 4 ;
CICLOPROPENILO
(anión: antiaromático) : _
_
:
:
H
H
:
_ H
n = 1 ; (4n + 1) = 5 ; n0 e(π) = (4n + 2) = 6 ;
CICLOPENTADIENILO
(anión: aromático) :
H _
H :_
:
:
_
H
n = 1 ; (4n + 1) = 5 ; n0 e(π) = 4n = 4 ;
CICLOPENTADIENILO
+
(catión: antiaromático) : H
H
+
+ H
En las tablas siguientes se resume el carácter no aromático, aromático o antiaromático de las moléculas monocíclicas:
MOLÉCULAS NEUTRAS (anulenos)
nc =
4 (antiaromático)
6 (aromático)
8 (antiaromático)
10... (aromático)
CATIONES MONOCÍCLICOS + +
+ H nc =
H
H
+ H
3
5
7
(aromático)
(antiaromático)
(aromático)
9... (antiaromático)
ANIONES MONOCÍCLICOS
_
_ H nc =
3 (antiaromático)
H 5 (aromático)
_
H
_ H 7 (antiaromático)
9... (aromático)
V
114
MOLÉCULAS MONOCÍCLICAS (n = 1,2...) Átomos del ciclo
n0 e(π )
Especie
Carácter
Tipo de enlace
4n
4n
anuleno
antiaromático
no localizado
(4n + 2)
(4n + 2)
anuleno
aromático
no localizado
(2n + 1)
(2n + 1)
radical
no aromático
localizado
(4n - 1)
(4n - 2)
monocatión
(4n - 1)
4n
monoanión
(4n + 1)
(4n + 2)
monoanión
aromático
no localizado
(4n + 1)
4n
monocatión
antiaromático
no localizado
aromático
no localizado
antiaromático
no localizado
HIDROCARBUROS ALTERNANTES IMPARES
Son hidrocarburos con un número impar de carbonos, que tienen un sistema de dobles enlaces conjugados, unido directamente a un átomo de carbono con carga o con un electrón impar:
H2C CH CH
+ CH2
+ CH CH2
En los hidrocarburos alternantes impares existen dos tipos de átomos de carbono. Con el fin de diferenciarlos, se comienza marcando con un asterisco el átomo de carbono que tiene la carga (cationes o aniones) o el electrón impar (radicales) Después se continúa marcando los átomos de forma que cada átomo marcado esté sólo unido a átomos sin marcar. Análogamente, cada átomo sin marcar sólo estará unido a átomos con asterisco. En definitiva, se trata de marcar un átomo de carbono si y otro no, comenzando por el que tiene la carga. *
* *
*
+ CH2 *
*
Los hidrocarburos alternantes impares pueden ser acíclicos o cíclicos. Estos últimos son derivados de benceno con una cadena en la que existen dobles enlaces conjugados y/o un átomo de carbono con carga o con un electrón impar. Cualquier estructura resonante que se dibuje de un hidrocarburo alternante impar tiene la carga (o el electrón impar) en un átomo con asterisco. El resto de los átomos (los que no tienen carga, o un electrón impar) están unidos entre sí por dobles enlaces. Ejemplos de hidrocarburos alternantes impares acíclicos: + H2 C CH CH 2 * *
H2C CH CH * *
_ CH CH2 *
_ H2C CH CH
+ H2 C CH CH 2
CH CH2
_ H2C CH CH
CH CH2
V
115
Ejemplos de hidrocarburos alternantes impares derivados de benceno: _ CH2 *
* *
*
+ CH2 *
*
* *
*
*
Catión 3-fenilpropenilo
Anión bencilo
+ CH2 *
*
*
* *
Catión 5-fenil 2,4-pentadienilo
Todos los átomos de carbono están implicados en el sistema conjugado, pero únicamente se pueden dibujar estructuras resonantes con la carga (o el electrón impar) situada en los átomos marcados con asterisco:
Anión bencilo:
El número de átomos del sistema conjugado es siete y el número de electrones π es ocho: _ CH2 *
*
_*
*
*
* CH2 _ *
*
*
* CH2
*
*
*
*
*
H *
*
*
*
H *
*
H *
*
H
*
*
H
*
*
_
H *
*
H
* CH2
*
*
H
Catión 3-fenilpropenilo:
El número de átomos del sistema conjugado es nueve y el número de electrones π es ocho:
*
* *
+ CH2 *
+ *
*
*
*
* *
* CH2
* *
* CH2
*
*
*
* *+
+ *
* CH2
*
*
* CH2
+*
V
116
Catión 5-fenil-2,4-pentadienilo:
El número de átomos del sistema conjugado es once y el número de electrones π es diez:
*
+ CH2 *
*
*
*
*
*
+* *
*
*
* +
*
* *
*
*+
*
*
*
*
CH2 *
+*
*
CH2 *
CH2 *
*
CH2 *
*
*
* *
*
*
CH2 *
+*
Existen moléculas en las que no todos los átomos de carbono pertenecen al sistema conjugado. En cualquier sistema conjugado, el átomo de carbono con carga (o con un electrón impar) está directamente unido a un átomo de carbono con doble enlace. C(sp3) [no pertenece al sistema conjugado] H 2C *
+
CH
CH *
CH3
[sistema conjugado de tres carbonos sp2]
En el catión 3-butenilo el átomo de carbono 1 (con carga positiva) no está unido directamente al átomo de carbono 3 (con doble enlace) Por consiguiente, no se trata de un sistema conjugado: C(sp3) H2C CH CH2
+ CH2
El catión que aparece a continuación es un sistema conjugado de nueve átomos de carbono: C(sp3)
* CH
* *
*
CH3 + C CH *
C(sp3) 3 3 CH3 C(sp ) C(sp )
CH CH2
CH3
C(sp3)
sistema conjugado de 9 carbonos
V
117
CÁLCULO DE LOS COEFICIENTES DEL ORBITAL MOLECULAR NO ENLAZANTE
Todos los hidrocarburos alternantes impares tienen un ORBITAL MOLECULAR NO ENLAZANTE (ONE) Los coeficientes de dicho orbital tienen unas propiedades muy interesantes y se pueden calcular de forma sencilla. El valor de estos coeficientes es cero en los átomos que no tienen asterisco. En los átomos con asterisco su valor es distinto de cero. Este hecho permite realizar su cálculo sin problemas. Primero se marcan con asteriscos todos los átomos del sistema conjugado (comenzando por el que tiene la carga): + * CH2 *
* *
A continuación llamamos “a” al valor del coeficiente del ONE en un átomo que esté alejado del carbono que tiene la carga: + * CH2 *
* * a
La primera propiedad de los coeficientes del ONE es la siguiente: la suma de los coeficientes de todos los átomos con asterisco que estén unidos a un átomo sin asterisco es igual a cero: + * CH2 -a
-a *
* átomo sin asterisco
* a
[(a)+(−a)=0]
átomo sin asterisco [(a)+(−a)=0]
Finalmente, se utiliza esta primera propiedad para calcular el valor relativo del coeficiente en el carbono con carga: 2a + * CH2
átomo sin [(−a)+(−a)+2a=0] asterisco
* -a
-a * * a
La segunda propiedad de los coeficientes del ONE es esta: la suma de los cuadrados de todos los coeficientes de los átomos con asterisco es igual a la unidad:
V
118
+ 2a * CH2 * -a
-a * a* 2
2
(a) + (-a) + (-a)2+ (2a)2 = 1
7a2 = 1
1
a=
7
Los coeficientes del ONE en el radical bencilo serán los siguientes:
+ 2 CH2 7 * −
1 7
*−
*
1 7
*
1 7
El orbital molecular no enlazante será de la forma: Ψ ONE = 1
7
Φ1 − 1
7
Φ2 − 1
7
Φ3 + 2
7
Φ4
O su equivalente: Ψ ONE = − 1
7
Φ1 + 1
7
Φ2 + 1
7
Φ3 − 2
7
Φ4
Donde Φ1, Φ 2 , Φ 3 y Φ 4 son los orbitales atómicos que se han empleado en hacer la combinación lineal que da lugar a los orbitales moleculares. Como los signos de los coeficientes son intercambiables, existen dos formas de expresarlos que son equivalentes: + 2a * CH2 -a *
+ -2a * CH2 * -a
*a
a*
a*
* -a
2 + CH2 7 * −
1 7
−
*−
*
1 7
2 + CH2 7*
1 7 *
*
*
1 7
1 7
*
−
1 7
V
119
Siguen algunos ejemplos: + 2a * CH CH_CH2 * -2a -a * * -a
(-2a)2+ (2a)2+ (-a)2+ (a)2+ (-a)2 = 1 ; a =
1 11
a*
a*
-a * 2a *
-2a *
-a*
* -2a
-2a *
a * -a *
-a *
-2a *
a*
-a*
-a * + * 2a
-a*
a*
(4a)2+ (-2a)2+ (2a)2+ (-a)2+ (a)2+ (-a)2+ (-2a)2 = 1 ; a =
3a * CH2 + *
* -a
a*
a*
4a * CH _ 2
(-3a)2+ (3a)2+ (-2a)2+ a2+ (-a)2+ a2+ (-a)2 = 1 ; a =
1 31
1 26
-3a *a
(2a)2+ (-a)2+ a2+ (-a)2+ (-a)2+ a2+ (-a)2 = 1 ;
a=
(3a)2+ (-3a)2+ a2+ (-a)2+ a2+ (-2a)2+ (2a)2 = 1
a=
1 10
* -a
2a 3a + * * CH2
1 29
* -3a
CARGAS FORMALES EN CATIONES Y ANIONES DE HIDROCARBUROS ALTERNANTES IMPARES
La carga formal (Q) de un átomo de carbono, en un hidrocarburo alternante impar, es igual al cuadrado del coeficiente del orbital molecular no enlazante en dicho átomo de carbono. En los átomos de carbono sin asterisco el coeficiente del orbital molecular no enlazante es cero y, por consiguiente, su carga formal es también cero. (Q = + 0,57) + * CH2
+ 2 * CH2 (Q = + 4a ) (Q = + a2) *
2 * (Q = + a )
* (Q = + a2)
a = 1/
7
(Q = + 0,14) *
* (Q = + 0,14) * (Q = + 0,14)
V
120
(Q = + 0,36) + (Q = + 0,36) * CH=CH-CH2 *
(Q = + 4a 2) + (Q = + 4a2) * CH=CH-CH2 * 2 * (Q = + a )
(Q = + a2) *
a = 1/
* (Q = + 0,09)
(Q = + 0,09) *
11
* (Q = + 0,09)
* (Q = + a2)
a2 *
a2 * 4a2 *
4a2 16a2 * _* CH2
*2 a
* 4a2
4a2 *
a2 * a2 *
- 0,13 - 0,03 *
31
a = 1/
*a
2
*
- 0,03 * * - 0,03
* - 0,13
+ 0,04 + 0,15 + 0,35 * * *
9a2 *
* a2
a = 1/
26 + 0,04 *
* CH2 + 9a2
*
* + 0,04
2
a *
a *
a2*
2
+ 0,1 *
*a
a = 1/
* + 4a2
* a2
* CH2 + 0,35 +
+ 0,04
+ 0,1 2
- 0,13 * _* - 0,52 CH2
10
*
+ 0,1 *
* + 0,1
* + * * + 0,1 + 0,4 + 0,1
* a2
ÁTOMOS DE CARBONO REACTIVOS Y NO REACTIVOS
Los cationes y aniones de los hidrocarburos alternantes impares, reaccionan con otros aniones y cationes a través del átomo de carbono con más carga Q: -a *
a* + -a *
-a * + a*
Br
2
-3a * + CH2
-3a * CH2 * 2a * -2a
_ Br *+ 2a
-a *
* 2a
Q(max.) = 4a
a *
-a *
a*
a *
-a * a*
CH2Br * 2a
Br
_
* -2a
Q(max.) = 9a2
V
121
+ * -a
* -a
CH2 a*
H2C a* Br
+ CH2 a*
H2C a*
_
Br
_
Br
a
*+ -a
-2a * *a
a
CH2 * 2a
CH2Br
H2C
CH2
H2C
*-a
Q(max.) = 4a2
-2a +* *a
a
* -a
CH2 * 2a
Br
_
-2a * *a + CH 2 * 2a Br
_
Br
CH2
CH2Br
ENTALPÍA DE ATOMIZACIÓN DE ANULENOS CnHn(n = 4, 6, 8…)
El número de carbonos es par: 4, 6, 8, etc.: CnHn(l,s)
nC(g) + nH(g)
ΔH0f (C nHn )
n ΔH 0a (C) + n ΔH 0a (H)
nC ( grafito ) +
n H2 ( g) 2
ΔH0a (CnHn ) = − Δ H0f (CnHn ) + 223 .39 n kcal / mol
Ejemplo: benceno ΔH0f (benceno) = +19.820 kcal/mol ΔH0a (benceno) = -19.820 + 223.39 x 6 = +1320.52 kcal/mol
∑
Δ = 27.52 kcal/mol D 0 (benceno) = 3 x 148 + 3 x 89 + 6 x 97 = 1293 kcal/mol
V
122
La molécula de benceno (aromática) no puede describirse de acuerdo con el modelo de enlace localizado. La diferencia entre su entalpía de atomización y la suma de las energías de enlace es demasiado grande (Δ=27.52 kcal/mol) Empleando la misma metodología se puede calcular la entalpía de atomización de cualquier hidrocarburo bencenoide. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
Hidrocarburo
ΔH0f (kcal / mol)
ΔH0a (kcal / mol)
∑D (kcal / mol)
Δ
benceno tolueno etilbenceno o-xileno m-xileno p-xileno propilbenceno isopropilbenceno 1,3,5-trimetilbenceno butilbenceno α-metilestireno o-metilestireno m-metilestireno naftaleno antraceno fenantreno
19.82 11.95 7.12 4.54 4.12 4.29 1.87 0.94 -3.84 -3.30 27.00 28.30 27.60 ⎯ ⎯ ⎯
1320.52 1603.88 1883.20 1886.78 1887.20 1887.03 2164.94 2165.87 2170.65 2445.60 2035.61 2034.31 2035.01 2093.60 2863.86 2869.56
1293 1576 1859 “ “ “ 2142 “ “ 2425 2007 “ “ 2050 2807 “
27.52 27.88 24.20 27.78 28.20 28.03 22.94 23.87 28.65 20.06 28.61 27.31 28.01 43.6 56.86 62.56
0
EJERCICIOS ADICIONALES
5.1 Apartado 1: Ordena las moléculas de los siguientes apartados de acuerdo con su estabilidad relativa (mayor energía de enlace π) Indica en cada caso si la molécula es no aromática, aromática o antiaromática. 1.1)
+ H2C CH CH CH CH2
+ H2C CH CH CH CH2
(1)
(2)
+ H (3)
CH CH3 CH2
+
1.2)
+ (4)
1.3)
+ (6)
(5)
H2C CH CH CH CH CH CH2 (7)
_ (8)
(9)
V
123
Apartado 2: ¿Cuál será el producto principal que se obtendrá cuando cada uno de los carbocationes siguientes reacciona con anión bromuro? CH CH3
CH2
+ + +
+
CH2
(1)
H2C
CH2
+
(3)
(2)
(4)
(5)
5.2 Apartado 1: Averigua si el anión (1) puede describirse empleando el modelo de enlace localizado. CH2
_
ΔHa(H2)
D0(C=C) = 148 kcal/mol
= 104,2 kcal/mol
ΔHa (grafito) = 171,3 kcal/mol
D0(C-C) = 89 kcal/mol
ΔHf (1)
D0(C-H) = 97 kcal/mol
= 60,4 Kcal/mol
(1)
Apartado 2: ¿Qué producto se obtendrá cuando el anión (1) reacciona con agua? 5.3 ¿Qué productos se obtendrán en las siguientes reacciones:
Reacción 1: Cl
_
CH2 +
Reacción 2: _ CH2 H 3O +
5.4 Apartado 1: Ordena las moléculas de los siguientes subapartados de acuerdo con su estabilidad relativa (energía de enlace π) Indica en cada caso si la molécula es no aromática, aromática o antiaromática.
Subapartado a): Me CH3 CH CH CH2
CH3 CH CH CH2
(1)
(2)
H (3)
Subapartado b): CH3
+ H2C C CH CH CH CO2Et (4)
CO2Et
CH3 H2C C CH CH CH CO2Et + (5)
CH3
+ H (6)
V
124
Subapartado c): + CH2
CH2
Me + H H
+ + H
H (7)
H
Me
H
H (9)
(8)
(10)
Apartado 2: ¿Qué productos se obtendrán cuando cada uno de los carbocationes siguientes reacciona con anión cloruro? CH2
+ H (1)
H +
H
CH2 +
H
Me (2)
(3)
5.5 Averigua si la molécula de etilbenceno puede describirse de acuerdo con el modelo de enlace localizado.
ΔHa(H2) = 104.2 kcal/mol ; ΔHa (grafito) = 171.3 kcal/mol ; ΔHf (etilbenceno) = 7.12 kcal/mol D0(C=C) = 148 kcal/mol ; D0(C_C) = 89 kcal/mol ; D0(C_H) = 97 kcal/mol
V
6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD
ÁCIDOS Y BASES
MODELO DE BRONSTED-LOWRY
ÁCIDO: Molécula que puede perder un protón. BASE: Molécula que puede extraer un protón de un ácido
O
: :
:O H :
H
:
C O
+ H OH2
+
:
O _ CH3 C O :
H :
CH3
ác. acético
agua
anión acetato
catión hidronio
(ácido)
(base)
base conjugada del ac. acético
ácido conjugado del agua
HO H
+
CH3CH2
agua (ácido)
NH2
HO
Etilamina (base)
H
_
+
CH3CH2
NH2 +
anión hidroxilo
catión etilamonio
base conjugada del agua
ácido conjugado de la Etilamina
MODELO DE LEWIS
ÁCIDO: Molécula o ión con un orbital vacío que puede aceptar un par de electrones. BASE: Molécula o ión con un par de electrones no enlazantes (situados en un orbital que no interviene en ningún
enlace) que puede cederlos a otra molécula o ión con otro orbital vacío (ácido)
CH3
CH3
Cl
O:
B Cl Cl
Éter dimetílico (base de Lewis)
Tricloruro de boro (ácido de Lewis)
CH3 Cl _ + B Cl CH3 O Cl complejo del Éter dietílico con Tricloruro de boro
2+
H :
Zn2+
Etanol (base de Lewis)
CH3CH2 O
:
:
CH3CH2 OH
Catión cinc (ácido de Lewis)
Zn
complejo de catión cinc y Etanol
VI
126
REACCIONES ÁCIDO – BASE ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS CONSTANTES DE ACIDEZ Y pKa
O
O
CH3__C__OH
CH3__C__O
H2O
+
_
+
H3O
+
Keq =
_ [CH3CO2 ] [H3O+] [CH3CO2H ] [H2O]
Cuando la disolución es diluida, la concentración de agua es mucho mayor que las concentraciones del resto de las sustancias que intervienen en el equilibrio. Si la concentración de agua se considera constante el error que se comete es despreciable:
[H2O] = cte.
Keq [H2O] = Ka =
_ [CH3CO2 ] [H3O+] [CH3CO2H ]
= 1,75 x 10-5
La constante de equilibrio de cualquier reacción ácido-base puede expresarse en función de las constantes de acidez de los ácidos que intervienen en la reacción. Considera la siguiente reacción entre ácido acético y anión terbutóxido:
CH3__CO2H
_
_
_
CH3__CO2
+ Me3C O
_ [CH3CO2 ] [Me3C_OH] _ Keq = [CH3CO2H ] [Me3CO ]
_
+ Me3C OH ácido (2)
ácido (1)
La constante de equilibrio de dicha reacción puede expresarse en función de Ka(1) y Ka(2): _ CH3 CO2 + H3O+
__
__
CH3 CO2H + H2O
Keq(1) =
ácido (1)
_ Me3C O + H3O+
_
_
Me3C OH + H2O
Keq(2) =
ácido (2)
REACCIÓN GLOBAL: CH3__CO2H + Me3C_O
_
_
CH3__CO2 + Me3C_OH
Keq(1) Keq(2)
=
_ [CH3CO2 ] [Me3C_OH] _ [CH3CO2H ] [Me3CO ]
En este caso: Ka (ácido acético) = 1,75 x 10–5 _ CH3__CO2H + Me3C_O ácido (1)
[CH3CO2H ] [H2O]
=
_ [Me3CO ] [H3O+]
=
[Me3COH] [H2O]
Ka(1) [H2O]
Ka(2) [H2O]
_ [CH3CO2 ] [Me3C_OH] _ Keq(3) = [CH3CO2H ] [Me3CO ]
ácido (2)
ácido (1)
Keq(3) =
_ [CH3CO2 ] [H3O+]
=
Ka(1) Ka(2)
=
Ka (ácido de partida) Ka (ácido obtenido)
Ka (alcohol ter-butilico) = 10–19 _ CH3__CO2 + Me3C_OH ácido (2)
Keq(3) =
1,7 x 10-5 10-19
14 = 1,7 x 10
VI
127
El concepto de pKa se define de la forma siguiente: pKa = − log Ka
log Keq(3) = log Ka (ácido de partida) - log Ka (ácido obtenido) = = - pKa (ácido de partida) + pKa (ácido obtenido)
K eq = antlog [pKa(ácido obtenido) − pKa(ácido de partida)] = antlog ΔpK a
_ CH3__CO2H + Me3C_O pKa 4,8
_ CH3__CO2 + Me3C_OH pKa 19
14 Keq = antlog (19 - 4,8) = 1,6 x 10
Siguen algunos ejemplos (ver Tabla de pKa en el Apéndice II): _ H2 O +
_
NC
HO
+
Keq = 2,5 x 10-7
NCH pKa 9,1
pKa 15,7
C6H5_CO2H +
_ C6H5_CO2
C6H5_NH2
+
+ C6H6_NH3 pKa 4,6
pKa 4,2
C6H5_OH +
Keq = 2,5
MeO
_
C6H5_O
_ +
Keq = 1,6 x 105
MeOH pKa 15,2
pKa 10
CH3_CO_CH2_CO_CH3
+
_ EtO
_ CH3_CO_CH_CO_CH3
+
pKa 9 _
O2N_CH2_CO2Et
+
HO
_ O2N_CH_CO2Et
+
pKa 5,8
H
_
_ CH2_CO_CH3 +
pKa 19
pKa 17
H2O
Keq = 108
Keq = 8 x 109
pKa 15,7
CH3_CO_CH3 +
CH3_CH2OH
EtOH pKa 17
1/2 H2
Keq = 1016
pKa 35
+
_ NH2
_ CH3_CH2O +
NH3
Keq = 1019
pKa 36
VI
128
1 Una molécula es tanto más ácida cuanto menor es el valor del pKa 2 Una molécula es tanto más básica cuanto mayor es el valor del pKa de su ácido conjugado 3 Cuanto más ácida es una molécula, menos básica es su base conjugada 4 Cuanto menos ácida es una molécula, más básica es su base conjugada 5 La reacción en equilibrio entre un ácido (1) y una base (2) está muy desplazada hacia la derecha cuando se cumple: [pKa (2) - pKa (1)] >> 1
Un ácido (1) reacciona con cualquier base (2) que esté situada por debajo de él en la tabla dando lugar al ácido (2) y a la base conjugada del ácido (1) (ver tabla de pKa en los apéndices)
ÁCIDO (1)
BASE CONJUGADA (1)
ÁCIDO (2)
BASE CONJUGADA (2)
ácido (1) + base (2)
ácido (2) + base (1)
pKa (1)
pKa (2)
El equilibrio estará tanto más desplazado hacia la derecha cuanto mayor sea la diferencia [pKa (2) – pKa (1)] Siguen algunos ejemplos: +
_ CH3_CO2
pKa (1) -1,7
base (2)
H3O+
CH3_CO2H pKa (1) 4,8
CH3_CO2H pKa (2) 4,8
_ HO
+
H2O
base (2)
+
pKa (2) 15,7
+
Keq = 3 x 106
H2O base (1)
_ CH3_CO2
Keq = 8 x 1010
base (1)
Una base (2) reacciona con cualquier ácido (1) que esté situado por encima de ella en la tabla, dando lugar a la base conjugada del ácido (1) y al ácido conjugado de la base (2)
ÁCIDO (1)
BASE CONJUGADA (1)
ÁCIDO (2)
BASE CONJUGADA (2)
base (2)
+
ácido (1) pKa (1)
base (1)
+
ácido (2) pKa (2)
El equilibrio estará tanto más desplazado hacia la derecha cuanto mayor sea la diferencia [pKa (2) – pKa (1)]
VI
129
A continuación aparecen dos ejemplos: CH3_NO2
_ CH2_NO2
pKa (1) 10,2
base (1)
_ Me3CO + base (2) _ NH2 +
pKa (1) 23
Keq = 6 x 108
Me3COH pKa (2) 19
_ CH2_CO2Et
CH3_CO2Et
base (2)
+
+
Keq = 1013
NH3 pKa (2) 36
base (1)
Las especies mayoritarias en el equilibrio son el ácido más débil y la base más débil:
base más fuerte
ácido más fuerte
_ Me3CO +
_ Me3CO + (1-α)
H2O
Me3COH
pKa 15,7
pKa 19
H2 O
Me3COH
(1-α)
α
α = 0,98
;
base más débil
ácido más débil
+
+
HO
HO
_
_
Keq = 1995
Keq =
α
α2 (1-α)2
= 1995
_ [Me3COH] = [HO ] = 0,98 moles / l
en el equilibrio
_ [Me3CO ] = [H2O] = 0,02 moles / l
Si [pKa (2) - pKa (1)] = 0 la constante de equilibrio es la unidad (Keq = 1)
Cuando la constante de equilibrio es la unidad: Keq = 1 _ CH3_CO_CH3 + Me3CO
α2 (1-α)2
=1
α = 0,5
_ CH2_CO_CH3 + Me3COH
pKa 19
Keq 1
pKa 19
_ _ En el equilibrio: [CH3COCH3] = [Me3CO ] = [CH2COCH3] = [MeCOH] = 0,5 moles / I
El valor α = 0,5 significa que el 50 % de acetona se transforma en su carbanión y el 50 % del anión terbutóxido se transforma en alcohol terbutílico.
EJERCICIO 6.1
¿Cuál debe ser la diferencia entre los pKa de los ácidos que intervienen en una reacción para que los reactivos se transformen en los productos en un 90 % ? A(1) + B(2)
B(1) + A(2)
VI
130
EJERCICIO 6.2
Se pretende obtener anión fenóxido a partir de fenol con un rendimiento elevado. Indica cuál de las bases siguientes es la más adecuada: metóxido sódico, dimetilamina, agua, acetato sódico, amoniaco, terc-butóxido potásico, amiduro sódico.
EJERCICIO 6.3
Calcula la constante de equilibrio de las reacciones del catión hidronio con los siguientes compuestos alifáticos: una amida, un ácido carboxílico, un éster, una cetona, un aldehido.
RELACIÓN ENTRE LA ENERGÍA LIBRE ESTANDAR, LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y EL pKa
La relación entre la variación de energía libre de una reacción y su constante de equilibrio es la siguiente: ΔG 0T = −2.303 R T log K eq
El superíndice indica que la presión es de 1 atmósfera y el subíndice es la temperatura absoluta a la que tiene lugar la reacción. Si la reacción transcurre a 1 atm. de presión y 250C (condiciones estandar): R = 1.987 × 10 −3 kcal / grado ⋅ mol ; T = (273 + 25) = 2980 K
ΔG 0298 = −2.303 × 1.987 × 10 −3 × 298 × log K eq = −1.36 × log K eq
⎛ ΔG0298 ⎞ ⎟ K eq = ant log ⎜ − ⎜ 1.36 ⎟ ⎠ ⎝ ΔG0298 = −1.36 [pK a (ácido obtenido) − pK a (ácido de partida)] kcal / mol
ΔG0298 = −1.36 ΔpKa
Si ΔG0298 = 0 Keq = 1 : 50 % de conversión de los reactivos en productos Si ΔG0298 > 0 Keq < 1 : el equilibrio está desplazado hacia la izquierda (la reacción no es útil en síntesis) Si ΔG0298 < 0 K eq > 1 : el equilibrio está desplazado hacia la derecha (la reacción si es útil en síntesis)
EJERCICIO 6.4
Calcula la variación de energía libre estándar de las reacciones que aparecen a continuación y decide si son útiles para obtener los productos situados a la derecha. _
Reacción 1: CH3_NO2 + CH3_CO2 Na+ _
Reacción 2: CH3_CO2Et + NH2 Na+
_ CH2_NO2 + CH3_CO2H + Na+ _ CH2_CO2Et + NH3 + Na+
VI
131
EQUILIBRIO QUÍMICO
La ley de reversibilidad microscópica implica que todas las reacciones son reversibles. Esto significa que el
mecanismo de una reacción, escrito de izquierda a derecha, es el mismo que si la reacción se escribe de derecha a izquierda, con el movimiento de electrones invertido.
EJERCICIO RESUELTO
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción, cuando el proceso tiene lugar de derecha a izquierda: Br CH3
CH3
CH CH3
_
CH CH CH3
:
:
HO H
H
:
_ HO :
CH
: Br
:
RESPUESTA: : Br
_ Br
CH3 CH CH CH3 H
CH CH3
: :
: :
HO
CH3 CH _ HO : H
INSUFICIENCIA DE LOS CONCEPTOS TERMODINÁMICOS
Según el Segundo Principio de la Termodinámica, si una reacción tiene lugar es porque, al tener lugar, aumenta la entropía (desorden) del universo de la reacción. A
C
B
Si la molécula A puede transformarse en B o en C, a través de procesos que transcurren con la misma velocidad, una vez alcanzado el equilibrio, el producto mayoritario (B o C) será aquél que implique mayor aumento de entropía. Sin embargo, las situaciones de “vigencia plena” del Segundo Principio, no son excesivamente frecuentes, debido a que la velocidad de reacción puede ser muy lenta.
CH3
CH2
CH3 (g)
2CH4 (g)
+ C (grafito)
Keq = 1014
Si la reacción fuese muy rápida el propano no existiría. molécula orgánica + oxígeno
productos de combustión
La reacción tiene una constante de equilibrio muy alta (está “totalmente desplazada” hacia los productos de combustión) ¿Por qué no han ardido ya todos los bosques, toda la materia viva? La velocidad del proceso, a temperatura ambiente, es muy lenta.
VI
132
ENTALPÍA Y ENTROPÍA
ΔG0T = ΔH0T − TΔS0T
El superíndice indica que la presión es de 1 atmósfera y el subíndice es la temperatura absoluta a la que tiene lugar la reacción aA + bB
[
][
ΔG 0T (neta ) = c ΔG 0T (C) + d ΔG 0T (D) − a ΔG 0T ( A ) + b ΔG 0T (B)
cC + dD
]
Si ΔG0T (neta) < 0
aA + bB
cC + dD
hasta que la reacción alcance el estado de equilibrio
Si ΔG0T (neta) > 0
cC + dD
aA + bB
hasta que la reacción alcance el estado de equilibrio
Si ΔG0T (neta) = 0
aA + bB
cC + dD
la reacción está en estado de equilibrio
EJERCICIO RESUELTO
Explica en qué sentido tendrá lugar la siguiente reacción, cuando se realiza a 250 C y 1 atm.de presión: CH3CH2OH (l) + 3O2
ΔG0298 (C2H5OH , l) = -40.2 kcal/mol
2CO2(g) + 3H2O(l)
ΔG0298 (CO2 , g) = -94.26 kcal/mol
ΔG0298 (H2O , l) = -56.70 kcal/mol
RESPUESTA:
ΔG0298 (neta) = -3 × 56.7 + (-2× 94.26) - (-40.2) = -318.42 kcal/mol
Un valor negativo tan alto de GT(neta) indica que el proceso tiene lugar de izquierda a derecha. Esto es, una mezcla de un mol de etanol y tres moles de oxígeno a 250 C y 1 atm. de presión, se transformarán (si reaccionan) en dos moles de CO2 y tres moles de H2O. El equilibrio estará desplazado hacia la derecha de forma prácticamente total,es decir, las concentraciones de etanol y oxígeno serán despreciables.
Si
ΔH0T < 0
Si
ΔH0T
la reacción es exotérmica S = R lnp (p = número de estados posibles del sistema)
>0
la reacción es endotérmica A+B
C+D
ΔS 0T ≈ 0
(no hay variación del desorden)
A
C+D
ΔS 0T > 0
(aumenta el desorden)
C
ΔS 0T < 0
(disminuye el desorden)
A+B
Cuando es necesario calcular la variación de energía libre de una reacción, a la presión de 1 atm., pero a una 0 temperatura T distinta de 25 C, puede utilizarse la siguiente aproximación: ΔG0T = ΔH0298 − TΔS0298
VI
133
Por otra parte, ΔG 0T = −2.303 R T log K eq ΔG 0T = −2.303 R T log K eq = −2.303 × 1.987 × 10 −3 T log K eq = − 4.6 × 10 −3 T log K eq kcal / mol = − 4.6 T log K eq cal/mol
0 0 ⎛ ⎛ ΔG0T ⎞ ⎟ = ant log ⎜ − ΔH298 − T ΔS 298 K eq = ant log ⎜ − ⎜ 4.6 T ⎟ ⎜ 4.6 T ⎝ ⎠ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
Por ejemplo, la siguiente reacción es exotérmica cuando tiene lugar de izquierda a derecha:
ΔHT < 0
+ 3H2
ΔST < 0 , ya que cuatro moléculas se trasforman en una y, en consecuencia, disminuye el desorden. A temperatura ambiente (250C) se cumple que ΔH0298 > TΔS0298 y entonces:
ΔG 0298 = ( ΔH0298 − TΔS 0298 ) = −ΔH0298 − ( −TΔS 0298 ) = −ΔH0298 + TΔS 0298 < 0
Tendrá lugar la reacción:
+
[
ΔG 0298 < 0
3H2
] [
]
Si la temperatura se eleva hasta 300 0 C ΔH0298 < TΔS 0298 y se cumplirá :
ΔG 0573 = ( ΔH0298 − TΔS 0298 ) = −ΔH0298 − ( −TΔS 0298 ) = −ΔH0298 + TΔS 0298 > 0
Ahora, la reacción que tiene lugar es la inversa:
3H2
+
ΔG0573 > 0
Todo esto significa que a temperaturas elevadas no es posible hidrogenar el benceno a ciclohexano. O dicho de otro modo: a temperaturas elevadas el equilibrio estará muy desplazado hacia la izquierda.
134
EJERCICIO RESUELTO
A 250C, la proporción de ciclohexano en conformación de "silla", es superior al 99%. Teniendo en cuenta que la energía libre de dicha conformación es 5 kcal/mol menor que la correspondiente a la conformación de "bote". ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio para el siguiente proceso?
RESPUESTA:
ΔG0298 (bote − silla) = 5000 cal / mol
bote
silla
⎛ ΔG0298 ⎞ ⎛ 5000 ⎞ -4 K eq = antlog ⎜ = antlog ⎜ ⎟ = 2.24×10 ⎜ 4.6 T ⎟⎟ ⎝ 4.6× 298 ⎠ ⎝ ⎠
silla
bote
(1-α)
α
Keq =
[bote] [silla]
=
α = 0.000224 (1-α)
[bote] = 100α = 0.02239 %
α = 0.0002239
[silla] = 100 (1-α) = 99.9776 %
EJERCICIO RESUELTO
Considera el equilibrio entre las conformaciones anti y sesgada del n-Butano: CH3
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
H H
ΔH0298 = 0.8 kcal/ mol ΔS0298 = 1.4 u.e.
H
anti
sesgada
a) Calcula el porcentaje de n-Butano sesgado a 250 C b) Repite el cálculo para 5000 C c) ¿Cómo influye la temperatura en el porcentaje de ambas conformaciones, cuando el sistema está en equilibrio? d) ¿A qué temperatura serán iguales los porcentajes de ambas conformaciones?
RESPUESTA:
a)
A 250 C (2980 K):
anti
sesgada
(1-α)
α
ΔG0T = ΔH0298 − TΔS0298
ΔG0298 = 800 - 298 ×1.4 = 382.8 cal/mol
logK eq = -ΔG0298 /4.6 T = -382.8/1370.8 = -0.279
Keq = 0.5257
Keq =
[sesgada] [anti]
=
α = 0.5257 (1-α)
α = 0.344
VI
135
RESPUESTA (continúa) [sesgada] = 100 α = 34.4 %
b) A 5000 C (7730 K):
[anti] = 100 (1-α) = 65.6 %
ΔG0T = ΔH0298 - TΔS0298 = -
ΔG0773 = 800 - 773 ×1.4 = -282.2 cal/mol
logK eq 4.6T
0 logKeq = -ΔG773 /4.6T = +282.2/3555.8 = +0.079
K eq = antlog (+0.079) = 1.1995
Keq =
[sesgada] [anti]
=
α = 1.1995 (1-α)
[sesgada] = 100α = 54.5 %
α = 0.545
[anti] = 100 (1-α) = 45.5 %
c) Al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, es decir, aumenta el porcentaje de la conformación menos estable (sesgada). d)
[sesgada] = [anti] ; α = 0.5 ;
logK eq = -ΔG0T /4.6T = -
Keq =
[sesgada] [anti]
=
α (1−α)
=
0.5 (1−0.5)
= 1
ΔH0298 -TΔS0298 -800 +1.4T = = 0 ; T = 571.430 K = 298.40 C 4.6T 4.6T
EJERCICIO RESUELTO
Bajo condiciones experimentales adecuadas, es posible transformar un alqueno en un alcohol:
R CH CH2
+
H OH
H 3O +
OH R CH CH3
ΔS 0T < 0
ΔH0T < 0
¿Qué condiciones experimentales elegirías para que la reacción transcurra en el sentido de dar alcohol? ¿y cuáles para que transcurra en sentido inverso, dando alqueno?
RESPUESTA:
Obtención del alcohol: R CH CH2
+ H OH
H 3O +
OH R CH CH3
ΔS 0T < 0
ΔH0T < 0
Si la temperatura no es muy alta se cumple [ H] > [TΔS] y entonces: ΔG0T = (ΔH0T - TΔS0T ) = -ΔH0T - (-TΔS0T ) = -ΔH0T + TΔS0T < 0
VI
136
RESPUESTA (continúa)
Por otra parte:
Keq =
[alcohol] [alqueno] [H2O]
Para que el equilibrio se desplace hacia la formación del alcohol, se aumenta la concentración de agua antes de comenzar la reacción. Si la temperatura se eleva demasiado: [ H] < [TΔS] y se cumplirá, ΔG0T = (ΔH0T - TΔS0T ) = -ΔH0T - (-TΔS0T ) = -ΔH0T + TΔS0T > 0
La formación de alcohol estará favorecida trabajando a temperaturas no muy altas y empleando exceso de agua. Obtención de la olefina: OH R CH CH3
H3O+
R CH CH2 + H OH
+
ΔST >0 + ΔHT > 0
Ahora sucede lo contrario. Si la temperatura no es alta se cumple que [Δ HT] > [TΔS] y entonces: ΔG0T = (ΔH0T - TΔS0T ) > 0
Si la temperatura se eleva lo suficiente: [ ΔH] < [TΔS] y se cumplirá, ΔG0T = (ΔH0T - TΔS0T ) < 0
La constante de equilibrio de la reacción es: K'eq =
[alqueno] [H2O] [alcohol]
Para que el equilibrio se desplace hacia la formación de la olefina, se debe eliminar agua del medio de reacción. La formación de olefina estará favorecida trabajando a temperaturas altas y eliminando agua del medio de reacción. OH R CH CH3
H3O+ Q
R CH CH2 + H2O
INTERMEDIOS DE REACCIÓN
CARBOCATIONES
Los haluros de alquilo reaccionan con NaOH acuoso, dando lugar a alcoholes: CH3 CH3 C Cl
CH3
+
NaOH
CH3
CH3 C OH
+ Cl
_
+
+ Na
CH3
La reacción transcurre del modo siguiente:
VI
137
CH3 CH3 C
CH3
CH3
+
Cl
CH3 (carbocatión)
CH3 CH3 C +
_
CH3 C +
Cl
CH3
_ HO
+
CH3 C OH CH3
CH3
Los carbocationes tienen una geometría triangular y plana: CH3 CH3 C +
+
CH3
CH3
C
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
(carbocatión) [OA vacio]
Una prueba indirecta de la existencia de cationes carbonio planos es la racemización de sustratos ópticamente activos: H
H
NaOH H 2O
C6H5 C Cl CH3
50 % (R)
C6H5 C OH
50 % (S)
CH3
estereoisómero puro ópticamente activo
OH
OH 1
C6H5
H CH3
1
Cl C 6H5
Cl C6H5
CH3 H
+
C6H5
H CH3
_ HO
H
C6H5
CH3 H (S)
CH3
H
2
(S) 2
estereoisómero puro ópticamente activo
H
CH3
C6H5
C6H5
CH3
OH
OH (R)
ESTABILIDADES RELATIVAS DE LOS CATIONES CARBONIO
+ Ar CH2
_ ~
R R C+
>
R + CH2 C
R C R
R
_ ~
R C+
R
H >
H
R C+
>
+ R C CH2
H >
H C+ H
H
Las reacciones de transposición que transcurren a través de cationes carbonio, se deben a las estabilidades relativas de estos intermedios: CH3 CH3 C CH2OH CH3 2,2-Dimetil-1-propanol
HCl
CH3
Cl CH3 C CH2 CH3 CH3 2-Cloro-2-metilbutano
y no
CH3 C CH2 Cl CH3
1-Cloro-2,2-dimetilbutano
VI
138
CH3
CH3
H+
H
CH3 C CH2
CH3
_H O 2
+
CH2
CH3 C
+
CH3
CH3
O H
:
: :
CH3 C CH2 OH
CH3 (carbocatión primario)
CH3 CH3 C
+ CH3 C
transposición
+ CH2
Cl
CH2 CH3
Cl
_
CH3 C
CH3
CH3
CH2 CH3
CH3 2-Cloro-2-metilbutano
(carbocatión terciario)
CARBANIONES
Los carbaniones se forman a partir de compuestos que tienen hidrógenos ácidos unidos a átomos de carbono: α
O
O
O _ O EtO C CH C OEt
+ Et3N:
EtO C CH2 C OEt
+
+ Et3N H
Malonato de dietilo
Keq = 103
pKa 10
pKa 13
α O
O
H3C C CH2 C OEt
+
HO
O _ H3C C CH
_
O C OEt
+
H2O
Keq = 5,0 x 104
pKa 15,7
Acetilacetato de etilo pKa 11,0
Los carbaniones, lo mismo que los cationes carbonio, tienen geometría triangular y plana: [OA lleno] O _ O EtO C CH C OMe
_ H
CO2Me
CO2Me
H
CO2Et
CO2Et
Este hecho explica que, en algunas reacciones en las que intervienen carbaniones, tengan lugar procesos de racemización. Un ejemplo es la reacción del malonato de dietilo con un haluro de alquilo en medio básico: CO2Et
_ 1)HO
CH2 CO2Me
EtO2C CH2
+
2)ICH3
CH3 CH CO2Me
EtO2C _ CH
_ HO
MeO2C
+ H2O
MeO2C
EtO2C _ CH MeO2C
CO2Et
EtO2C CH3
_ CH CH3 + I
I MeO2C
VI
139
CH3 1
CH3 1
H
CH3 H
CO2Me
I
CO2Me
CO2Et
(S)
CO2Me
H
CO2Et
CO2Et
2
CH3
CO2Me
I
CO2Et
CO2Et H
H
2
CH3 CO2Me
CH3
(R)
VELOCIDAD Y ORDEN DE UNA REACCIÓN
CH3Br
+
CH3CH2O
_
+ Na
CH3 CH3 C Br
+
CH3CH2O
_
Na
CH3
CH3 CH3 C CH2 Br + CH3CH2O
_
Na
+
CH3
velocidad moderada: 4h
CH3 O CH2CH3
+
CH3
velocidad moderada: 4h
CH3 C O CH2CH3 CH3
CH3 CH3 C CH2 O CH2CH3
107 veces más lenta:
_ 4500 años ~
CH3
ORDEN DE REACCIÓN
v = k [concentración] k es la velocidad específica de reacción, es decir, la velocidad de reacción cuando la concentración es la
unidad. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN CON LA CONCENTRACIÓN
CH3Br
_
+
+ CH3CH2O Na
CH3 O CH2CH3
(velocidad de formación) [BrCH3]i
[C2H5O−]i
0.1
0.1
v
0.2
0.1
2v
0.1
0.1
v
0.1
0.2
2v
CH3-O-CH2CH3
v = k [BrCH3]
v = k [C2H5O−]
VI
140
La reacción del CH3Br con C2H5O− es de primer orden con respecto al CH3Br y de primer orden en relación al C2H5O−; globalmente es una reacción de segundo orden, porque la velocidad de reacción depende de las concentraciones de dos reactivos. CH3Br
CH3CH2O
+
_
+ Na
CH3 CH3CH2O
CH3 C Br +
_ v = k[CH3Br][C2H5O ]
CH3 O CH2CH3
_
CH3
+ Na
CH3 C O CH2CH3
CH3
CH3
(velocidad de formación) [C2H5O−]i
[Me3CBr]i
Me3C-O-CH2CH3
0.1
0.1
v
0.2
0.1
2v
0.1
0.1
v
0.1
1
v
v = k [(Me3)3CBr]I
v = cte.
La reacción del (Me3)3CBr con C2H5O− es de primer orden respecto a la concentración del derivado halogenado y de orden cero para al anión etóxido. Globalmente es una reacción de primer orden: CH3 CH3CH2O
CH3 C Br +
_
CH3
+ Na
CH3 C O CH2CH3
CH3
v = k [Me3CBr]
CH3
ORDEN, MOLECULARIDAD Y MECANISMO DE UNA REACCIÓN
Se llama molecularidad de una reacción, el número de moléculas que participan en el paso que determina la velocidad global de dicha reacción (es decir, el paso más lento)
Los aniones alcóxido reaccionan con haluros de alquilo originando éteres: CH3Br
+
CH3CH2O
_
+ Na
CH3 O CH2CH3
_ v = k[CH3Br][C2H5O ]
La estereoquímica de la reacción se puede visualizar del modo siguiente: H CH3CH2O
_
_ δ CH3CH2O
Br H
H
H
H
_ δ Br H
H CH3CH2_O
H H
_ + Br
La reacción transcurre en un solo paso y su velocidad depende de las concentraciones de los dos compuestos que intervienen en la reacción. Se trata de una reacción bimolecular de segundo orden. CH3 CH3 C Br +
CH3CH2O
_
Na
CH3
+
CH3 CH3 C O CH2CH3
v = k [Me3CBr]
CH3
La reacción transcurre de la forma siguiente:
VI
141
Me
Me
δ+
Br
Me Me
Me
_ δ Br
lenta
+
Me Me
Me
+
_ Br
Me
catión carbonio Me _
Me rápida
+
CH3CH2O Me
CH3CH2O
Me
Me Me
La reacción entre Me3CBr y C2H5O− es monomolecular, de primer orden y transcurre en dos pasos. El orden global de cualquier reacción es el mismo que el orden correspondiente a la etapa más lenta
EL ESTADO DE TRANSICIÓN
La velocidad de cualquier reacción viene determinada por el paso del sistema a través de un estado de energía máxima, llamado estado de transición, en el que un enlace comienza a romperse y, en algunos casos, otro enlace inicia su formación. [estado de transición]
reactivos
productos
[estado de transición]
K =
[reactivos]
Mediante la mecánica estadística, puede demostrarse que todos los estados de transición se transforman en sus productos respectivos con la misma velocidad: KBT/h (KB es la cte. de Bolztmann; h es la cte. de Planck) B
A 250C, TKB / h = 6x1012 seg. La velocidad de cualquier reacción puede expresarse entonces como: v=
K =
TKB [estado de transición] h
[estado de transición] [reactivos] v=
[estado de transición] = K [reactivos]
KB T [estado de transición] = h
La velocidad específica de cualquier reacción será:
Como
ΔG = ΔH − TΔS ; ΔG = ΔH − TΔS
k=
;
K BT h
K
[reactivos]
[reactivos] = 1 ;
v= k=
KB T h
K
en el equilibrio: ΔG = −RT lnK
KBT ΔGT exp _ h RT
(ecuación de Eyring)
Esta ecuación dice que la velocidad específica de cualquier reacción (k) es proporcional a ΔGT (no a ΔGT )
VI
142
UN SÓLO ESTADO DE TRANSICIÓN Y NINGÚN INTERMEDIO DE REACCIÓN A
B
ΔG
ΔG > 0
A
ΔG < 0 B
curso de la reacción
Reacción entre BrCH3 y EtO−: un estado de transición y ningún intermedio de reacción: _ H δ CH3CH2O
ΔG
_ δ Br
H H
ΔG > 0
H H
_ Br + CH3CH2O
ΔG < 0
H H CH3CH2_O
+ Br
_
H H
curso de la reacción
VI
143
DOS ESTADOS DE TRANSICIÓN Y UN INTERMEDIO DE REACCIÓN
A + B
lenta
rápida
I
ΔG (1) > ΔG (2)
C
(1)
ΔG
(2)
ΔG (2) I
ΔG (1) intermedio de reacción
ΔG
A + B
C
curso
Reacción entre Me3CBr y C2H5O−: dos estados de transición y un compuesto intermedio.
Me δ+
ΔG
_ δ Br
Me Me Me _ δ δ+ CH3CH2O Me Me
ΔG2
ΔG1
Me + Me
Me
catión carbonio
ΔG < 0
Me Me Me
Br
Me CH3CH2O
Me Me
curso
VI
144
CONTROL CINÉTICO Y CONTROL TERMODINÁMICO DE UNA REACCIÓN
⎯ Una reacción está controlada termodinámicamente cuando los productos se aislan después de alcanzado el equilibrio. En estas condiciones, el producto mayoritario es el más estable. ⎯ Una reacción está controlada cinéticamente cuando los productos se aislan antes de que se alcance el equilibrio. En estas condiciones, el producto mayoritario es el que se forma más rápidamente y no tiene por qué ser el más estable. Imaginemos un compuesto A capaz de transformarse en dos productos distintos B y C, a través de dos reacciones diferentes con constantes de equilibrio KB y KC, y constantes específicas de velocidad idénticas: B
KC =
[C] [A]
KC
C
Supongamos que KB = 100KC
KB
A
[B]
;
[A]
= 100
[B]
KB =
B
[C] [A]
[A]
[B] = 100 [C]
Una vez alcanzado el equilibrio entre A, B y C, la concentración de B será 100 veces mayor que la de C. De los dos compuestos (B y C) B es el más estable. Supongamos ahora que las constantes específicas de velocidad, para la transformación de A en B o C son significativamente distintas:
C
k(C) = 100000 seg-1 A
k(-C) = 10000 seg-1
k(B) = 1000 seg-1
B
k(-B) = 1 seg-1
La constante de equilibrio de cada reacción, es igual a la relación que existe entre las constantes específicas de velocidad de las reacciones directa e inversa:
KC =
k(C) k(-C)
=
100000 = 10 10000
KB =
k(B) k(-B)
=
1000 1
= 1000
KB KC
= 100 (de acuerdo con el supuesto inicial)
Ahora el producto mayoritario será el C, porque es el que se forma más deprisa y la reacción no ha tenido tiempo de alcanzar el equilibrio.
TIPOS DE PROCESOS DE RUPTURA Y FORMACIÓN DE ENLACES Reacciones heterolíticas:
Reacciones homolíticas:
A
B
A
B
+
A (catión)
+
_
:B (anión)
A (radical) + B (radical)
VI
145
REACTIVOS NUCLEÓFILOS Y ELECTRÓFILOS
Un reactivo nucleófilo es un anión o una molécula con pares de electrones libres, que se une a un átomo de carbono con densidad electrónica baja (base de Lewis): :
_ C:
: NH3
H 2O
:
:
N
:
_ R O:
:
:
_ H O: :
:
_ :Cl :
Un reactivo electrófilo es un catión que se une a un par de electrones de un átomo de carbono con densidad electrónica alta (ácido de Lewis): + H 3O :
+ NO2
+ RCH2
+ Br
Ejemplo de reacción nucleófila (el reactivo que provoca la reacción es un nucleófilo): NCK + C6H5CH2_Br
_ N C:
C6H5CH2_CN + KBr
Br :
CH2
N C CH2
C6H5
+
_ : Br :
C6H5
Ejemplo de reacción electrófila (el reactivo que provoca la reacción es un electrófilo): NO2
H H2SO4
+ HO3N
+ NO2
HNO3 + H2SO4
H
SO4H
+ NO2
_
H
+
SO4H
_
+ H2O
NO2 +
NO2
+
H2SO4
TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN REACCIONES DE ELIMINACIÓN REACCIONES DE ADICIÓN
En las reacciones de sustitución y adición, el reactivo que interviene puede ser electrófilo o nuclófilo: REACCIONES DE SUSTITUCIÓN
REACCIONES DE ADICIÓN
El reactivo es electrófilo: SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA El reactivo es nucleófilo: SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA El reactivo es electrófilo: ADICIÓN ELECTRÓFILA El reactivo es nucleófilo: ADICIÓN NUCLEÓFILA
VI
146
Por otra parte, en las reacciones orgánicas intervienen átomos de carbono saturados o átomos de carbono no saturados. Existen seis tipos básicos de procesos: Sustitución nucleófila en un átomo de carbono no saturado Sustitución nucleófila en un átomo de carbono saturado Sustitución electrófila en un átomo de carbono no saturado Adición nucleófila a un átomo de carbono no saturado Adición electrófila a un átomo de carbono no saturado Reacciones de eliminación en un átomo de carbono saturado o no saturado
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO NO SATURADO
O Nu
_
O
C
Z
Nu
R
C
+ Z
_
R
Los grupos salientes Z más comunes son: Cl−, R-CO-O−, HO−, RO−, NH2−, RNH−. Es decir, son reacciones en las que están implicados los siguientes compuestos: cloruros de ácido, anhidridos de ácido, ácidos, ésteres y amidas.
_ HO
_ :O :
:O C
adición
Cl
HO C
CH3
Cl
eliminación
:O: HO C
CH3
CH3
+
Cl
+
Cl
_
Ácido acético
Cloruro de acetilo _ : O:
:O H3N:
C
+ H3N C
adición
Cl
CH3
Cl
eliminación
+ H3N
: O: C
CH3
+
+ B
_
CH3
Cloruro de acetilo
B:
H
+ NH2
O C
O CH3
H2N
C
CH3
H
acetamida
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO
_ Nu
_ Nu___CH2__R + Z:
CH 2____Z R
_ _ Br C6H5O
_ R-CO2
R-OH :
_ _ RO HO
:
_
:
Los reactivos nucleófilos más empleados son: NC
H2O:
R3N:
VI
147
Los sustratos (RCH2 ⎯ Z) más comunes en estas reacciones son los derivados halogenados (Z= Cl, Br, I) La reacción entre un haluro de alquilo y amoníaco o anión cianuro son dos ejemplos: CH3 H3N:
CH2
+ H3N
Cl
CH3 CH2 +
Cl
_
Cloruro de etilo
HO
_
H
CH2 CH CH2 I
+ NH2
+
CH3 CH3 CH2 NH2 + H2O Etilamina
CH2
NC
_
CH2 CH CH2 CN
Yoduro de alilo
+
I
_
3-Butenonitrilo
3-Yodo-1-propeno
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO NO SATURADO
El benceno y la mayoría los hidrocarburos bencenoides reaccionan con electrófilos (E+) dando lugar a hidrocarburos aromáticos en los que el reactivo electrófilo sustituye a un átomo de hidrógeno: E
H + E+
+
H+
Los reactivos (E) implicados normalmente en las reacciones de sustitución electrófila son los siguientes: O E=
R+
+ NO2
R C+
X+
SO3
COR RCOCl
+ HCl
AlCl3
O
O R_ C
Cl :
H O R C+
R_ C
AlCl3
_ Cl3Al
Cl
H +
+ Cl
_ AlCl3
CO_R
O R_ C +
_ AlCl4
CO_R + HCl + AlCl3
VI
148
REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
Los sustratos más comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas: δ− O
δ− O C
δ+
+
Cδ H
Me
Me
μ = 2,73 D
Me
μ = 2,84 D
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes: :
:
_ _ Nu = H : R_OH :
R_NH2
NC
_
R_C
_ C
Esquema general de la reacción:
Nu
R
R
_
C
Nu
O
R
_ O
C
R HB
Nu
OH
C R'
R'
Los aldehidos y las cetonas reaccionan, por ejemplo, con anión cianuro (NaCN o KCN), dando lugar a un ión alcóxido que en medio ácido se transforma en una cianhidrina:
N C
_
O
R N C
O
+ H___OH2
_
OH
C__R
C__R
N C
+
H2O
R R
R ión alcóxido
cianhidrina
_ O _ CH2CHO
+
CN
CH2__CH__CN
OH H3O+
CH2__CH__CN (67 %)
Fenilacetaldehido
2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo
REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA A UN ÁTOMO DE CARBONO NO SATURADO
En este tipo de reacciones, el enlace π de una olefina se transforma en dos enlaces σ: E+ R CH CH R
E R C H
H C R + _ Nu
E R C H
Nu C R H
VI
149
δ+ H
δ− Br
+ R CH
lenta
R CH CH2
CH3
+
Br
_
[carbocatión secundario] + R CH
CH3 + Br
_
Br
rápida
R CH
CH3
2-Bromopropano
REACCIONES DE ELIMINACIÓN EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO O NO SATURADO
Las reacciones de eliminación son, esencialmente, lo contrario de las reacciones de adición electrófila: formación de un enlace π a partir de dos enlaces σ. El desencadenante de la reacción es una base (nucleófilo):
HO
_ HO
Br
R
_
H
CH
CH3 H
CH
R
CH R
Br
CH3 CH CH CH3
CH CH3
CH3 Br
_ HO
H
C
C
_ H2O + Br
+
CH CH R
+
H2O
+
CH3 CH3
C
C CH3
+
H2O
+ Br
Br
_
_
EJERCICIOS ADICIONALES 6.1 Los aniones alcóxido, empleados en la síntesis de éteres, se obtienen a partir del alcohol correspondiente
por reacción con un metal (Na o K) o una base. Explica si las siguientes reacciones son adecuadas para la obtención de los alcóxidos que se indican, calculando en cada caso la variación de energía libre estandar y la constante de equilibrio (utiliza la tabla de pKa que aparece en los apéndices) 1.
CH3CH2OH + NaOH
2.
2CH3OH + 2Na
3.
Me3C-OH + NH3(liq.)
4.
Me2CH-OH + Na+H
_ CH3CH2O Na+ + H2O _ 2CH3O Na+ + H2
_
_ Me3CO NH4+ _ Me2CHO Na+ + H2
6.2 Los carbaniones son intermedios de reacción muy útiles en la síntesis de compuestos orgánicos. Explica si
las siguientes reacciones son adecuadas para la obtención de los carbaniones que se indican, calculando en cada caso la constante de equilibrio.
VI
150
C CH2 C H
2.
CH4 + CH3CH2O
3.
_ CH3 CN + CH3O
+ _
:
_ 4.
CH3 NO2 +
5.
CH3 C
O _
_ HO
: NH2
O CH2 CO2C2H5 +
H
C CH
O C H + H2O
_ : CH3 + CH3CH2OH _ : CH2 _ : CH2
CN + CH3OH
NO2 +
: NH3 O _ CH3 C CH CO2C2H5 + H2CO3
_ HCO3
:
O
H
:
O 1.
6.3 Considera el siguiente equilibrio conformacional: CH3(a) H
CH3(e)
ΔG0298 = −1700 cal / mol
H
Apartado 1: Calcula la constante de equilibrio a 250 C y una atmósfera de presión. Apartado 2: Averigua los porcentajes molares de las dos conformaciones, una vez que el sistema alcanza el equilibrio. Apartado 3: Explica brevemente (sin realizar ningún cálculo) qué sucederá si, una vez alcanzado el equilibrio a 250C y una atmósfera de presión, la temperatura se eleva hasta 1500C manteniendo la presión constante
VI
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS
ESTABILIDADES DE LOS ALQUENOS
REACCIONES DE HIDROGENACIÓN
CH3CH2 CH CH2
H2 [Pt]
CH3CH2CH2CH3
ΔH0 = -30.3 kcal/mol
Butano
Me
Me C
C H
H
H2 [Pt]
CH3CH2CH2CH3
ΔH0 = -28.6 kcal/mol
Butano
(Z)-2-Buteno
Me
H C
H
C Me
H2 [Pt]
CH3CH2CH2CH3
ΔH0 = -27.6 kcal/mol
Butano
(E)-2-Buteno
El alqueno con el doble enlace al final de la cadena (1-buteno, alqueno terminal) es menos estable que cualquiera de los dos alquenos con el doble enlace en el interior de la cadena (2-buteno) El alqueno (E) con los grupos más voluminosos del doble enlace alejados entre sí, es más estable que el alqueno (Z) en el que dichos grupos están próximos. CH3 CH3CH CH CH2
H2 [Pt]
3-Metil-1-buteno
CH3 CH3CHCH2CH3
ΔH0 = -30.3 kcal/mol
2-Metilbutano
alqueno terminal con un sustituyente (i-Pr) en el doble enlace CH3 CH3CH2 C
CH2
H2 [Pt]
2-Metil-1-buteno
CH3 CH3CH2CHCH3
ΔH0 = -28.5 kcal/mol
2-Metilbutano
alqueno terminal con dos sustituyentes (Me, Et) en el doble enlace
CH3 CH3CH C CH3 2-Metil-2-buteno
H2 [Pt]
CH3 CH3CH2CHCH3
ΔH0 = -26.9 kcal/mol
2-Metilbutano
alqueno con tres sustituyentes (Me) en el doble enlace
VII
152
Los alquenos con el doble enlace en el interior de la cadena son más estables que los alquenos terminales. La estabilidad de un alqueno aumenta con el número de grupos alquilo que están unidos a los átomos de carbono del doble enlace. Los alquenos con los sustituyentes más voluminosos en posición trans, son más estables que los correspondientes diastereoisómeros cis.
En los alquenos, los términos cis y trans se utilizan para describir la posición relativa de dos grupos cualquiera unidos a átomos distintos del doble enlace. La terminología (Z) / (E) hace referencia a la configuración absoluta del alqueno.
REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA
REACCIONES CON HALUROS DE HIDRÓGENO (HCl, HBr, HI)
Las adiciones electrófilas a enlaces múltiples implican la conversión de un enlace π en dos enlaces σ. El átomo de hidrógeno es el electrófilo más común en estas reacciones. En general, este tipo de reacciones es energéticamente favorable, es decir, son exotérmicas. Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción:
CH3
H
HX
CH CH CH3
CH3
C6H5 CH CH C6H5
CH CH CH3 H
HX
X
X
C6H5 CH CH C6H5
En general: R2 R2 R1 C
C
R1
HX
R1
R2
R2
C
C
H
X
R1
Sin embargo, cuando el doble enlace del alqueno no tiene los mismos sustituyentes, existe la posibilidad de que se formen dos productos diferentes: H CH3 CH CH3 CH CH2
Cl (CH3CH2CH2Cl ; 1-Cloropropano)
CH2
HCl Cl CH3 CH
Cl
H CH2
(CH3_CH_CH3 ; 2-Cloropropano)
La adición electrófila de haluros de hidrógeno al doble enlace de una olefina transcurre a través de carbocationes (Tema 6): Primer paso: reacción del alqueno con el protón procedente de H-X: δ− Br
CH3
δ+ H CH CH2
δ− Br
CH3
δ+ H CH CH2
lenta
CH3
+ CH
CH3
+
Br
_
[carbocatión secundario] lenta
CH3
+ CH2 CH2
+
Br
_
[carbocatión primario]
VII
153
Segundo paso: reacción del catión carbonio con el anión bromuro (nucleófilo):
CH3
+ CH
CH3
Br
+
_
Br
rápida
CH3 CH
+ CH3 CH2 CH2
CH3
2-Bromopropano
[carbocatión secundario]
+
Br
rápida
_
CH3
[carbocatión primario]
CH2 CH2Br
1-Bromopropano
EJERCICIO 7.1
La reacción del propeno con HBr da lugar únicamente a bromuro de isopropilo. 1. ¿Cuál de los dos equilibrios estará más desplazado hacia la derecha? : Br CH3 CH CH2 (g) + HBr (g)
CH3 C CH3 (g) H
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g)
CH3 CH2 CH2Br (g)
2. Calcula las constantes de equilibrio correspondientes a las dos reacciones. 3. Calcula los porcentajes de 1-bromopropano y 2-bromopropano una vez alcanzado el equilibrio. 4. ¿Por qué no se obtiene nada de 1-bromopropano? _ Datos: ΔG(1-propeno)= +14,99 kcal/mol; ΔG(1-bromopropano)= 5,37 kcal/mol _ _ ΔG(2-bromopropano)= 6,51 kcal/mol; ΔG(1-bromopropano)= 12,73 kcal/mol
En la reacción entre propeno y HBr, el 2-bromopropano se forma más rápidamente que el 1-bromopropano (ver la respuesta del Ejercicio 1) ¿Por qué?
lenta
CH3
+ CH
CH3
+
Br
_
rápida
[carbocatión secundario] CH3
CH CH2
lenta
+ CH2 CH2
[carbocatión primario]
+
CH
CH3
2-Bromopropano
HBr
CH3
Br CH3
Br
_
rápida
CH3
CH2 CH2Br
1-Bromopropano
La velocidad total de reacción es proporcional a la energía libre de activación del paso más lento que, en este caso, corresponde a la formación de los dos carbocationes (ecuación de Eyring, Tema 6) El carbocatión isopropilo (secundario) es más estable que el catión propilo (primario) y la energía de activación necesaria para su formación (ΔG1≠) es bastante menor que la correspondiente al primario (ΔG2≠) Por consiguiente, el carbocatión secundario se forma más rápidamente que el primario y esto se refleja en el resultado final: no se obtiene nada de 1-bromopropano, que proviene del carbocatión primario. La reacción está sometida a control cinético.
VII
154
+ CH3CH2CH2 +_ Br
ΔG
≅ 16 kcal/mol ΔG2
ΔG1
+ CH3CHCH3 + _ Br
CH3 CH CH2 +
-7.63 kcal/mol
HBr
-8.77 kcal/mol
CH3CH2CH2Br ≅ 1 kcal/mol CH3 CH CH3 Br
curso
REGIOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN DE ÁCIDOS PRÓTICOS A OLEFINAS. REGLA DE MARKOVNIKOV
En este caso, el término regioselectividad hace referencia al hecho de que el reactivo electrófilo (H+) se une preferentemente al átomo de carbono del doble enlace que tiene más hidrógenos. O dicho de otro modo: el reactivo electrófilo se une al doble enlace dando lugar con preferencia al carbocatión más estable.
R2 1
R2 R1 C 2
CH2
1
C CH3 + [terciario]
R
Br
R2
_ 1
R
C
CH3
(producto mayoritario)
Br
HBr R2
1 2
+ R1 CH CH2
Br
_
R2 R1 CH CH2Br
(producto minoritario)
[primario]
VII
155
R2 1
R1 C CH2 + [terciario]
R2 R1 C 2
CH R3
Br
R3
R2
_
R1 C
CH2
R3
(producto mayoritario)
Br
HBr R2
1 1
R
2
+ CH CH
R
R2
_
Br
3
Br
CH CH R3
1
R
(producto minoritario)
[secundario]
Las olefinas que no tienen átomos de hidrógeno unidos a los carbonos del doble enlace, dan lugar siempre a dos carbocationes terciarios: R2 R3 1
R2 R3 R1 C
C
2
1
R4
R1 C CH R4 + [terciario]
X
3 R2 R
_
R1 C
CH
R4 (1)
X
HX R2 1
R
2
R3 4
CH C R + [terciario]
X
R2
_ 1
R
R3
CH C
R4
(2)
Br
En una situación así, resulta muy difícil (si no imposible) predecir cuál de los dos productos obtenidos (1) o (2) será el mayoritario. Lo habitual es que se obtenga una mezcla que contiene aproximadamente el 50 % de (1) y el 50 % de (2) REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN EN CARBOCATIONES
Hay ocasiones en las que una reacción de adición electrófila da lugar a productos inesperados, en los que la estructura de la molécula inicial cambia de forma sustancial (Tema 6) Por ejemplo: CH3 CH3
CH CH CH2
HCl 250C
CH3 CH3
C CH2 CH3 Cl
CH3 CH3
+
2-Cloro-2-metilbutano
CH CH CH3 Cl
2-Cloro-3-metilbutano
50 %
50 %
En principio, no debería obtenerse 2-cloro-2-metilbutano: 1
CH3
+ CH CH CH3
Cl
_
CH CH CH2 2
CH3 Cl CH3
CH CH CH3
2-Cloro-3-metilbutano
[secundario]
CH3 CH3
CH3
HCl 250C
1
CH3 2
CH3
+ CH CH2 CH2 [primario]
Cl
CH3
_ CH3
CH CH2 CH2Cl
1- Cloro-3-metilbutano (no se obtiene)
VII
156
¿De dónde procede el 2-cloro-2-metilbutano? H
CH3 CH3
CH3
Cl CH3
CH CH CH2
+ CH CH CH3 [secundario]
En el carbocatión secundario tiene lugar una transposición de anión hidruro (H:−):
CH3 CH3
C
+ CH CH3
CH3
transposición
CH3
H [secundario]
C +
Cl
CH CH3
_
CH3 CH3
H
C
CH2 CH3
Cl 2-Cloro-2-metilbutano
[terciario; más estable]
En estas reacciones de transposición pueden estar implicados, además del anión hidruro, grupos alquilo. El ejemplo siguiente es un “anión” metilo el que se desplaza: CH3 CH3
CH3 CH3
HCl
C CH CH2
CH3
-780C
CH3 3,3-Dimetil-1-buteno
C
CH3 Cl
CH CH3
+
CH3
Cl
C
CH CH3
CH3
2-Cloro-2,3-dimetilbutano
2-Cloro-3,3-dimetilbutano
61 %
37 %
EJERCICIO 7.2
Escribe un mecanismo de la reacción anterior que permita explicar la formación de los dos haluros de alquilo.
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES QUE TRANSCURREN A TRAVÉS DE CARBOCATIONES
Ya se ha dicho que los carbocationes tienen geometría plana (Tema 6) Este hecho da lugar a la aparición de mezclas racémicas en muchas reacciones de adición electrófila.
C6H5
H C6H5
CH CH2
Br
HBr
CH CH2
*
Br *
C6H5
CH CH3 * mezcla de dos estereoisómeros
+
CH CH3 *
C6H5
+
H CH3
* carbocatión estabilizado
VII
157
Br
Br 1
C6H 5
HBr
C6H5 CH CH 2
+
C6H5
H
Br
C 6H 5
H CH3
1
_
CH3 H (S)
CH3
H
2
H
CH3
C 6H 5
2
C 6H 5 Br
CH3 Br (R)
EJERCICIO 7.3
Escribe el mecanismo de la reacción que tiene lugar entre (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno y HCl. Utiliza representaciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de los cuatro estereoisómeros posibles del 3-cloro-3,4-dimetilhexano.
REACCIÓN CON AGUA EN MEDIO ÁCIDO FUERTE
CH3 CH3 CH3 C
C CH3
CH3 CH3
H2SO4
CH3
H2O
OH 2,3-Dimetil-2-butanol
2,3-Dimetil-2-buteno
O H2O :
H
CH3
CH C
+ H3O
O S OH
+
_ : O SO3H
O
CH3 CH3
CH3 CH3 CH3 C
CH3
C CH3
+ H2O
C
C
+
H
H2O :
+
CH3
H
CH3
CH3 CH3 C C CH3 H
CH3
+
H
: OH2
CH3 CH3 CH3
CH C
: OH 2
+
CH3 CH3 CH3
CH3
CH C
+ : OH H
CH3 CH3 C C CH3
CH3
+
+ H3O
OH : OH2
2,3-Dimetil-2-butanol
El carbocatión que se forma, además de reaccionar con una molécula de agua, puede hacerlo con el anión hidrogenosulfato presente en el medio:
CH3
CH3 CH3 C C CH3 + _ H : O SO3H
CH3
CH3 CH3 C C CH3 O SO3H H
hidrogenosulfato de alquilo éster de un alcohol y ácido sulfúrico
VII
158
Estos hidrogenosulfatos de alquilo reaccionan con agua dando lugar al mismo alcohol:
CH3
O
CH3 CH3 C C O H
S OH
H OH
+
CH3
O
CH3
hidrogenosulfato de alquilo
O
CH3 CH3 CH C CH3 OH
HO S OH
+
O
2,3-Dimetil-2-butanol
EJERCICIO 7.4
Averigua que olefinas se deben utilizar para obtener los siguientes alcoholes: alcohol terc-butílico, 1-feniletanol, 1-metilciclobutanol y 2-metil-2-butanol.
La reacción de olefinas cíclicas, con haluros de hidrógeno o con agua en medio ácido fuerte, transcurre también a través de carbocationes: Cl
Me
HCl
Me
Me
Me HBr H Et
Br
H
Et
Me
Me
H2O H2SO4
Me H
OH Me H
EJERCICIO 7.5
Escribe el mecanismo de las tres reacciones anteriores utilizando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen.
REACCIONES DE LOS CARBOCATIONES CON ALQUENOS. POLIMERIZACIÓN CATIÓNICA DE OLEFINAS
Los carbocationes son reactivos electrófilos, capaces de reaccionar con las olefinas: CH3 CH3
C
CH2
+
+
H B
CH3 CH3
C
+
CH3
+
:B
VII
159
CH3 CH3
C
CH3 CH2
C
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C
CH2
+
C CH3 CH3
catión dímero
El proceso puede continuar indefinidamente, mientras existan moléculas de alqueno en el medio de reacción: CH3 CH3
C
C
CH3
CH3
CH3 CH2
CH3
CH2 C CH3
CH3
C
CH2
+
CH3
catión dímero
CH3 CH3
C
CH3
CH3 CH2
+C CH3
C
CH3
CH3
C CH2
C
CH3
CH3
CH3
catión trímero
CH3
CH2 C CH2
CH3
CH3 CH3
CH3
C
+
CH3
CH2
CH3
CH3
C CH2
C
CH3
CH3
CH3 CH2
C
CH3
CH3
catión tetrámero
catión trímero
La reacción se detiene cuando la base (:B) sustrae un protón del átomo contiguo al carbono con carga: CH3 CH3
C
+
B:
CH
CH3
CH3
C CH2
C
CH3
CH3
CH3 CH2
C
CH3
CH3
CH3
C
CH
CH3
H
CH3
CH3
C CH2 CH3
C
CH3 CH2
CH3
C
+
CH3 + H B
CH3
Si se permite que la reacción avance, se obtiene un polímero (“plástico”) es decir, un compuesto de peso molecular elevado en el que se repite la estructura carbonada de la olefina de partida: CH3 CH3 C
CH2
polimerización H B
CH3
CH3
CH3 C CH
C CH2 CH3
n
polímero del metilpropeno
EJERCICIO 7.6
Escribe la reacción de polimerización del etileno cuando se emplea un catalizador ácido, p.ej. H2SO4.
REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON HALÓGENOS
Las olefinas reaccionan con cloro o bromo dando lugar a derivados dihalogenados: CH3 CH CH CH3 2-Buteno
Cl2
Cl
Cl
CH3 CH CH CH3 2,3-Diclorobutano
VII
160
CH2 CH2
+
NaCl / H2O
Br2
disolución saturada
BrCH2CH2Br
BrCH2CH2Cl
+
1,2-Dibromoetano
1-Bromo-2-cloroetano 46 %
54 %
CH2 CH2
+
H2O
Br2
BrCH2CH2Br
00 C
BrCH2CH2OH
+
1,2-Dibromoetano
2-Bromoetanol 54 %
37 %
Cuando se hace reaccionar el (E)-2-buteno con bromo se obtiene únicamente la forma meso del 1,2dibromobutano:
Me
H
H
Me
Br2
Me H
Br
Me H
Br
H Me
Br
(E)-2-Buteno
Me H 2
3
Br (2R,3S)
Si la reacción se lleva a cabo con el (Z)-2-buteno se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico): H Me
Me
Br2
H Me
H
Br
(Z)-2-Buteno
Br 2
H
Br
3
2
+
H Me
H Me
3
Me
Br (2R,3R)
(2S,3S)
EJERCICIO 7.7
Comprueba que si las dos reacciones anteriores transcurrieran a través de carbocationes, se obtendrían los mismos productos partiendo del estereoisómero (Z) o del (E)
Para poder explicar la estereoquímica de estas reacciones se planteó la siguiente hipótesis: la reacción con la olefina debe dar lugar a un catión en el que el halógeno está unido simultáneamente a los dos átomos de carbono del doble enlace (catión halogenonio):
3 1
_ :X :
:X : :X :
R CH
+ :X :
2
CH R'
R C
C R'
H
H
(catión halogenonio)
El catión halogenonio reacciona posteriormente con el anión del halógeno (nucleófilo) por el lado menos impedido estéricamente (adición anti): +
:X: H R _ :X :
X
R H H R'
H R'
X (1)
VII
161
+
:X: H R
X H R'
_ : X:
H R'
H R
X (2 )
Se obtiene una mezcla de dos enantiómeros: (1) y (2) Veamos si la hipótesis del catión halogenonio, permite dar cuenta de los resultados que se obtienen en la reacción del bromo con los dos estereoisómeros del 2-buteno: (Z)-2-buteno: Me
H
1
Br 2
3
H Me
Br + Br H Me
H
Br2
H
H
Me
Me
Br
H
Me
3
Me Br
H
(1) (2S,3S)
_
2
Br
Me 2
1
H Me
Br 2 2
3
H Me
Br
H 2
Me Br
3
Br Me
H
(2) (2R,3R)
Se obtiene una mezcla equimolecular (racémico) de la pareja de enantiómeros del 2,3-dibromobutano. (E)-2-buteno: Me
H
1
Br 2
3
Me H
Br + Br H Me
Me H
Br2
H
Me
Me
Br
H
H
3
Me Br
Me
(1) (2S,3R)
_
2
Br
H 1
2
Br 2 2
H Me
3
Me H Br
(2) (2R,3S)
H Me Br
2
3
Br H
Me
Ahora se obtiene únicamente la forma meso: (1) = (2) Si la reacción de una molécula da lugar a un solo estereoisómero, se dice que la reacción es estereoespecífica. Cuando el sustrato conduce a una mezcla de estereoisómeros en la que predomina uno de ellos, la reacción recibe el nombre de estereoselectiva.
La reacción del (E)-2-buteno con bromo es estereoespecífica, ya que se obtiene un solo estereoisómero: la forma meso.
VII
162
EJERCICIO 7.8
Para averiguar qué estereoisómeros se forman al reaccionar cualquier olefina con cloro o bromo, sólo es preciso trabajar con uno de los dos cationes halogenonio posibles: (1) o (2)
X2
R'
H R
+ X
H R
H
R'
H
o
R
H
(1)
R' X + (2)
H
Comprueba que esto es cierto utilizando el catión bromonio (2) del (E)-2-buteno. REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON ÁCIDOS HIPOHALOSOS (HOCl Y HOBr)
Los ácidos hipohalosos se obtienen haciendo reaccionar sus sales sódicas con un ácido fuerte disuelto en agua: NaOCl +
H 3 O+
Na+ + H2O
HOCl + ácido hipocloroso
hipoclorito sódico
+
δ−
δ
En los ácidos hipohalosos el enlace que une el oxígeno y el halógeno está polarizado: HO
X
La baja densidad electrónica sobre el átomo de halógeno hace que se comporte como un electrófilo potencial. El resultado de la interacción entre el par de electrones del doble enlace y el halógeno electrófilo, conduce también a un catión halogenonio, igual que en la reacción de halógenos con una olefina: : OH
3
:X :
1
H R
+ : X:
2
C
C (Z)
H
H
R
R
C
H
C
R
+
_ HO (nucleófilo)
(catión halogenonio)
Ahora, el catión halogenonio reacciona en anti con el anión hidroxilo. Si la olefina tiene los mismos sustituyentes en los dos carbonos del doble enlace, el catión halogenonio que se forma es simétrico. En una situación como ésta, la reacción posterior con el nucleófilo tiene la misma probabilidad de ocurrir por cualquiera de los dos carbonos. R
H
X
1
(halogenohidrina) H R
HO + X
(1)
H
H
R
HO
_
R 2
1
(Z)
H R
X
(halogenohidrina) 2
H R
OH (2)
En este caso se obtiene un racémico de las halogenohidrinas (1) y (2)
VII
163
EJERCICIO 7.9
Dibuja los estereoisómeros que se obtienen en las siguientes reacciones: + X
H
H
R H
H R
X-OH
R (Z)
1
2
1
2
H
H
R
R
X + + X
R
X-OH
H (E)
HO
R
R R
_ ....
(dos estereoisómeros)
....
(dos estereoisómeros)
....
(dos estereoisómeros)
....
(dos estereoisómeros)
R
H H
HO
_
HO
_
H 1
2
1
2
H
R
R
H
X +
HO
_
Cuando los sustituyentes son distintos, en particular si uno de los carbonos del doble enlace tiene unidos dos átomos de hidrógeno, el catión halogenonio deja de ser simétrico: + X R
H
R
H
X-OH
H
R R
H 1
2
Ahora, la reacción por 1 o 2 con el nucleófilo (HO−) no tiene lugar con la misma facilidad. Veamos dos ejemplos concretos: CH3 CH3CH2
C
CH2
Cl-OH H2O
2-Metil-1-buteno
C6H5
CH CH2
Feniletileno (Estireno)
CH3 CH3CH2 C
CH2Cl
OH 1-Cloro-2-metil-2-butanol
Cl2, H2O Na2CO3
OH C6H5
CH CH2Cl
2-Cloro-1-feniletanol 72 %
El átomo de halógeno se une al carbono con más hidrógenos (el menos sustituido) y el grupo HO− al carbono más sustituido. ¿Por qué la reacción tiene una regioselectividad de tipo Markovnikov, cuando no existe ningún carbocatión como intermedio?
VII
164
Supongamos que el catión halogenonio no simétrico reacciona con el nucleófilo por el átomo de carbono al que están unidos los dos hidrógenos: + X H
R R
HO
δ+ X
_
R
H 1
X
H H
R R
OH
H
R
H
δ−OH
carbocatión incipiente
(minoritario)
La aproximación del HO− al átomo de carbono debilita el enlace C-X, que comienza a romperse. Este hecho da lugar a la aparición de un carbocatión primario incipiente, que no llega a formarse porque el nucleófilo (HO−) se une a él. Si por el contrario, la reacción transcurre por el otro átomo de carbono, el carbocatión incipiente será terciario y más estable: + X H
R R
HO
δ+ X
_
R
H 2
R
H
R
H
δ−OH
R
X H H
HO
carbocatión incipiente
(mayoritario)
Una consideración importante: el hecho de que los grupos alquilo unidos a un carbono con carga positiva estabilicen el carbocatión, significa que son cesores de electrones. Cualquier carbocatión es inestable debido a la carga positiva; si un grupo cede electrones al carbono con carga, disminuye su inestabilidad, ya que hace aumentar la densidad electrónica sobre él.
La reacción entre ácidos hipohalosos y olefinas no simétricas, como la que se muestra a continuación, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos diferentes:
R CH CH R'
OH X
XOH
X
R CH CH R'
+
OH
R CH CH R'
(Z) o (E)
Para obtener los estereoisómeros de los dos compuestos es necesario trabajar con los dos cationes halogenonio posibles: + X Estereoisómero (Z):
H
H
R
y
R' 1
R
R' X +
3
H
R'
R
H 1
H
2
+ X Estereoisómero (E):
4
3
H
2
y
4
H
R'
R
H X +
VII
165
EJERCICIO 7.10
Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre ácido hipobromoso y 1-etil-2-metilciclohexeno. Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros
REACCIONES DE LOS ALQUENOS CON ELECTRÓFILOS OXIGENADOS OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON PEROXIÁCIDOS
O
O
R C OH
R C O OH
ácido carboxílico
ácido peroxicarboxílico
Ácidos peroxicarboxílicos empleados habitualmente: O O
O
H C O OH
O OH C
O
CH3 C O OH
C6H5 C O OH Cl
Ác. peroxifórmico
Ác. peroxiacético
Ác. m-cloroperoxibenzoico Ác. m-cloroperbenzoico
Ác. peroxibenzoico
La reacción de las olefinas con peroxiácidos da lugar a derivados de oxirano: R R
O
C O O
C O H
H O
H
H
H
R
R
R
O
H R
Siguen un par de ejemplos:
C6H5 H
H C6 H5
CH3CO3H
C6H5
CH2Cl, 30-350C
2
H
3
O
H C 6H 5
1
(2S,3S)-2,3-Difeniloxirano
1,2-Difeniletileno
HCO3H
H
H O
Ciclohexeno
Epoxiciclohexeno
VII
166
El anillo de oxirano se abre fácilmente en medio ácido: H
C6H5 H
H
C6H5
:O :
H
C6H5
C6H5
:O + H
+ H2O
H
+
: OH2
H
H2O H
C6H5 H
O :+
C6H5
C6H5
C6H5
OH
H
H
+ OH
:
: H2O :
H
C 6H 5
H
1
C 6H 5
OH
H
H
HO
C6 H5
2
C 6H 5 H 3O
+
+
OH
H
(1S,2R)-1,2-Difenil-1,2-etanodiol (forma meso)
El proceso completo da lugar a una adición neta anti de los dos grupos OH al doble enlace de la olefina. Es decir, permite obtener 1,2-dioles a partir de olefinas: HO
H
R
1
H
H H
H R
R (Z)
RCO3H
H R
O
H R
H3O
+
O+
H
H
R
R
H 2O
R 1
OH
2
R
H
OH
2
HO
R
H
La reacción de la olefina con el peroxiácido transcurre con una estereoselectividad superior al 99 % (si lo hiciese con un 100 % sería estereoespecífica) ya que la geometría de los grupos R y H unidos a C1 y C2 en el 1,2diol es la misma que la del oxirano de partida.
Comprueba que cuando en la reacción anterior se parte del estereoisómero (E) se obtiene la forma meso.
Igual que sucede con los cationes halogenonio la apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov. En este sentido, la reacción es parecida a una SN1 (ver Tema 9), en la que el carbocatión intermedio más estable reacciona con el nucleófilo antes de que tenga lugar su rotación interna:
VII
167
H 1)RCO3H
H
Me Et
+
H
Et
2)H3O
Me
O+
Me
Me
3-Metil-2-penteno
Me
H
H
O+
O
Et
H
Me
Me
Et
+
Me Et
H Me
OH H 2O H Me
:
H2O +
H 2O :
Me Et
HO
OH 3
2
H Me
(1) (2S,3S) 3-Metil-2,3-pentanodiol
H2O : :
+ H 2O
Me Et
O+
H
Me
Me
Et
H
+ O
H
H
Me Et
Me
Me
H2O
HO
H
Me Et
OH
H
Me
OH
(1') (2R,3R) 3-Metil-2,3-pentanodiol
En esta reacción se obtendrá una mezcla mayoritaria de (1) y (1’), ya que la reacción transcurre preferentemente a través del carbocatión incipiente más estable (en este caso el carbocatión terciario).
EJERCICIO 7.11
Emplea representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre propilidenciclohexano y un peroxiácido, seguida de acidificación. Indica cuáles serán los productos mayoritarios y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros.
OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON TETRAÓXIDO DE OSMIO
El tetraóxido de osmio (OsO4) reacciona con las olefinas, dando lugar a ésteres del ácido osmico: O
O Os H
H
OsO4
H
R
R'
Et2O, piridina
R
O
O
H R'
(adición syn)
La descomposición en medio básico del éster da lugar a un glicol en el que los dos grupos OH están en posición syn (al contrario de lo que sucede en la reacción con peroxiácidos, que sitúa los dos grupos OH en posición anti)
VII
168
Para averiguar eriguar el número total de estereoisómeros que se obtienen en la reacción hay que trabajar con los dos ésteres posibles: (1) y (2): O
O Os
H
O
O
H
R
R'
H R
(1)
H R
O
O
H R'
R
KOH H2O
(1')
H
H R' H R'
HO
OH (2')
Os O
OH
HO
KOH H2O
O (2)
En la reacción del OsO4 con cada estereoisómero de la olefina se obtiene una pareja de enantiómeros. En el ejemplo los enantiómeros son (1’) y (2’). EJERCICIO 7.12
Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre OsO4 y 1-etil-2-metilciclohexeno. Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de sus estereoisómeros.
EJERCICIO 7.13
Averigua la estereoquímica de los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:
CH3
CH CH
CH2CH3
(Z)
CH3
CH CH CH2CH3
(E)
HO HO
1)RCO3H
CH3
2)H3O+
CH CH CH2CH3
HO HO
1)OsO4
CH3
2)KOH, H2O
CH CH CH2CH3
OLEFINAS CON DOBLES ENLACES CONJUGADOS CH2 CH CH CH2
CH3 CH CH CH CH CH3
1,3-Butadieno
2,4-Hexadieno
1,3-Ciclohexadieno
REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO Y HALÓGENOS A TRAVÉS DE CARBOCATIONES 1
2
4
CH2 CH CH CH2 1,3-Butadieno
HCl AcOH, 00C
Cl CH3 CH CH CH2
+
CH3 CH CH CH2Cl
3-Cloro-1-buteno
1-Cloro-2-buteno
(adición 1,2 ; 80 %)
(adición 1,4 ; 20 %)
VII
169
HIDROXILACIÓN DE OLEFINAS CON PEROXIÁCIDOS Y TATRAÓXIDO DE OSMIO
1 2
RCO3H
H
anti
R
1
R
H
1 2
H R'
HO [1]
H O
OH
R'
H
HO 2
H
R'
R
H
R'
OsO4 syn
1 2
H
R
[2]
OH
H
H
H
R'
R
R'
R
H
(Z) HO
OH
1 1
syn OsO4
H
1
H
R
H
R
[3]
H R'
R
2
H
H
2
H R
R'
R'
R' H
O
2
2
HO
Enantiómeros: [1] y [2] ; [3] y [4]
1
[4]
OH
Cuando R = R´
enantiómeros: [1] y [2] forma meso: [3] = [4]
VII
anti RCO3H
(E)
170
+
Primer paso: reacción del electrófilo (H ) con el par de electrones del doble enlace.
1 1
CH3
2
CH2
CH CH CH2
+ CH CH CH2
+ CH3 CH CH CH2
(carbocatión estabilizado por deslocalización de la carga)
HCl
1,3-Butadieno 2
+ CH2
CH2 CH
CH2
(carbocatión no estabilizado)
La reacción transcurre a través del carbocatión estabilizado. El carbocatión primario no estabilizado carece de importancia, ya que se forma en cantidades tan pequeñas que no es preciso tenerlo en cuenta. Segundo paso: reacción del nucleófilo (Cl−) con el carbocatión estabilizado: CH3
+ CH CH CH2 Cl
+ CH3 CH CH CH2
_
Cl
_
Cl CH3
CH CH CH2
CH3 CH CH CH2Cl
3-Cloro-1-buteno
1-Cloro-2-buteno
(adición 1,2 ; 80 %)
(adición 1,4 ; 20 %)
Cuando la reacción se realiza a baja temperatura el producto mayoritario es la olefina menos sustituida (olefina terminal) esto es, la menos estable: CH2 CH CH CH2
HBr Et2O, -800C
Br CH3 CH CH CH2
CH3
CH CH CH2Br (20 %)
(80 %)
1,3-Butadieno CH3 CH2 C
+
CH CH2
HCl -150C
2-Metil-1,3-Butadieno (Isopreno)
CH3 CH3 C
CH3 CH CH2
+
CH3
C
CH CH2Cl
Cl (73 %)
(27 %)
Estos resultados experimentales indican que, en el carbocatión estabilizado, la carga positiva no está distribuida simétricamente entre los dos carbonos, es decir, cada carbono no tiene la misma carga (+1/2) Si el átomo de carbono con mayor carga está unido al metilo (cesor de electrones) el carbocatión es más estable que cuando la carga máxima está en el carbono terminal. + CH3 CH CH CH2 mayor carga; catión estabilizado por CH3
CH3
+ CH CH CH2 mayor carga; catión no estabilizado
La energía de activación es menor en el primer caso que en el segundo:
VII
171
+
CH3
+ X
CH CH CH2
X δ−
_
CH3
CH CH CH2 δ+
Δ G (1,2)
Δ G (1,2) < Δ G (1,4)
+
CH3
+ X
CH CH CH2
X δ−
_
CH3
CH CH CH2 δ+
Δ G (1,4)
Es importante fijarse que el producto obtenido a través del estado de transición de menor energía no tiene por qué ser el más estable. De hecho no lo es, ya que se trata de la olefina menos sustituida en el doble enlace. Cuando la reacción se realiza a temperaturas bajas, el producto mayoritario es el que proviene del estado de transición de menor energía y el proceso está sometido a control cinético. Se obtiene la olefina que se forma más rápidamente, a través del estado de transición de menor energía, es decir, la olefina menos estable (olefina terminal: CH3-CHX-CH=CH2) En esta situación, el sistema no ha tenido tiempo de alcanzar el equilibrio, y por este motivo se dice que la reacción está controlada cinéticamente. Sin embargo, cuando la reacción se hace a temperatura elevada está sometida a control termodinámico, es decir, se alcanza el equilibrio. Los porcentajes de los productos de reacción se invierten: la olefina mayoritaria es la más estable (adición 1,4) y la minoritaria la menos estable (adición 1,2): 1
2
4
Cl
HCl
CH2 CH CH CH2
CH3
1000 C
1,3-Butadieno
CH CH CH2Cl
+
CH3 CH CH CH2
(adición 1,4)
(adición 1,2)
75 %
25 %
Ahora, la mezcla de isómeros refleja sus estabilidades termodinámicas relativas. Al aumentar la temperatura, aumenta el número de moléculas capaces de alcanzar el estado de transición de mayor energía y, si se prolonga el tiempo de reacción, el sistema alcanza el equilibrio (control termodinámico) H
δ+ δ+ CH2 CH CH CH2
X δ− CH3 CH CH CH 2 δ+
ΔG
X δ− CH3 CH CH CH 2 δ+
ΔG (1,4) ΔG (1,2)
+ CH3 CH CH CH 2 + CH3 CH CH CH 2
CH2 CH CH CH 2 + HX
ΔG(1,2) ΔG(1,4)
X CH3 CH CH CH 2 (menos estable) CH3 CH CH CH X 2 (más estable) curso
VII
172
EJERCICIO 7.15
En la reacción del 1-fenil-4-metoxi-1,3-ciclopentadieno con HBr pueden formarse cuatro carbocationes diferentes. Elige el menos inestable de los cuatro para averiguar los estereoisómeros que se obtienen, cuando el proceso está sometido a control termodinámico o a control cinético.
REACCIONES DE LOS ALQUINOS ACIDEZ DE LOS ALQUINOS TERMINALES
Los alquinos con un triple enlace terminal tienen valores de pKa ≈ 26 (Apéndice II): R
C
C
H
R
ácido
C
C:
_
H+
+
pK a 26
base
Son compuestos poco ácidos que sólo se desprotonan en presencia de bases muy fuertes, por ejemplo el anión amiduro (NH2−) cuyo ácido conjugado (NH3) tiene un pKa ≈ 36. El anión amiduro se obtiene por reacción entre NH3 líquido (¡no NH3 disuelto en agua!) y sodio metálico; se trata de una reacción de oxidación-reducción: 2NH3 (liq.) + 2Na
_ 2Na+ :NH2
-330 C
+ H2
Amiduro sódico
R C
_ :NH2
C H +
R C
pKa 26
C:
_
+
Keq. 1010
:NH3 (liq.) pKa 36
anión acetiluro
El equilibrio está desplazado a la derecha de forma prácticamente total. Los aniones acetiluro son nucleófilos muy efectivos, que dan lugar a reacciones de sustitución nucleófila cuando se utilizan haluros de alquilo como sustratos (Tema 6):
H C
C
H
Acetileno
H C
C:
_
CH2
_ Na+:NH2
H C
0
-33 C
X
H C
C:
_
+
C CH2 R
X
_
alquino con triple enlace terminal
R
Si se parte de acetileno, esta reacción permite obtener alquinos terminales con mayor número de carbonos: H C
C
H
+
CH3
Br
_ Na+:NH2 -330 C
CH3
C CH
Propino
H C
C
H
+
CH3CH2
Cl
_ Na+:NH2 -330 C
CH3CH2
C CH
1-Butino
VII
173
H C
C H
CH3CH2CH2
+
_ Na+:NH2
Br
-330 C
CH3CH2CH2
C CH
1-Pentino
Cuando se utiliza cualquier alquino terminal que no sea el acetileno, el triple enlace queda situado en el interior de la cadena: CH3CH2
CH3CH2
C C:
_
_ Na+:NH2
C CH
CH2
CH3CH2
0
-33 C
Br
CH3CH2
CH3
C C:
_
C C CH2CH3
_ Br
+
3-Hexino
REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA
ADICIÓN DE HALUROS DE HIDRÓGENO
HBr
C CH
CH3CH2
150 C
Br
Br
C CH2
CH3CH2
+
CH3CH2
C CH3 Br
2-Bromobuteno
2,2-Dibromobutano
La reacción transcurre a través de carbocationes con regioselectividad Markovnikov:
CH3CH2
C CH
CH3CH2
H
CH3CH2
_ Br
Br
Br CH3CH2
Br
+ C CH2
2-Bromopenteno
Br
C CH2
CH3CH2
H
Br
C CH2
Br
C CH3 +
CH3CH2
_ Br
C CH3 Br
2,2-Dibromopentano
La interpretación de estos resultados no es evidente. Observa qué sucede cuando la reacción se hace con acetileno: H C
HCl, ZnCl2
C H
1000 C
CH2
CHCl
HCl, HgCl2 250 C
Cl CH3
CH Cl
1,1-Dicloroetano
Cloruro de vinilo
Reacción 1: HC CH H
CH2 Cl
+ CH Cl
_
CH2
CHCl
Cloruro de vinilo
VII
174
Reacción 2: 1 1
CH2
CH3
2
CH Cl
+ CH Cl
+ Cl
Cl
_
CH3
(1)
HCl + CH2
2
CH Cl
1,1-Dicloroetano
CH2Cl
+ Cl
_
Cl
(2)
CH2
CH2
Cl
1,2-Dicloroetano
En el carbocatión (1) el cloro está unido al átomo de carbono con carga. El átomo de cloro es más electronegativo que el de carbono y cabría esperar que su efecto electroatrayente disminuyera la carga del carbono, desestabilizando aún más el carbocatión. Sin embargo, esto no sucede, puesto que el carbocatión (2) que no tiene el cloro unido al carbono con carga, es menos estable que (1) La estabilización de (1) puede explicarse admitiendo que existe una interacción entre el OA pz lleno del cloro y el OA pz vacío del carbono: enlace π de dos electrones aportados por el cloro
pz vacio pz lleno CH3
+
CH3 H
Cl
H
CH3 H
+
(1)
+
(1)
Si esta interpretación se realiza utilizando enlaces de valencia, es necesario dibujar dos estructuras del carbocatión (1): CH3
+
CH3
Cl :
H
+ Cl :
H
(1)
(1)
La deslocalización de la carga entre los átomos de carbono y cloro estabiliza el carbocatión (1) EJERCICIO 7.16
Considera las siguientes reacciones sucesivas: Cl R
C
C
H
HCl
R
C
CH2
HBr
Cl R
C
CH3
Br
Haz un esquema en el que aparezcan todos los carbocationes posibles y justifica la formación de los productos, empleando un razonamiento semejante al utilizado en el caso del acetileno. ADICIÓN DE AGUA CON CATÁLISIS ÁCIDA
El acetileno reacciona con agua, en presencia de un ácido fuerte y sales mercúricas (Hg2+) dando lugar a acetaldehído:
HC CH
H2O, H2SO4 HgSO4
O CH3
C H
Acetaldehido
VII
175
La reacción transcurre del modo siguiente (ver equilibrio ceto-enólico, Tema 9, p. 229): HC CH H
OH
+ H2C CH
+ OH2
HO +
: OH2
H
O
CH2
CH
CH2
H2C CH : OH2
H
CH
+
H3O+
enol del acetaldehido
O (equilibrio ceto-enólico)
C H
CH3
Acetaldehido
El resto de los alquinos se transforman en cetonas; los que están sustituidos en los dos carbonos del triple enlace son bastante reactivos y no se necesita utilizar catalizadores de mercurio para que tenga lugar la reacción: CH3CH2CH2CH2
C CH
O
H2O, H2SO4
CH3CH2CH2CH2 C CH3
HgSO4
1-Hexino
2-Hexanona 80 %
CH3
H2O, H2SO4
C C CH2CH3
00 C, 10 min.
O
O CH3
CH2 C CH2CH3
+
CH3CH2CH2 C CH3
3-Pentanona 50 %
2-Pentino
2-Pentanona 50 %
REDUCCIÓN DE ALQUINOS CON SODIO EN AMONÍACO LÍQUIDO
Los alquinos se reducen a olefinas cuando reaccionan con sodio o litio metálicos en amoníaco líquido. La reacción es estereoselectiva, ya que conduce mayoritariamente al estereoisómero (E) del alqueno:
R
C
C R'
H
R
Na, NH3(liq.) -330 C
H
R' (E)
En la reacción están implicados radicales libres, debido a la ruptura homolítica del triple enlace: 1. Reacción de oxidación-reducción: Na R C
_
C R'
R C
C R'
+
Na+
anión radical
2. Reacción del anión radical con amoníaco: R' R C
C R' _ H
NH2
R
C radical
+
C
_ :NH2 (anión amiduro)
H
VII
176
3. Reacción de oxidación-reducción: Na R' R
C
R'
_
C
R
C
+
C
H
radical
Na+
H
carbanión
4. La reacción del carbanión con amoníaco da lugar a la olefina (E): _
: H
C
C H
R
R (E)
carbanión
+
C
_ :NH2 :
C
R'
H
R'
:
H 2N
H
Por ejemplo:
CH3CH2
C
Na, NH3 (liq.)
C CH2CH2CH2CH3
CH3CH2
-330 C
H
3-Octino
H CH2CH2CH2CH3
(E)-3-Octeno
SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS A PARTIR DE OLEFINAS Y ALQUINOS
Los alquenos y los alquinos se utilizan como sustancias de partida para la obtención de otros compuestos orgánicos. A continuación aparece una síntesis de la 2-butanona empleando acetileno como único producto orgánico. Retrosíntesis de la 2-butanona:
CH3CH2
CH3CH2
OH
O CH3CH2
C CH3
C
CH2
CH3CH2
C CH
+ H C
C:
X _
CH2
CH2
HC CH
Síntesis de la 2-butanona: HC CH
H2
HBr
CH2
[Pt]
:
_ Na+:NH2
HC CH
HC
C:
HC
0
-33 C
CH3CH2Br
CH2
C:
_
_ CH2
HC C CH2CH3
Br
CH3
HC C CH2CH3
H2O H3O+
OH CH3CH2 C
CH2
O CH3CH2 C CH 3 2-Butanona
VII
177
EJERCICIO 7.17
Utiliza acetileno como único producto orgánico para obtener 3,4-hexanodiol y (E)-3-hexeno
ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OLEFINAS H2
R CH2CH2 R
[Pt]
X
HX
R CH2CH R
OH
H2O H3O
R CH2CH R
+
X
X2
R CH CH R
X __
R CH CH
X
XOH
R
OH
R CH__CH
R
OH
RCO3H
R CH__CH
R
OH OH OH
OsO4
R CH__CH
R
ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE ALQUINOS H2 [Pt] _ 1)Na+NH2 2)R'-X R C
R CH CH2
H2 [Pt]
R CH2 CH3
R C C R'
CH HX
X R C
CH2
HX
X R C
CH3
X
H 2O H 3 O+
OH R C
O CH2
R C CH3
VII
178
EJERCICIOS ADICIONALES
7.1 La reacción de un compuesto A(C4H8) con ácido hipocloroso, da lugar a una mezcla de (2S,3R) y (2R,3S)-3-
cloro-2-butanol. Averigua la estructura de A y escribe el mecanismo a través del que discurre el proceso.
7.2 En el esquema siguiente se muestran los productos a los que da lugar una olefina A, cuando reacciona con ácido peroxifórmico o tetraóxido de osmio:
1)HCO3H
[(2R,3R) + (2S,3S)] 2,3-pentanodiol
2)H2O A 1)OsO4
[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-pentanodiol (racémico)
2)H2O
Averigua la estereoquímica de A, e indica qué productos se obtendrán cuando dicha olefina reacciona con ácido hipocloroso a través de iones onio. 7.3 Escribe las reacciones del 1,2-dimetilciclohexeno con tetraóxido de osmio, ácido peroxibenzoico y ácido clorhídrico (vía carbocationes). Averigua la configuración absoluta de todos los productos que se obtienen y nombra cada uno de ellos.
7.4 El (E)-1-fenil-2-penteno reacciona con HBr dando lugar a una mezcla de dos racémicos. Uno de ellos corresponde al 1-bromo-1-fenilpentano y el otro al 3-bromo-1-fenil pentano.
Apartado 1: Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones. Apartado 2: Escribe las reacciones del (E)-1-fenil-2-penteno con ácido peroxibenzoico y con tetraóxido de osmio, indicando en cada caso la configuración absoluta de los productos que se obtienen. 7.5 La reacción del (4S)-4-fenil-2-penteno con HBr da lugar a los siguientes resultados: 2-bromo-4-fenilpentano (mezcla de dos estereoisómeros) (4S)-4-fenil-2-penteno
HBr 1-bromo-1-fenil-2-metilbutano (mezcla de cuatro estereoisómeros)
Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones. 7.6 La reacción de una olefina A(C6H9OCl) con ácido hipocloroso, da lugar a la siguiente mezcla de cuatro este-
reoisómeros:
[(1S,2R) + (1S,2S)] 3,3-dicloro-1,2-ciclohexanodiol + [(1R,2S,3S) + (1S,2R,3S)] 1,2-dicloro-1,3-ciclohexanodiol
Averigua la estereoquímica de la olefina A y escribe el mecanismo de todas las reacciones.
VII
179
7.7 El estereoisómero ópticamente activo de una olefina A(C12H13Cl) reacciona con HOCl, dando lugar a cuatro productos distintos. Uno de ellos es el (1S,2S,3R) 1,3-Dicloro-1-fenil-2-hidroxiciclohexano.
Apartado 1: Averigua la estructura de la olefina A y escribe únicamente la reacción que conduce al producto indicado. Apartado 2: La olefina A se somete a una reacción de eliminación en medio básico, obteniéndose un compuesto B(C12H12) El tratamiento de B con HCl origina una mezcla de dos racémicos, uno de cuyos componentes es el compuesto de partida A. Escribe el mecanismo de la reacción entre B y HCl utilizando representaciones tridimensionales. 7.8 La reacción del 1,3-Ciclohexadieno con HCl, a través del carbocatión más estable, da lugar a un racémico. Utiliza representaciones tridimensionales para averiguar la estereoquímica de los productos resultantes y explica por qué se obtienen los mismos productos cuando la reacción está sometida a control termodinámico o a control cinético.
7.9 Averigua la estructura de la olefina A: A
1)OsO 4 2)H3O+
[(1R,3S) + (1R,3R)]-3-hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol
1. Escribe el mecanismo de la reacción empleando representaciones tridimensionales y asigna la configuración a los estereoisómeros que se obtienen. 2. ¿Se llegaría al mismo resultado si la olefina A se trata con ácido peroxibenzoico, seguida de hidrólisis en medio ácido? 7.10 Averigua la estructura de la olefina A, teniendo en cuenta que la reacción transcurre a través del carbocatión incipiente más estable: A
ClOH
[(1R,3R) + (1R,3S)]-3-clorometil-1,3-ciclohexanodiol
7.11 Se hace reaccionar 3-metilenciclohexeno con HCl, dejando que la reacción alcance el equilibrio. Escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales y averigua la estereoquímica de las olefinas monocloradas que se obtienen.
7.12 Averigua la estereoquímica del compuesto A(C5H10) y escribe el mecanismo de todas las reacciones que
aparecen en el esquema.
HOCl
A
1)HCO3H 2)H3O+ / H2O 1)OsO4 2)H2O
3-cloro-2-pentanol (racémico) + 2-cloro-3-pentanol (racémico)
2,3-pentanodiol (racémico)
[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-pentanodiol
7.13 El 1,4-difenil-1,3-butadieno reacciona con HBr a través del carbocatión más estable, dando lugar a una mezcla de dos racémicos. Uno de ellos corresponde al (E)-3-bromo-1,4-difenil-1-buteno y el otro al (E)-1-bromo1,4-difenil-2-buteno.
VII
180
Apartado 1: Averigua si la configuración del 1,4-difenil-1,3-butadieno de partida es (1E,3E) o (1E,3Z) y escribe el mecanismo a través del que transcurren todas las reacciones. Apartado 2: El racémico del (E)-1-bromo-1,4-difenil-2-buteno se hace reaccionar con HCl acuoso, obteniéndose una mezcla de 1-bromo-1,4-difenil-4-hidroxibutano y 1-bromo-1,4-difenil-4-clorobutano. Explica mediante qué tipo de mecanismo tiene lugar la reacción, indicando la configuración absoluta de todos los estereoisómeros que se obtienen. 7.14 Las reacciones que aparecen a continuación transcurren a través de carbocationes y están sometidas a control termodinámico (equilibrio) Indica en cada caso la estereoquímica absoluta de los productos que se obtienen y ordénalos de acuerdo con su abundancia relativa (los estereoisómeros del mismo compuesto están colocados entre corchetes)
Reacción 1: 3-Fenilpropeno + Cl2
[A + B ]
Reacción 2: 1-Fenilpropeno + HBr
[A + B ] + [ C + D]
Reacción 3: 1,3-Ciclopentadieno + Br2
[A + B + C + D] + [E + F + G]
7.15 Apartado 1: Utiliza el esquema que aparece a continuación para identificar los estereoisómeros A y B del 2-buteno: A(¿Z o E?)
1)C6H5CO3H 2)H3O+ [(2R,3R) + (2S,3S)] 2,3-butanodiol
B(¿Z o E?)
1)OsO4 2)H3O+
Escribe el mecanismo de todas las reacciones Apartado 2: Escribe el mecanismo de la reacción del estereoisómero A con HCl acuoso y asigna la configuración absoluta a los compuestos que se obtienen. 7.16 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones: Reacción 1:(E)-2-hexeno
Reacción 2: feniletileno
1)OsO4 2)H3O+ HBr
Reacción 3: 1,2-dimetilciclohexeno Reacción 4: 1-metilciclopenteno
(1) + (2)
(3) + (4) HCl 1) HCO3H 2) H3O+
(5) + (6) + (7) + (8)
(9) + (10)
7.17 Uno de los estereoisómeros del 1-metil-3-hidroxiciclohexeno (A) se somete a una reacción de hidroxilación con ácido peroxibenzoico, obteniéndose una mezcla de (1R,2R,3S) y (1S,2S,3S)-1-metil-1,2,3-ciclohexanotriol.
VII
181
Apartado 1: Averigua la configuración absoluta del estereoisómero de partida (A) y escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales. Apartado 2: Escribe la reacción del enantiómero de (A) con bromuro de hidrógeno acuoso utilizando de nuevo representaciones tridimensionales y asigna la configuración absoluta de todas las moléculas. 7.18 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones Reacción 1:(E) 2-hepteno
Reacción 2: 1-fenilpropeno
1) OsO4
HBr
Reacción 3:1,2-dietilciclohexeno
Reacción 4:1-etilciclopenteno
(1) + (2)
2) H3O+
(3) + (4) HCl
1) HCO3H 2) H3O+
(5) + (6) + (7) + (8)
(9) + (10)
7.19 Uno de los estereoisómeros del 3-fenil-1-buteno se hace reaccionar, primero con ácido mcloroperoxibenzoico, y el compuesto que resulta se trata con HCl acuoso. El producto final es una mezcla de estereoisómeros del (3R)-3-fenil-1,2-butanodiol.
Apartado 1: Averigua la configuración absoluta del 3-fenil-1-buteno de partida y escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales. Apartado 2: La reacción del estereoisómero del Apartado 1 (3-fenil-1-buteno) con HBr, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos distintos: el 2-bromo-3-fenilbutano y el 1-bromo-1-fenil-2-metilpropano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen. 7.20 Uno de los estereoisómeros del 4-fenil-2-penteno se hace reaccionar con tetraóxido de osmio, y el compuesto que resulta se trata con KOH acuoso. El producto final es una mezcla de los estereoisómeros (2S,3R,4S) y (2R,3S,4S) del 4-fenil-2,3-pentanodiol.
Apartado 1: Averigua la configuración absoluta del 4-fenil-2-penteno de partida. Apartado 2: La reacción del estereoisómero del 4-fenil-2-penteno con bromo da lugar a una mezcla de diastereoisómeros del 2,3-dibromo-4-fenilpentano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los productos que se obtienen.
VII
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO
INTRODUCCIÓN
Las reacciones de sustitución nucleófila en moléculas con grupos carbonilo (C=O) transcurren de acuerdo con el siguiente esquema general: O R C Z +
Nu
O
_
R C Nu + Z
_
Los grupos salientes Z más comunes son: Cl−, R–CO–O−, HO−, RO−, NH2−, RNH−. Es decir, son reacciones en las que están implicados los siguientes compuestos: cloruros de ácido, anhidridos de ácido, ácidos, ésteres y amidas. Estas reacciones transcurren en dos pasos: en el primero, el nucleófilo (Nu) se adiciona al grupo carbonilo, y en el segundo se elimina el grupo saliente Z:
Nu
_
:O
_
C Z
adición
R
: O: Nu C
Z
eliminación
:O: Nu C
R +
_
Z:
R
Por ejemplo: :O H3N:
C Cl
_
adición
: O:
+ H3N C
CH3
_
eliminación
Cl
_
:O : + + H3N C CH3
:B
:O : H2N C CH3 + HB
CH3
Cloruro de acetilo
HO
Cl
Acetamida _
:O C Cl
adición
CH3 Cloruro de acetilo
:O: HO C
Cl
CH3
eliminación
Cl
_
:O : +
HO C CH3 Ácido acético
CORRELACIONES ESTRUCTURA – REACTIVIDAD
En el proceso adición-eliminación, la constante de equilibrio global está determinada por las constantes de equilibrio correspondientes a las reacciones individuales de adición y de eliminación. El valor de dichas constantes depende de las características estructurales del grupo carbonilo, del tipo de nucleófilo (Nu) y de la naturaleza del grupo saliente Z. Con respecto al grupo carbonilo, su interacción electrónica con el grupo saliente Z, es el factor determinante del valor de la constante de equilibrio en el paso de la adición. Un grupo Z que sea atractor de electrones, a través de un efecto inductivo -I, hace disminuir la densidad electrónica en el átomo de carbono, aumentando su
reactividad. Debido a que todos los grupos Z tienen pares de electrones sin compartir, existe un efecto mesómero +M, opuesto al efecto inductivo -I, que provoca la deslocalización de dichos electrones, estabilizando la molécula, es decir, disminuyendo su reactividad.
VIII
183
Disminución de la densidad electrónica sobre el carbono del C=O: :O :
δ Z
R C δ+
_
efecto inductivo −I la reactividad aumenta
Deslocalización de los pares de electrones de Z: :
_ :O :
C
Z
R
:
R
C
+ Z
:
:
:O :
efecto mesómero +M la reactividad disminuye
Cuanto más electronegativo es el átomo del grupo Z que está unido al carbonilo, menor será la densidad electrónica sobre el carbono del C=O, y mayor su reactividad frente a los nucleófilos: O
O
O
O
O
R C Cl : (cloruro de ácido) > R C O C R (anhidrido de ácido) > R C
O R' (éster) >
R C
NH: R' (amida)
átomo menos electronegativo
átomo más electronegativo
Por otra parte, la deslocalización de los pares de electrones presentes en Z, estabiliza la molécula, disminuyendo la reactividad del C=O. El efecto +M será tanto mayor cuanto menor sea la electronegatividad de Z: _ :O :
:O : R :O: R
C
Cl : _ :O :
O
C
O
R
C R
R
C
C
+ O
C
_ :O:
:O :
C R
R
C
+ O
C R
_ :O: O R'
R
C
+ O R'
_ : O:
:O: R
+ Cl :
O
: O: R
C
NH R'
R
C
+ N
R'
La combinación de los efectos -I y +M varia de un grupo a otro, como puede apreciarse en la tabla siguiente: sustrato
combinación de efectos
reactividad del C=O
-I > +M
muy grande
-I > +M
muy grande
_ +M -I ~
semejante a
-I < +M
pequeña
O R C Cl O
O
R C O C R O R C O R'
O R C R'
O R C NH2
VIII
184
Orden de reactividad en la etapa de adición O
O
R C O CO R'
R C Cl
+ Nu
O
_
+ Nu
_
O
Nu
R C NHR'
R C OR'
_
+ Nu
_
O
R C O CO R'
R C Cl
O
O
_
+ Nu
_
O
_
R C NHR'
R C OR'
Nu
Nu
Nu
_
Con respecto al grupo saliente Z, su facilidad de eliminación está directamente relacionada con la basicidad: cuanto menor sea su basicidad más fácilmente es eliminado: O R C Z
grupo saliente (Z)
O R C Cl O
Cl
O
pKa
_
-7
O
R C O C R
_ R C O
5
_ R'O
15-19
_ NH2
36
O R C O R' O R C NH2
Orden de reactividad en la etapa de eliminación: O
_
R C
O Nu
_
R C
>
O >
Nu
R C
O CO R'
Cl
_ Cl _
_
O R C Nu
R'CO_O
_
O Nu
>
R C
OR'
_
_ Nu
NHR'
_ R'O
_
_ R'NH
2
O
O
O
R C Nu
R C Nu
R C Nu
Combinando las constantes de equilibrio de las etapas de adición y eliminación, es evidente que la constante del equilibrio global disminuye en el mismo orden: O R C Cl [cloruro de ácido]
O >
O
O
R C O C R [anhidrido de ácido]
>
R C OR' [éster]
O >
R C NHR' [amida]
[disminución de la reactividad]
VIII
185
Este orden de reactividad implica que cada uno de los cuatro compuestos se transforma fácilmente en cualquiera de los que están situados a su derecha, pero no al revés. Por ejemplo, a partir de un cloruro de ácido se pueden obtener un anhidrido, un éster o una amida; sin embargo, no es posible sintetizar directamente un anhidrido partiendo de un éster o una amida. Los nucleófilos implicados en este tipo de reacciones son los siguientes: Nucleófilos de halógenos: Cl
_
(generado a partir de SOCl2, PCl3 Y PCl5)
Nucleófilos de oxígeno: H2O:
(agua)
_ HO:
(anion hidroxilo)
R__OH
(alcoholes)
_ R__O:
(aniones alcóxido)
O R C OH O
_
R C O:
(ácidos carboxílicos)
(aniones carboxilato)
Nucleófilos de nitrógeno: H3N:
(amoniaco)
R__NH2
(aminas primarias)
Nucleófilos de ésteres y cetonas: _ R__CH__CO2Et
(aniones enolato de ésteres)
_ R__CH__CO__R
(aniones enolato de cetonas)
Nucleófilos de hidrocarburos (aniones alquilo y arilo): _ RCH2
(aniones de radicales alquilo; generados a partir de RCH2Li) _ :
(aniones de radicales arilo; generados a partir de C6H5Li)
Anión hidruro: H:
_
(generado a partir de LiAlH(OCMe3)3 y LiAlH(OEt)3)
VIII
186
Las reacciones de sustitución nucleófila en compuestos carbonílicos, tienen lugar entre los nucleófilos mencionados y cada uno de los siguientes sustratos: cloruros de ácido, anhidridos de ácido, ésteres y amidas. La adición del nucleófilo (Nu) es el primer paso y la eliminación del grupo saliente (Z) el segundo:
Nu
_
:O C Z
_
adición
R
: O: Nu C
Z
eliminación
:O: Nu C
Z +
_
Z:
R
R
Conviene aclarar que los grupos liberados Z no siempre tienen carga negativa; el mecanismo general de adición-eliminación transcurre con frecuencia en presencia de ácidos, y este hecho da lugar a la liberación de moléculas neutras, que son mejores grupos salientes. Si la reacción se hace en medio básico lo más frecuente es que el grupo Z tenga carga negativa, pero el anión amiduro (NH2−) es una excepción. Se trata de una base muy fuerte (pKa 36) y el mecanismo de la reacción transcurre de tal modo que el grupo realmente liberado es amoníaco o una amina primaria. En la tabla siguiente aparecen las reacciones más comunes de cloruros de ácido, anhidridos de ácido, esteres y amidas, con los nucleófilos que se utilizan habitualmente en este tipo de procesos. O
nucleófilo
R C Z
producto obtenido O
:
O
H2 O :
R C Cl
grupo liberado (Z)
R C OH
_ Cl
O R'
OH
: :
R C OR'
R'
_ O:
R C OR'
O
: : O
O
_ C O
R'
R C
C OH
R C
_ Cl
O O C R'
O
O R'
_ Cl
_ Cl
O O C R'
N
N
O H3N:
R C NH2
_ Cl
O :
R NH2 _
H
:
R'
CH CO2R''
_
R C NHR'
O R C
_ Cl
R' CH CO2R''
_ Cl
O R C H
_ Cl
VIII
187
O
nucleófilo
R C Z
:
O
H2O: (H3O+)
producto obtenido O
O
O
R C OH
R C O C R
O
_
_ R C O
OH (H3O+)
R C OR'
HO
grupo liberado (Z)
R C OH O
_ R C O
O
O
: :
R'
O
: :
_
O:
R'
R C OR' O R C NH2
H3N:
O :
R C NHR'
R NH2
:
HO
R C OR''
R C OH
O
_
R C O
_
O
O :
+ OH (H3O )
:
R'
R C OR'
R C OR''
O H3N:
R C NH2 O
:
R'
NH2
R C NHR'
_
R C
CH CO2R'' O
Li
R' (Ar)
OH
R''
OH
R''
OH
R''
_ O
R''
O
R''
O
_
O R' (Ar)
O R C OH
O R C O
_
O R C
H2O
R'
NH2
R'
NH2
:
H
_
R C NHR'
CH CO2R''
R C
R''
:
HO
_
O
O _ R C O
:
:
H2O : (H3O+)
R C OH
O _ R C O
_
R'
O
:
R'
O _ R C O
O
O
H2O : (H3O+)
R C OH
H
R'
NH2
VIII
188
APLICACIONES DE LA SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS
FORMACIÓN DE ENLACES C–X
SÍNTESIS DE CLORUROS DE ÁCIDO
Los reactivos que se utilizan habitualmente son: cloruro de tionilo (SOCl2), tricloruro de fósforo (PCl3) y pentacloruro de fósforo (PCl5): O
O
R C OH
+
R C Cl
SOCl2
O
SO2
+
+ HCl
O
3 R C OH
+
3 R C Cl
PCl3
O
+
PO3H3
O
R C OH
+
R C Cl
PCl5
+
POCl3 + HCl
Esquema de la reacción con cloruro de tionilo:
O
O R C O: H
O O + _ R C O S Cl + Cl
S Cl
H
Cl _
adición del nucleófilo:
Cl
O
H O
C
O S Cl +
R
eliminación :
Cl
O
H
O
C
O
S
O H O Cl
R
O Cl
C O S Cl
R C Cl
_ + SO2 + (Cl + H+) [HCl]
R
EJERCICIO 8.1
Cuando se utiliza PCl3 para sintetizar un cloruro de ácido, se obtiene ácido fosforoso (PO3H3) como subproducto de la reacción. Su estructura no es (1) como podría pensarse, sino (2): OH
O
HO P OH
HO P OH
(1)
(2)
H
Escribe el mecanismo completo de la reacción que tiene lugar entre un ácido carboxílico y el tricloruro de fósforo utilizando como ayuda la reacción con SOCl2. Idea un mecanismo que explique la transformación de (1) (éste es el compuesto que se obtiene inicialmente) en ácido fosforoso (2)
El empleo de cada uno de los tres reactivos, en la preparación de cloruros de ácido, depende de los puntos de ebullición de las sustancias que están presentes en el medio. Se elige aquél que permita separar más fácilmente el cloruro de ácido de la mezcla de reacción:
VIII
189
3CH3CH2CO2H +
PCl3
3 CH3CH2COCl 0
+
(p.e. = 180 C)
(p.e. = 80 C)
CO2H
H3PO3
(p.e. = 2000C)
0
COCl +
+
PCl5
(p.s. = 1620 C)
(p.e. = 3040 C)
CO2H
POCl3
+ HCl
(p.e. = 1070 C)
COCl +
SOCl2
+ SO2
(p.e. = 770 C)
+ HCl
(p.e. = 1840 C)
FORMACIÓN DE ENLACES C–O SÍNTESIS DE ÉSTERES
La reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol, catalizada por ácidos fuertes, se conoce como esterificación de Fischer: O R C OH
+ R'OH
O
H3 O +
R C OR'
+ H 2O
Keq =
[R-CO2R'][H2O] [R-CO2H][R'OH]
Para desplazar el equilibrio hacia la formación del éster se pueden hacer dos cosas: utilizar exceso de alcohol (los alcoholes etílico y metílico son más baratos que los ácidos) o eliminar de forma aceotrópica el agua que se origina en la reacción. Esquema del proceso:
OH2
:
: O R'
R C
H
OH
R C
R C
O R'
O R'
O R'
+ H OH2
: O:
:
R C
: OH2
:OH2
: :
6:
H
HO H +
R C O R' [éster]
:
HO H
O R'
R C :
:
:
HO H +
+ O
+ O H
R C
H
HO :
OH2 +
:
[eliminación]
+ OH2
:
O R'
O R'
:
R C
H
:
5:
R C
:
:
:O H
4:
:O H
:
: OH2
O R'
OH
:
H
:O H
:
OH
H
:
+:
3:
:O H
:O H + O R' R C OH
:
:
:
:O H +
[adición]
:
2:
R C OH
R C OH
:
1:
+ :O H
:
+ :O H
:
+ H___OH2 :
:O :
El orden de reactividad de los alcoholes que se observa en las reacciones de estirificación, se debe básicamente al impedimento estéreo en el segundo paso del mecanismo:
VIII
190
R R CH2OH (primario)
R
R CHOH (secundario)
>
> R C OH (terciario) R
El impedimento estéreo en el carbono α, es el factor que determina la reactividad de los ácidos carboxílicos: α
α
R
CH3
>
CO2H
R CH2
CO2H
>
R
R CH CO2H
R C
>
CO2H
R
α
El método más utilizado en el laboratorio para sintetizar ésteres , es la acilación de alcoholes con cloruros o anhidridos de ácido:
Con cloruros de ácido: O R C Cl +
R'
OH + HO
_
NaOH, H2O 10 %
O R C O
R' + Cl
_
+ H2O
Esquema de la reacción con un cloruro de ácido: R R'
OH
[adición]
C
Cl
R'
R'
H
_ HO
H
C
R'
Cl
O
_ O
C
Cl
OH
[eliminación]
O R'
O
Cl _
R
R
O
R C
C
H
O + O
R
+ O
O R C O R'
Cl
+
_
+
H2O
Cl
Con anhidridos de ácido: O R
O
C O C R +
R'
OH
H3O + (trazas)
O
O
R C O R'
+
R
+
H2O
C OH
Esquema de la reacción con un anhidrido de ácido + H2O
H
:O:
O
+ H O:
O
C O C R
C O C R
R
R
VIII
191
+ H O: R'
OH
O
[adición] R'
C O C R R
R'
H O
+ :O H
O: C
O
:O:
+ H OH2
: OH
C O C R
R'
O
+ :O H
C O C R
R
H
H2O :
H2O :
: OH
+ O
+
H2O
R
:O H
O
[eliminación] R'
C R
R
+
O C R
O C R
+
H3O+
ácido del anhidrido
éster
EJERCICIO 8.2
Cuando la esterificación se realiza con un anhidrido de ácido, se suele utilizar piridina como catalizador; la piridina reac-ciona con el anhidrido dando lugar a una sal de acilamonio muy reactiva. Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción: O OH
O C CH3 O
N
+ CH3 CO O CO CH3
+
_ CH3 C O
+ +N H
Si se trabaja con cantidades muy pequeñas de un ácido, su éster metílico se sintetiza habitualmente empleando Diazometano (CH2N2); esta reacción no es una sustitución nucleófila en el grupo carbonilo: O R C OH
Et2O
+ CH2N2
O R C O CH3 + N2
Esquema de la reacción: _ H2C
+ N
N:
+ N
H2C
_ N:
[diazometano]
O R C O
_ H H2C
+ N
O _ R C O
N:
+
+ N
CH3
N:
+ CH3 +
O _ R C O
+
+ CH3
:N N : (N2)
O R C O CH3 [éster metílico]
VIII
192
HIDRÓLISIS DE ÉSTERES
Los ésteres pueden hidrolizarse en medio ácido o básico: O
O
R C OH +
R C O R' + H OH O R C O R' + HO
O
−
R C O
−
+
R'
OH
R'
OH
En medio ácido el equilibrio está parcialmente desplazado hacia la derecha, pero en medio básico la hidrólisis del éster es prácticamente total: O CH3CH2CH2
C OEt
O CH3
C OEt
O
H3O+(50-700C)
CH3CH2CH2
+
C OH
CH3CH2OH
O
NaOH (20%)
CH3
_ + C O Na
+
CH3CH2OH
(100 %) O CH2 O
C
(CH2)16_CH3
O CH O
C
(CH2)7_CH CH
NaOH / H2O
(CH2)7_CH3
Q
O CH2 O C
(CH2)7_CH CH CH2
CH CH
(CH2)4_CH3
triglicérido (éster de la glicerina con los ácidos Esteárico, Oleico y Linoleico)
O _
CH2 OH
CH3 (CH2)16 C O
_
[sal sódica del ácido Esteárico]
Na+ O
CH OH
+
CH3_(CH2)7 CH CH
(CH2)7
_ C O Na+
[sal sódica del ácido Oleico (Z)] O
CH2 OH
CH3_(CH2)4 CH CH CH
CH
(CH2)7
_ C O Na+
[sal sódica del ácido Linoleico (Z,Z)]
JABÓN
ceras:
ésteres derivados de ácidos grasos de 24 a 28 átomos de carbono y alcoholes primarios de 16 a 36 átomos de carbono.
aceites: ésteres de glicerina y ácidos carboxílicos (la mayoría insaturados) con 12 o más átomos de carbono. grasas: ésteres de glicerina y ácidos carboxílicos (la mayoría saturados) con 12 o más átomos de carbono.
VIII
193
Observa que el mecanismo de la reacción de hidrólisis es exactamente el mismo que el de la esterificación, pero escrito al revés. Esto es cierto para cualquier reacción en equilibrio. Esquema de la hidrólisis en medio ácido:
O
H3O+
R C O R'
O R C OH +
R'
OH
Primer paso: H___OH2
:O :
:O H
R C O R'
OH2
R C O R'
[éster]
Segundo paso: :O H R C O R'
[adición]
:O H R C O R' H O H
HO__H
Tercer paso: :O H
:O H
R C O R'
R C O R'
H O
: OH2
H
H O:
Cuarto paso: :O H
:O H R C
O R'
H O:
R C
O R'
H O: H H
OH2
OH2
Quinto paso: :O H
O H
R C
O R'
H O:
H
[eliminación]
R C H O:
: O R' [alcohol] H
Sexto paso: :O
H
R C OH
: OH2
:O:
H OH2
R C OH [ácido]
VIII
194
Mecanismo de la reacción en medio básico: O
O
__ __
R C OR'
_ R__C__O Na+ +
NaOH H2O
O HO
_
O
[adición]
C OR'
R
_
O
[eliminación]
HO C
_
HO C OR'
R
O
R'OH
OR'
HO C
_ R + R'O
R
O
_ R'O
H
O _ R C O
O C
O
R
R' OH + [alcohol]
_ R C O [anión del ácido]
O H3O + (ácido fuerte: HCl)
+
R C OH
+
H2O
[ácido] SÍNTESIS DE ANHIDRIDOS DE ÁCIDO
El anhidrido acético es el más empleado de todos los anhidridos de ácido. Su síntesis industrial se realiza por deshidratación directa del ácido acético; la reacción se lleva a cabo haciendo pasar una corriente gaseosa de ácido acético por un tubo de cuarzo calentado a 8000 C que contiene porcelana pulverizada como catalizador: O CH3
O
C OH H O C CH3
8000C
O
O
CH3 C O C CH3 + H O H
Los anhidridos cíclicos que tienen un anillo de cinco o seis eslabones, se forman muy fácilmente por simple calefacción del ácido dicarboxilico correspondiente O H H
C OH
O Q
O
+ H2O
C OH O
O Ácido maleico
Ánhidrido maleico (89%) O
CO2H CO2H Ácido ftálico
Q
O
+ H2O
O Anhidrido ftálico
VIII
195
Los anhidridos se sintetizan también a partir de cloruros de ácido, por reacción con la sal sódica del ácido o con el mismo ácido libre: O
O
_ + C O Na
C Cl
O
O + NaCl
C O C
+ Cloruro de benzoilo
Benzoato sódico
Anhidrido benzoico
Esquema de la reacción con la sal sódica del ácido: O
O
_ R C O
O
O
R C O
C
[adición]
C Cl R
_ O
O
R C O
C
[eliminación] Cl
R + Cl
_
R
EJERCICIO 8.3 Cuando se utilizan un cloruro de ácido y el ácido libre para obtener un anhidrido, la reacción se lleva a cabo empleando piridina como catalizador. La Piridina reacciona con el cloruro de ácido dando lugar a un catión acilamonio muy reactivo. Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción: COCl
CO2H O
N
+
O +
C O C
Cl
_
N+ H
FORMACIÓN DE ENLACES C–N SÍNTESIS DE AMIDAS
Las amidas se pueden sintetizar a partir de cloruros de ácido, anhidridos o ésteres: O R C Cl O
NH3 O
R C NH2
O
R C O C R O R'__NH2
O
R C NH R'
R C OR'
Mecanismo de la reacción con cloruros de ácido:
:O H3N:
C Cl R
[adición]
H H2N +
_ :O : C R
:O Cl
H2N
C
H Cl
:NH3
:O :
[eliminación] H2N
C
_ + R + Cl + NH4
R
VIII
196
Mecanismo de la reacción con anhidridos de ácido:
:O R2N :
[adición]
C O C R'
H
_ :O:
H
O
R2N +
R'
H O:
O
C O C R'
R2N
R'
O
C O C R' R'
H H
R2N : R2N
O:
O
C
O C R'
:O:
[eliminación] R2N
C
O R' + R'
_ C O +
H R2N H +
R' EJERCICIO 8.4
Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción: O :NH2
HN C CH2CH3 O +
CH3CH2 C O Me
+ MeOH
A continuación aparecen algunos ejemplos concretos de síntesis de amidas: CH3 CH3
NH3 / H2O
CH COCl
CH3 CH3
CH CONH2 (83 %)
CH2CH3 CH3CH2
CH2CH3
C6H6
CH COCl + NH3
CH3CH2
CH CONH2
CH2CH3 +
CH3CH2
Dietilacetamida (91 %)
Cl
CH2 CO2Et
NH3 / H2O
CH2CH3
CH CO NH CO CH CH2CH3 bis-Dietilacetamida (9 %)
Cl
CH2 CONH2
Cloroacetamida (84 %)
+ 2Me2NH
COCl
C6H6
CO NMe2 N,N-Dimetilciclohexanocarboxamida (89 %)
CO O CO2Et
CO2H O +
Cl
C OEt
Biciclo[2,2,2]octano1,4-dicarboxilato de metilo
NH3 / H2O
-HCl
CO2Et
CO2Et
CONH2
CO2Et
Cloroformiato de etilo
VIII
197
HIDRÓLISIS DE AMIDAS
Las amidas se hidrolizan en medio ácido o básico, transformándose en ácidos carboxílicos: O
O
R C NH2
H3O
+
O R C NH2
HO
+
+
NH4+
R C OH + O
_
_
R C O
NH3
+
Mecanismo de la hidrólisis en medio ácido:
R C O:
+ H__OH2
NH2 + R C OH
[base]1
[ácido]2
[ácido]1
NH2
+ HO : H2O:
+ H2O
[adición]
C NH2
[base]2
HO : C NH2
R
H2O:
R
+ OH O C NH2
H
H2O
+
OH
+ H3O :
+
HO C R
H R [base]1
[ácido]2
OH HO C
NH2
NH2
___
H
[base]2
[ácido]1
+ OH2
OH HO C
R
+ NH3
+ H2O:
R
[base]1
[ácido]2
: OH
[base]2
+ O H
[eliminación]
+ NH3
HO C
[ácido]1
R
C
OH
+ :NH3
R
OH
OH R
+ C O
H
:OH2
R
C
O
+ H3O+
[ácido]
H3N:
+ H___OH2
NH4+ + H2O:
VIII
198
EJERCICIO 8.5
Escribe el mecanismo completo de la hidrólisis de una amida en medio básico: O
O _ R C O + NH3
_
R C NH2 + HO
Las lactonas y las lactamas son ésteres y amidas cíclicas que pueden obtenerse a partir de hidroxiácidos y aminoácidos: α β γ
O
-H2O
CO2H
O
δ OH
δ -Valerolactona
Ác. 5-hidroxipentanoico (ác. Valérico) γ
β
δ
α
ε
NH2
-H2O
CO2H
N
O
H ε -Caprolactama
Ác. 6-aminohexanoico (ác. Caproico) EJERCICIO 8.6
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de hidrólisis: _
H3O+
O
HO
H2O
O
_
CH2CH2CH2_CO2H
O N
γ-butirolactona
ác. γ-hidroxibutírico
_ H2N_CH2CH2CH2CH2_CO2
HO H2O
anión del ácido δ-aminopentanoico
H δvalerolactama
FORMACIÓN DE ENLACES C–H
REDUCCIÓN DE CLORUROS DE ÁCIDO Y AMIDAS
Los cloruros de ácido y las amidas se pueden reducir a aldehidos utilizando hidruro de litio y triterbutoxialuminio o de litio y trietoxialuminio: O __
C Cl
+
H
+ Li _ Al( OCMe3)3
O
-780C (MeOCH2CH2)2O
C__H + LiCl + Al(OCMe3)3
Hidruro de litio y triterbutoxialuminio
(73 %)
Los hidruros metálicos actúan como dadores de anión hidruro (H−): O: C Cl H
+ Li _ Al( OCMe3)3
_ :O : [adición]
C__H + Al( OCMe3)3 + Li + Cl
VIII
199
O
[eliminación]
C H + LiCl + Al(OCMe3)3
O CH3CH2CH2
O
C NMe2
+ LiAlH(OCH2CH3)3
CH3CH2CH2
Hidruro de litio y trietoxialuminio
N,N-Dimetilbutiramida
C H
Butanal (85 %)
FORMACIÓN DE ENLACES C–C
SÍNTESIS DE CETONAS A PARTIR DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
El litio reacciona con los derivados halogenados de alquilo o de arilo, dando lugar a compuestos organolíticos: [R__X:]
R__X: + Li [R__X:]
R
+
_ R
_ +
Li+
_ + :X:
R__Li (organolítico)
Li
Tetrahidrofurano
CH3CH2CH2CH2_Br + 2Li
CH3CH2CH2CH2_Li + LiBr 1-Butil-litio
00C Tetrahidrofurano
Cl + 2Li
Li + LiCl
00C Fenil-litio
Los compuestos organolíticos reaccionan con los ácidos carboxílicos dando lugar a cetonas: 1)CH3Li (2 eq.)
CH3_(CH2)4_CO2H
CH3_(CH2)4_CO_CH3
2)H3O+
(83 %) 2-Heptanona
Ác. hexanoico
Mecanismo de la reacción: O R C O H
δ+ Li H3C δ−
O C
[adición] R
O Li
O
δ+ Li
R C O Li + CH4
CH3 δ−
Li
O
CH3 C R O Li
2H3O+
H O CH3 C R
+ H2O + 2Li
+
O H
VIII
200
:OH2
O H
H O CH3 C R H
H O:
+ OH2
H O +
O
[eliminación]
CH3 C R
CH3 C R
+ H3O+ + H2O
cetona
H
EJERCICIO 8.7
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: O O O
+ H2O
C__OH
H3O+
C__OH
O
O
Anhidrido ftálico
O O O + MeOH
C__OMe
H3 O +
C__OH
O
O O
O O + 2MeNH2
C__NHMe
H3O+
C__O
O
_
+
+ MeNH3
O
CONDENSACIÓN DE CLAISEN
La condensación de Claisen es una reacción entre dos ésteres con hidrógenos en α, catalizada por bases, que conduce a β-cetoésteres: α O
β
R
R CH2 C OEt + H C H
O R
R CH2 C C CO2Et + EtOH H β -cetoéster
CO2Et
Los hidrógenos en α de los ésteres son ácidos y pueden ser extraídos por una base, originando aniones enolato: α O R CH2
C OEt
+
:B
_ R CH *
_ :O:
* : O: C OEt
R CH
C OEt
+ + H_B
(2)
(1) [anión enolato]
De las dos formas resonantes dibujadas para representar el anión enolato, (2) es la que más se aproxima a la estructura electrónica de la molécula, ya que la carga está situada sobre el oxígeno, un átomo más electronegativo que el carbono.
VIII
201
Sin embargo, con el fin de simplificar los dibujos, utilizaremos normalmente la estructura (1) para escribir los mecanismos de reacción. Mecanismo simplificado: O R CH2
C OEt
:B
+
[ácido]1
O
_ R CH
[base]2
C OEt
R CH
CO2Et CH2R
C OEt
+ H_B
+
[ácido]2
[base]1 _ O
[adición]
:O :
_ R CH
O
[eliminación]
C
R CH
OEt
_ C CH2R + EtO
CO2Et
CO2Et CH2R
β -cetoéster
Él mecanismo completo de la reacción es el siguiente: Formación del anión enolato: CH3_CO2Et + EtO
[ácido]1
_ CH2_CO2Et + EtOH
_
[base]2
[base]1
Keq = 10-6
[ácido]2
pKa 23
pKa 17
Adición del enolato (nucleófilo) al grupo carbonilo de otra molécula de éster, eliminación de un anión alcóxido y
formación del β-cetoéster:
_ EtO2C CH2
O
_ O
[adición]
C OEt
EtO2C CH2 C
CH3
[eliminación] OEt
O EtO2C CH2 C CH3
_ + EtO
Keq = 1
CH3
Formación del enolato del β-cetoéster por reacción con la base. Este último paso es crucial, porque de todos los
equilibrios es el único que está desplazado hacia la derecha: O
_
EtO2C CH2 C CH3 [ácido]1
+ EtO [base]2
_ EtO2C CH
O C CH3 + EtOH
[base]1
pKa 11
Keq = 106
[ácido]2 pKa 17
Para recuperar el éster se añade un ácido fuerte a la mezcla de reacción: _ EtO2C CH
O
O
+ C CH3 + H3O
[base]1
EtO2C CH2 C CH3 + H2O
[ácido]2
[ácido]1
pKa -1,7
pKa 11
Keq = 5 x 1012
[base]2
La formación del enolato del β-cetoéster determina el rendimiento global de la secuencia de reacciones. Si el éster empleado en la reacción tiene únicamente un átomo de hidrógeno en el carbonio α, no se puede formar el enolato final y la condensación de Claisen sólo tiene lugar si se utilizan bases muy fuertes:
VIII
202
CH3 CH3
x
CH CO2Et
no hay reacción
[un sólo Hα]
Para aumentar el rendimiento de la reacción se puede eliminar el alcohol según se va formando, ya que el equilibrio se desplaza entonces a la derecha. 1)EtO-Na+ ; EtOH
CH3_CO2Et
2)AcOH ; H2O
(75 %)
1)i-BuO-Na+ ; i-BuOH
CH3_CO2CH2CHMe2
CH3_CO_CH2_CO2Et + EtOH
2)AcOH ; H2O
CH3_CO_CH2_CO2CHMe2 + Me2CHCH2OH (71 %)
Acetato de isobutilo
CO2Et
1)EtO-Na+ ; EtOH
CH3_(CH2)4_CO2Et
CH3 (CH2)4
2)AcOH ; H2O
CO CH
(CH2)3
CH3 +
EtOH
(80 %) 3-Oxooctanoato de etilo
Existe una forma alternativa de mejorar el rendimiento de la condensación de Claisen. Consiste en utilizar bases muy fuertes, de modo que el primer paso de la reacción (la formación del enolato del éster) sea prácticamente irreversible. _ + Na NH2
_ + Na H
_ + N Li
CHMe2 CHMe2
Amiduro sódico
Hidruro sódico
Diisopropilamiduro de litio (LDA)
El amiduro sódico se obtiene por reacción entre sodio metálico y amoniaco líquido (no amoniaco disuelto en agua): 2 NH3(liq.) + Na
-330C
_ + 2 Na NH2 + H2
El diisopropilamiduro de litio se sintetiza a partir de n-butil-litio (ver p. 22): CHMe2 _
CH3CH2CH2CH2 Li +
H N
Li CHMe2
+
_ CHMe2 N
+ CH3CH2CH2CH3 CHMe2
(LDA)
Empleando cualquiera de estas bases la constante de equilibrio del primer paso es mucho mayor que uno: CH3_CO2Et pKa 23
+
+ Na H
_
Hidruro sódico
_ CH2_CO2Et + H2
Keq = 1012
pKa 35
VIII
203
pKa 23
CH3 CO2Et +
Li
+
CHMe2
_ CH2_CO2Et +
N CHMe2
pKa 23
Keq = 1012
pKa 35
Amiduro sódico
_ _
_ CH2-CO2Et + NH3
_ Na+ NH2
CH3_CO2Et +
CHMe2 H
Keq = 1013
N CHMe2
Diisopropilamiduro de litio (LDA)
pKa 36
El diisopropilamiduro de litio (LDA) tiene la ventaja añadida de ser muy poco nucleófilo; debido a su gran volumen no reacciona con el átomo de carbono del C=O, más impedido estéricamente que los hidrógenos del Cα. Además, permite realizar la condensación de Claisen con ésteres que tienen un sólo átomo de hidrógeno en el carbono α: CH3 CH3
LDA
CH CO2Et
sí hay reacción
[un sólo Hα]
Las reacciones de condensación entre dos ésteres diferentes que tengan hidrógenos en α (condensaciones mixtas) dan lugar a mezclas de los cuatro β-cetoésteres posibles: R_CH2_CO2Et + R'_CH2_CO2Et :B O R R CH2
_
O R'
C CH CO2Et
CH2
+ R'
C CH CO2Et
O R' +
R CH2
O R
C CH CO2Et
+
R'
CH2
C CH CO2Et
EJERCICIO 8.8
Escribe el mecanismo simplificado de las reacciones que tienen lugar cuando se mezclan antidades equimoleculares de acetato de etilo y fenilacetato de etilo con etóxido sódico en etanol. Mecanismo simplificado: O R CH2 C OEt + :B
_ R CH CO2Et
_ :O : R CH C OEt + O
O C
OEt
R CH C CH2 R
+ H_ B
_ + EtO
CO2Et
CH2R
β -cetoéster
Las condensaciones mixtas son útiles en síntesis cuando uno de los ésteres carece de hidrógenos en α: O
O O
H C OR
O
RO C OR
RO C C OR
Formiato
Carbonato
Oxalato
O C OR Benzoato
VIII
204
Para minimizar la autocondensación del éster que sí tiene hidrógenos en α, se mezclan primero la base y el éster que no tiene hidrógenos en α y a continuación se añade lentamente el otro éster. Estos son algunos ejemplos de condensaciones mixtas con un éster sin hidrógenos en α: α O O EtO C C OEt
+
Oxalato de dietilo
O CH3
1)EtONa ; EtOH
CH3CH2CO2Et
EtO2C C CH CO2Et
2)AcOH ; H2O
Propanoato de etilo
+
EtOH
3-Metil-2-oxobutanodioato de dietilo (70 %)
α O C6H5
C OMe
+
Benzoato de metilo
O CH3
1)NaH ; C6H6
CH3CH2CO2Et
C6H5
2)AcOH ; H2O
Propanoato de etilo
C CH CO2Et
+
MeOH
3-Fenil-2-metil-3-oxo propanoato de etilo (56 %)
α
Formiato de etilo
CO2Et
1)EtONa ; EtOH
H_CO2Et + C6H5_CH2_CO2Et
C6H5
2)H3O+
Fenilacetato de etilo
CH CHO
2-Fenil-2-formilacetato de etilo (90 %)
En las condensaciones mixtas se puede utilizar LDA para preparar el enolato del éster (reacción totalmente desplazada a la derecha Keq >> 1) y a continuación añadir un cloruro de ácido: _
CH3 CO2Et
O
1) LDA
CH3CH2 C CH2 CO2Et
2) CH3CH2COCl
3-Oxopentanoato de etilo (60 %) _ O Li +
0
CH3_CO2Et
_ O EtO C
O CH2
LDA ; -78 C Tetrahidrofurano
O
O
EtO C CH2
C
[adición]
C Cl
H2C C OEt
Et
Keq = 1013
_ O
[eliminación] CH3CH2
Et
C CH2
CO2Et
Cl
EJERCICIO 8.9
Escribe el mecanismo simplificado de las reacciones que aparecen a continuación, empleando la estructura resonante del enolato que tiene la carga en el átomo de oxígeno. 1. C6H5_CH2_CO2Et + H_CO2Et
1)EtO
_
2)H3O+ CH3
3. C6H5
CH CO2Et
CH3 2. CH3 CH CO2Et
LDA
B
_ Na+ NH2 NH3 (liq.)
O A
EtO C OEt
CH3COCl
VIII
205
ESTRATEGIA PARA LA SÍNTESIS DE β-CETOÉSTERES
esta parte de la molécula proviene del ataque nucleófilo al grupo C=O en el éster RCH2CO2Et o en el cloruro de ácido RCH2COCl
R' RCH2
CO
CH CO2Et esta parte de la molécula proviene del enolato del éster R'CH2CO2Et
EJERCICIO RESUELTO
¿A partir de qué compuestos se puede sintetizar el 4-Fenil-2-metil-3-oxobutanoato de etilo?
RESPUESTA
resto acilo en el fenilacetato de etilo o en el cloruro del ácido fenilacético CH3 C6H5CH2CO
CH CO2Et
enolato del propanoato de etilo Alternativa 1: propanoato de etilo + fenilacetato de etilo CH3CH2_CO2Et
CH3
_ CH3CH_CO2Et
NaH
O
_ CH
C
O CH3 OEt
C6H5 CH2 C CH CO2Et
CO2Et CH2C6H5
Alternativa 2: propanoato de etilo + cloruro del ácido fenilacético _ + O Li CH3CH2_CO2Et _ O
OEt C
CH3 CH
O C
LDA
CH3 CH
C OEt
CO2Et Cl
_
CH3 CH CO CH2 C6H5
+ Cl
CH2C6H5
Los β-cetoésteres, como cualquier éster, se hidrolizan en medio ácido dando lugar a β-cetoácidos: β C6H5_CO_CH2_CO2Et
H3O
+
C6H5_CO_CH2_CO2H β−cetoácido
VIII
206
Los β-cetoácidos se descarboxilan (pierden CO2) fácilmente por calefacción: H O
O
C
C O
C6 H 5
O Q C6 H 5
C H2
H
C
+ O=C=O (CO 2) CH2
forma enólica de una cetona
β-cetoácido
Las cetonas están en equilibrio con sus correspondientes formas enólicas (ver detalles en Tema 9, p. 229):
C6H5
O
H
C
CH2
O C6H5
C
CH3
cetona
enol
Estas dos reacciones (hidrólisis del β-cetoéster y descarboxilación del β-cetoácido) permiten sintetizar cetonas a partir de β-cetoésteres: C6H5_CH2_CO2Et
CO 2Et
1)LDA
C6 H 5
2)CH3CO2Et
H3 O +
CH CO CH3
CO 2H C6 H 5
β -cetoéster
CH CO CH3
β -cetoácido
Q -CO2
C6H5_CH2_CO_CH3 Bencil metil cetona
REACCIÓN DE CLAISEN
Los átomos de hidrógeno unidos al carbono α de las cetonas son algo más ácidos (pKa 19) que los de un éster (pKa 23) Este hecho permite realizar condensaciones mixtas empleando como nucleófilo el enolato de una cetona; el resultado de la reacción son 1,3-dicetonas: 1)NaH ; Et2O
CH3_CO2Et + CH3_CO_CH3
2)H3O+
CH3_CO_CH2_CO_CH3 2,4-Pentanodiona (85 %)
_ O CH3 CO CH3 + NaH
O
_ CH3 C CH2
O
CH3 C CH2
[adición] CH3
C OEt
O
_
O
_ O
C CH2
C
CH3
CH3 C
+ CH2 Na + 1/2 H2
[eliminación] OEt
CH3 CO CH2 CO
CH3 + EtO
_
CH3
O α
O H + H__CO2Et
CHO
1)EtONa ; EtOH 2)H3O+
2-Formilciclohexanona (59 %)
VIII
207
O α
O H
CO2Et
O +
1)NaH ; Et2O
EtO C OEt
2)H3O+
Carbonato de dietilo
(2-Oxocicloheptano)carboxilato de etilo (91-94 %)
Los γ- o δ-cetoésteres dan lugar a reacciones de Claisen intramoleculares en las que el enolato de la cetona reacciona con el grupo carbonilo del éster, originando 1,3-dicetonas cíclicas con cinco o seis eslabones: γ 1)NaOMe ; MeOH
CH3CH2_CO_CH2CH2_CO2Et
O
2)H3O+
O Me
α
2-Metil-1,3-ciclopentanodiona (70-71 %)
O
O α
MeO
_
[adición] O
EtO
_
O
O
_
_
[eliminación] O + EtO
O
OEt
OEt
Me
Me
Me
Me
O
δ 1)NaH ; Et2O
CH3CH2_CO_CH2CH2CH2_CO2Et
2)H3O+
O
α
O Me
2-Metil-1,3-ciclohexanodiona
ENOLATOS TERMODINÁMICOS Y ENOLATOS CINÉTICOS
Las cetonas que tienen dos tipos diferentes de hidrógenos en alfa pueden dar lugar a dos clases distintas de aniones enolato, dependiendo de cuál sea el hidrógeno extraído por la base. (ver detalles en Tema 9, p. 232) Cuando la base elimina el hidrógeno unido al carbono más sustituido, se obtiene el enolato más estable, ya que su doble enlace es también el más sustituido. Por el contrario, si la base extrae el hidrógeno del carbono menos sustituido se forma el enolato con el doble enlace también menos sustituido, es decir, el menos estable. Al enolato más estable se le llama enolato termodinámico y al menos estable enolato cinético. α1
CH3
α2
_ O CH3
O CH3 CH3
C C _
CH3
CH3
C
C
CH3
+ HB
enolato con el doble enlace más sustituido / más estable
O CH3 _ C CH CH3 + B
enolato termodinámico
α1 α2
_ CH2
_ O CH3
O CH3 C CH CH3
CH2
C
CH CH3 + HB
enolato con el doble enlace menos sustituido / menos estable enolato cinético
VIII
208
El enolato termodinámico es el mayoritario cuando se deja que la reacción alcance el equilibrio (temperatura alta y bases moderadamente fuertes) El enolato cinético se forma más rápidamente que el termodinámico (menor impedimento estéreo), y es el mayoritario si los productos se aíslan antes que la reacción alcance el equilibrio, la temperatura es baja y la base muy fuerte e impedida estéricamente (LDA). El siguiente ejemplo es una reacción sometida a control cinético (se forma el enolato menos sustituido a partir del Hα del grupo metilo de la cetona, no del Hα del grupo isopropilo):
CH3
O CH3 C CH CH3
CH3 +
CH3
CH3
LDA
CH CO2Et
CH3
CO CH CH3
2,6-Dimetil-3,5-heptanodiona
Isobutirato de etilo
3-Metil-2-butanona
CH3
CH CO CH2
(70 %)
REACCIÓN DE DIECKMANN
La reacción de Dieckmann es una condensación de Claisen intramolecular que tiene lugar cuando un diéster reacciona consigo mismo, originando β-cetoésteres cíclicos con anillos de cinco a siete eslabones. O EtO C
O (CH2)4
O
1)KH ; Et2O
C OEt
2)H3O+
CO2Et
Hexanodioato de dietilo
2-Oxociclopentanocarboxilato de etilo (86 %)
Mecanismo de la reacción: O
O OEt
α O
OEt
KH
O
[adición]
OEt
_
CO2Et
CO2Et
CO2Et
_ OEt
H CO2Et
O
O
O
[eliminación]
_ OEt
CO2Et
CH3CO2H (10 %) 00 C
_ + EtOH
CO2Et
CO2Et
_
_
O H
O
CO2Et
CO2Et
enol
Puede suceder que el diéster sometido a la reacción de Dieckmann tenga dos tipos diferentes de Hα: CH3 EtO2C CH CH2CH2CH2 α
CH2
CO2Et
α
VIII
209
En un caso así, con independencia del tipo de base utilizada, siempre se forma el enolato correspondiente al carbono menos sustituido:
O C__OEt
Me
_ EtO
CO2Et
O
Me
Me
C _ OEt HC CO2Et
O CO2Et
2-Etoxicarbonil-6-metilciclohexanona
O
O
C OEt CO2Et
HC
_ EtO
C _
Me
O
OEt C
X
CO2Et
CO2Et
Me
Me 2-Etoxicarbonil-2-metilciclohexanona (no se forma)
Este resultado puede deberse a las interacciones estéricas entre los sustituyentes situados en enlaces axiales en el estado de transición del anión enolato.
EJERCICIO 8.10
Escribe el mecanismo simplificado de las siguientes reacciones de Dieckmann: Reacción 1: H
H
CO2Et Me
_ EtO
Me CH2_CO2Et
EtOH
O H 3 O+
A
Me
Me
+ CO2
(68 %)
Reacción 2: MeO2C
O
CH
CH2CH2
CH
CH2CH2 CO Me 2
CO2Me
MeONa MeOH
MeO2C
CO2Me O
MeO2C (60 %)
Reacción 3: CO2Et N
(CH2)4__CO2Et
O 1)EtO
_
2)H3O+
N (27 %)
VIII
210
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO NO SATURADO
R'OH
RCH2_CO_Cl
LiAlH(t-BuO)3
RCH2_CHO
RCH2_CO_R' SOCl2
R'Li CO2R' RCH2
CO CHR
R'NH2
1)LiAlH(OEt)3 2)H+/ H2O
:B RCH2_CO_OR'
MeCOCH2_CO_CH2R
H_OH
1):B
R'OH _ HO /H2O
RCH2_COOH
H_OH/H+
2)MeCOMe RCH2COCl
R'OH
H_OH
RCH2_CO_O_COCH2R
R'NH2
VIII
RCH2_CO_NHR'
211
EJERCICIOS ADICIONALES
8.1 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O Me
CH2N2
OH
C2H5NH2
A(C3H6O2)
B(C4H9ON)
HLiAl(OEt)3
C(C2H4O)
Secuencia 2:
PCl3
OH
Me
CO2H
Me
A
B(C6H10O 3)
C6H5
NH 2
O
C(C10H13ON)
H 3O + H 2O
D(C3H6O2) + E(C7H9N)
Secuencia 3: O C6 H5
H 3O + Cl
H 2O
C6H5Li
A
B
Secuencia 4: O O
NH3
A(C5H11O2N)
H 2O
H 3O + H 2O
B(C5H10O3)
H 3O + H 2O
C(C5H8O 2)
Secuencia 5: O C 6H 5
O O
C6H5
C6 H5
H 3O + H 2O
OH
C(C7H6O2)
MeNH2
A(C14H12O2)
Me
Li
B(C8H9ON)
D(C11H14O)
VIII
212
8.2 Completa las reacciones siguientes, escribiendo la fórmula de los compuestos que intervienen y, en los casos no indicados, diciendo los reactivos necesarios para efectuar cada transformación. CH3
Q
1)
CH3 CH CO CH2
CO CH3
2)
_ 1) HO (dil.) + 2)H3O
CO2Et
CH3Li
1)
CH3 CH COCH3
1)LDA
CH3 CH2 CO2Et
+
2)ICH3
2)
1)HO
H 3O
_ H3 O
+ 2)H3O
NH3
CH3 CH2 CHO
CH3CH2CO2H CH3NH2
CH3 CH2 CO O CO CH2
CH3 CH3 CH CHO
CH3
VIII
+
CH3 CH3 CH CONH2
213
8.3 Escribe un mecanismo razonable para las siguientes reacciones: O
O
OH O + CO2Et
Cl
O
O
O
H 2O
C OEt
OEt
NH2
NH3 H2O
Cloroformiato de etilo
CO2Et
CO2Et
8.4 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O C6H5
1)HNa Me
2)H CO2Et
A(C9H8O2)
Secuencia 2: O C 6H 5
Me
1)HNa OEt
A(C11H12O3)
2) O OEt
Secuencia 3: O C 6H 5
1)HNa
Me
2) EtO2C_CO2Et
A(C12H12O4)
Secuencia 4: O C 6H5
Me
1)HNa 2) C6H5CO2Et
A(C15H12O2)
8.5 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: CH3CO2Et
1)LDA
A(C8H14O3)
2) Me
H 3O + Q
B(C5H10O)
COCl
Secuencia 2: CH3CH2CH2CO2Et
1)LDA 2)CH3COCl
A(C 8H14O3)
H3O+ Q
B(C5H10O)
Secuencia 3: CH3CO 2Et
1)LDA 2) Me
A(C9H 16O3) COCl
H3O + Q
B(C6H12O)
VIII
214
Secuencia 4: 1)LDA
CH3CH2CH2CO2Et
A(C9H16O3)
2)CH3CH2COCl
H 3O + Q
B(C6H12O)
8.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O Me
1)HNa
Me
2)CH3CO2Et
A(C5H 8O2)
Secuencia 2: O 1)HNa
Me
Me
2)CH3CH2CO2Et
A(C6H 10O2)
Secuencia 3: O C6H5
Me
1)HNa 2)C6H5CO2Et
A(C15H12O2)
Secuencia 4: O
1)HNa
Me
C6 H5
2)C6H5CO2Et
A(C16H 14O2)
Secuencia 5: O C 6H5
Me
1)HNa 2)C6H5CH2CO 2Et
A(C16H14O2)
Secuencia 6: O C6H5
Me
1)HNa 2)C6H5CH2CO2Et
A(C17H16O2)
8.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
A(C8H8O)
_ EtO
+ B(C9H10O2)
O
O
C6 H5
C6H5
Secuencia 2:
2 A(C10H12O2)
_ EtO
C 6H 5 C 6 H5
CO2Et O
VIII
215
Secuencia 3:
C6H5
A(C5H10O3) +
CO2Et
_ EtO
CO2Et C6H5 CO2Et
Secuencia 4: O
O Me +
A(C3H6O2)
_ EtO
Me
CHO
VIII
9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO
GENERALIDADES
Los métodos más usados en el estudio de los mecanismos de este tipo de reacciones son los cinéticos (medida de las velocidades de reacción) y los estereoquímicos. Los estudios cinéticos muestran el tiempo que tarda la reacción en transcurrir y los estereoquímicos la relación que existe entre las configuraciones de las sustancias reaccionantes y los productos. La combinación de ambos tipos de información puede dar una idea detallada de cómo el reactivo y el sustrato interaccionan durante la reacción:
Nu
_
_ Nu___CH2__R + Z:
CH2____Z R
Los reactivos nucleófilos (Nu) son especies que tienen un par de electrones no compartido (bases de Lewis): _ _ _ _ _ _ NC , RO , HO , Br , C6H5O , R-CO2 , R_OH , H2O: , R3N:
Los sustratos (R-Z) más comunes en las reacciones de sustitución nucleófila son los derivados halogenados (R-X; X=Cl, Br, I) R_X + Nu:
R_Nu+ + X
_ R_X + Nu
R_Nu + X
Por ejemplo: CH2
CH CH2I + CN
_
+ _ CH3CH2NH3 + Cl
CH3CH2Cl + :NH3
CH2 HO
_
_
CH CH2 CN + I _
_
_ CH3CH2NH2 + Cl + H2O
MECANISMO DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA
En general, estas reacciones transcurren mediante dos tipos de mecanismos distintos. 1. El proceso transcurre en un solo paso, de una manera concertada, de forma que la ruptura del enlace R-Z es simultánea a la formación del enlace R-Nu; la cinética de estas reacciones es de primer orden respecto del sustrato y del nucleófilo, es decir, de segundo orden total. Durante la reacción, dos moléculas experimentan cambio de valencia, por consiguiente, se trata de una reacción bimolecular y se representa por SN2. La reacción pasa por un estado de transición intermedio en el que ambos grupos, entrante y saliente, están unidos al mismo átomo de carbono: HO
_
+
CH3_Br
SN2
δ− δ− [HO...CH3...Br]
HO_CH3 + Br
_
_ v = k2 [CH3Br][HO ]
IX
217
2. El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización de R-Z y se libera el catión carbonio R+ que, en la segunda fase, se une al nucleófilo: δ+ δ− [R....Z]
lenta
_
R Z
R+ + Nu
_
rápida
R+ + Z
_
v = k1 [R_X]
+
δ δ− [R....Nu]
R_Nu
La velocidad y la naturaleza de los productos quedan determinadas en fases diferentes: la fase determinante de la velocidad es la primera, que es relativamente lenta, pues supone la ionización de un compuesto covalente; su estado de transición será el punto de máximo contenido energético en el progresivo debilitamiento del enlace entre R y Z, y por ello, se considera el estado de transición del proceso total. La segunda fase fija la naturaleza de los productos y es rápida, ya que supone la neutralización de un carbocatión. Como en la fase limitante de la velocidad sólo una molécula experimenta cambio de valencia, la reacción se llama unimolecular y se representa por SN1.
Por ejemplo: CH3 CH3
C
Br
HO
+
CH3
_
SN 1
CH3
CH3
C
OH +
Br
_
v = k1[t-BuBr]
CH3
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN
Las reacciones de sustitución nucleófila bimoleculares SN2 tienen lugar con una inversión completa de la geometría
del sustrato:
2
Et
Me
Me
Me Cl
_ HO
H
2
HO
Cl
H Et
2
H Et
+ Cl
_
Me HO
2
Et
H (2S)
(2R)
Si la reacción se lleva a cabo en un compuesto con dos átomos de carbono asimétricos, el proceso de inversión conduce a un diastereoisómero del sustrato: Br (CHH)C4
1
H
Me C3(CCH)
4
3
H
(1R,3S)
Br
5 1 2
(cis)
_H NC
_ Br _
Me
H
H
3
CN
H
(trans)
C3(CCH)
(CHH)C4 CN
(1S,3S)
La inversión de la configuración en las reacciones de sustitución nucleófila se denomina frecuentemente Inversión de Walden, debido a su descubridor.
IX
218
El que una reacción SN2 transcurra con inversión de la configuración, no significa necesariamente que cuando tiene lugar una inversión de la configuración el proceso transcurra mediante un mecanismo SN2. Esto lleva a suponer que el estado de transición de una reacción SN2 tiene la forma de bipirámide trigonal, con los grupos entrante (Nu) y saliente (Z) ocupando los extremos del eje principal de la bipirámide:
Nu
R1
R1
_
R1
Nu..... C..... Z
Z
Nu
+Z R2
R2 R2
R3
_
R3
R3
El hecho de que la inversión de la configuración acompañe necesariamente a las reacciones SN2, es debido a que este tipo de reacciones son concertadas. Las reacciones de sustitución nucleófila monomoleculares SN1 transcurren en dos etapas:
Cl C6H5
C6H5
+ CH CH3
CH CH3
C6H5
+ OH2 + H2O
C6H5
CH CH3
+ CH CH3
H2O
+ Cl
_
OH C6H5
CH CH3
+ + H3O
Si el producto de partida es ópticamente activo, el producto final es un racémico:
OH
HO 1
C6H5
H
Me Cl
(1R)
_
Cl
H
+
Me
Me H C 6H 5
1
H_OH
C 6H 5
H
H
C 6H 5 H
2
Me 2
HO
Me (1S)
C6H5
Me (1R)
C 6H 5 OH
Cuando el sustrato tiene varios átomos de carbono asimétricos, el producto formado será una mezcla de diastereoisómeros.
EJERCICIO 9.1
El tratamiento del (2R)2-Yodooctano con anión yoduro radioactivo produce [(2R) + (2S)] 2-Yodooctano radioactivo. La velocidad de racemización es el doble que la de incorporación de iodo radioactivo. Explica mediante qué tipo de mecanismo transcurre la reacción.
IX
219
REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN CARBOCATIONES
En las reacciones SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein en el catión carbonio intermedio:
CH3 CH3
C CH2
Br
CH3
lenta
CH3
CH3
C Me
CH2 +
+ CH2
Br
+
_
CH3
Me CH3
C
rápida
CH3
Me + C CH2 Me
OH
H_OH
CH3
C CH2 Me Me
2-Metil-2-butanol
El carbocatión formado inicialmente es primario, menos estable que uno terciario; la emigración (transposición) de un grupo metilo permite que se origine el carbocatión más estable. Este carbocatión reacciona posteriormente con agua para dar un alcohol con un esqueleto carbonado isómero del que poseía el sustrato inicial. Puesto que un carbocatión saturado es tanto más estable cuanto mayor número de grupos alquilo están unidos a él, el orden de reactividad será: terciarios > secundarios > primarios. Velocidades relativas de reacciones SN1 R+ + Z
R_Z
CH3CH2
Br
CH3 CH3CH Br CH3 CH3C Br CH3
_
(en H-CO2H a 1000 C)
_ + CH3CH2 + Br CH3 CH3CH +
+ Br
CH3 CH3C +
+ Br
_
_
v = 1,00
v = 26,1
v = 108
CH3
IMPEDIMENTO ESTÉREO DE LOS SUSTITUYENTES EN EL ESTADO DE TRANSICIÓN
En las reacciones SN1 el carbocatión intermedio plano contiene un carbono unido a tres radicales, mientras que el sustrato posee un carbono tetraédrico. En el estado de transición entre ambos, los sustituyentes unidos a dicho carbono están menos comprimidos unos contra otros; por consiguiente, el paso del sustrato al estado de transición está energéticamente favorecido, y lo estará tanto más cuanto más voluminosos sean los sustituyentes del carbocatión. Como el hidrógeno es muy poco voluminoso, el proceso será tanto más fácil cuanto mayor sea el volumen de los sustituyentes unidos al carbono que da origen al carbocatión. Es decir: terciario > secundario > primario.
IX
220
R δ+ δ− C Z
R Z
H R
H
R
R
H
_
+ Z
+
(SN1)
R
estado de transición favorecido energéticamente (grupos menos comprimidos)
Por el contrario, en las reacciones SN2, el carbono en el que tiene lugar la sustitución está unido a cinco átomos, mientras que el sustrato lo está a cuatro. En el estado de transición la aglomeración crece y la velocidad de reacción debe disminuir cuando aumenta el tamaño de los sustituyentes unidos al carbono en el que ocurre la sustitución: R Nu
_
R
δ−
R
δ−
Nu..... C..... Z
Z
+Z
Nu R
R R
R
_
(SN2)
R
R
estado de transición desfavorecido energéticamente (grupos más comprimidos)
Velocidades relativas de reacciones SN2 0 R_I + BrK (en acetona a 25 C)
R_Br + IK CH3_Br
12.500.000
_
CH3 CH Br
85.000
CH3CH2 Br 85.000
CH3
CH3CH2_Br
CH3CH2CH2_Br
CH3 C
Br
CH3
CH3
650
50 CH3
CH3 CH CH2 Br CH3
70.000
CH3 C
CH2 Br
CH3
3.000
1
APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS FORMACIÓN DE ENLACES C-O SÍNTESIS DE ALCOHOLES, ÉTERES Y ÉSTERES
Las reacciones de solvolisis (el nucleófilo es el disolvente) transcurren a través de un mecanismo SN1: CH3
_ CH Br + H OH
CH3
Q SN1
CH3
CH OH
+
HBr
(1)
CH3 2-Propanol
IX
221
CH3CH2_OH
N SN1
+ (CH3)3C_Cl
(CH3)3C_O_CH2CH3 + N + Cl
terc-Butil etil éter
O CH3
C OH +
(2)
H
O
Q SN 1
CH3(CH2)3_Br
_
CH3
C O
CH3 + HBr
(CH2)3
(3)
Acetato de butilo
Si se emplea agua como disolvente (1) el producto obtenido es un alcohol; si el disolvente es un alcohol (etanol en el ejemplo) (2) se llega a un éter y cuando se trata de un ácido (acético en el ejemplo) (3) el producto final es un éster. En la etanolisis del cloruro de t-butilo se añade al medio de reacción piridina (una amina, básica) con el fin de eliminar el HCl que se desprende y desplazar el equilibrio en el sentido de la formación del éter. Otro método consiste en utilizar oxianiones como reactivos nucleófilos; este procedimiento se utiliza con preferencia al anterior y transcurre mediante un mecanismo SN2: _ Na+HO +
CH3
H2O
CH Br
C2H5OH
CH3
CH3
CH OH
+ NaBr
CH3 2-Propanol
_ (CH3)3CO K+ +
C6H6
CH3CH2_Br
(CH3)3C_O_CH2CH3 + BrK terc-Butil etil éter
O CH3CH2CH2
_ + _ C O Na + CH3(CH2)3 Br
C2H5OH
O CH3CH2CH2
C O
(CH2)3
CH3 + BrNa
Butanoato de butilo
EJERCICIO 9.2
La reacción de un estereoisómero ópticamente activo del 1,3-Dibromociclohexano con NaOH transcurre a través de un mecanismo SN2 y da lugar a (1S,3S) 1,3-Ciclohexanodiol. Dibuja una representación tridimensional del 1,3Dibromociclohexano de partida.
La reacción SN2 se puede utilizar para provocar la inversión de la configuración en un determinado centro asimétrico: CH3 SN 2 H Br
CH3
_ CH3CO2 HCONMe2
H
HO
H2O
O H OCH3C
H
CH3
_
_ + CH3CO2 HO H
H
La ventaja fundamental de las reacciones SN2 frente a las SN1 (cuando ambas se emplean con fines sintéticos) es que en los procesos SN1 tienen lugar con cierta frecuencia transposiciones moleculares que dan lugar a mezclas de productos:
IX
222
CH3 C
CH3
CH CH2Cl
+
H OH
acetona SN 1
CH3 C
CH3
CH3
CH CH2OH +
C
CH CH2
OH 3-Metil-2-buten-1-ol
1-Cloro-3-metil-2-buteno
CH3
2-Metil-3-buten-2-ol
En este caso se trata de una transposición alílica: el catión alilo formado inicialmente puede reaccionar con el nucleófilo (H2O) en dos posiciones distintas, obteniéndose dos productos de sustitución: CH3 CH3
C
CH CH2Cl
SN 1
CH3 CH3
C
CH3
+ CH CH2
CH3
C +
CH CH2
EJERCICIO 9.3
La reacción del 3Fenil-1-cloro-2-buteno en acetona acuosa origina una mezcla de 3-Fenil-2-buten-1-ol y 2-Fenil3-buten-2-ol ópticamente activo. Escribe el mecanismo de las reacciones que tienen lugar.
La competición entre las reacciones de sustitución y eliminación es un factor a tener en cuenta a la hora de idear la
síntesis concreta de un compuesto. Por ejemplo, en la síntesis de éteres de Williamson, el empleo de halogenuros terciarios, junto con nucleófilos fuertes, suele dar lugar casi exclusivamente a reacciones de eliminación:
_ CH3CH2O
CH3
CH3
H__CH2___C____Br
CH2
C CH3
+
_ Br + CH3CH2OH
CH3 Bromuro de terc-butilo
(100 %)
Si se recurre a una reacción de solvolisis (el alcohol como nucleófilo) entonces el haluro de etilo es muy poco reactivo y el proceso es demasiado lento para tener aplicación en síntesis: CH3CH2Cl + (CH3)3C_OH
X
(CH3)3C_O_CH2CH3 + HCl
(muy lenta)
La única solución sería emplear un alcóxido terciario y un halogenuro primario: _ CH3CH2Cl + (CH3)3C_O K+
(CH3)3C_O_CH2CH3 +
KCl
EJERCICIO 9.4
Los aniones alcóxido empleados en la síntesis de éteres se obtienen a partir del alcohol correspondiente, por reacción con un metal (Na o K) o una base muy fuerte. Explica si las siguientes reacciones son adecuadas para la síntesis de los alcóxidos que se indican. 1.
CH3CH2OH + NaOH
2.
2CH3OH + 2Na
3.
Me3C-OH + NH3(liq.)
4.
Me2CH-OH + Na+H
_
_ CH3CH2O Na+ + H2O 2CH3O Na+ + H2 _ Me3CO NH4+ _ Me2CHO Na+ + H2
IX
223
La síntesis de Williamson también permite obtener éteres cíclicos a partir de halogenohidrinas: H2C CH2
HOCl
HO CH2
CH2
Cl
K2CO3 S N2
H2C
CH2
+
Cl
_
O Oxido de etileno (Oxirano)
NaOH, H2O
HO _CH2_CH2_CH2_CH2_Cl
+ H2O + NaCl O Tetrahidrofurano
SN2
(95 %)
Se trata de una reacción de sustitución nucleófila intramolecular: K2CO 3
HO_CH2_CH2_Cl
_ _ O CH2_CH2_Cl
Cl SN2
CH2 CH2 _ O
CH2
+ Cl
_
O NaOH
HO_CH2_CH2_CH2_CH2_Cl
O _
H2C
H2O
CH2___Cl
_ O_CH2_CH2_CH2_CH2_Cl
_
SN 2
+ Cl O
Normalmente los éteres no son suficientemente reactivos como sustratos para hidrolizarse con facilidad. Sin embargo, el óxido de etileno y sus derivados son muy reactivos debido a la tensión del anillo. Estos compuestos se hidrolizan en presencia de cualquier ácido o base. También reaccionan con nucleófilos, en ausencia de ácidos: reacción con nucleófilos con catálisis ácida
reacción con nucleófilos sin catálisis ácida H
H
H O
R
La reacción con nucleófilos sin catálisis ácida tiene lugar en el átomo de carbono menos sustituido del oxirano. Por el contrario, la reacción con catálisis ácida ocurre en el átomo de carbono más sustituido del oxirano. Reacción catalizada por ácidos: H2C
CH2
H2SO4
O
: O:
H___OH2 +
H2O
HOCH2__CH2OH
:O+
+ H2O
H
IX
224
+ H2C_____CH2OH :O+ H
HO_CH2___CH2_OH + H3O+
H2C_____CH2OH ___ H__ O H +
OH2
Etilenglicol
:OH2
La apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov. En este sentido, la reacción es parecida a una SN1, en la que el carbocatión incipiente más estable reacciona con el nucleófilo antes de que tenga lugar su rotación interna:
Me
H
H
O+
O
Et
H
Me
Me
Et
Me Et
H
+
Me
:
H 2O +
H2O :
Me Et
OH H2O
OH 2 3
H Me
HO
H Me
(1) (2S,3S) 3-Metil-2,3-pentanodiol
H 2O : :
+ H 2O
Me Et
O+
H
Me
Me
Et
H
H
+
Me Et
Me
O
H
Me
HO
H2O
Me Et
OH
H
H
Me
OH
(1') (2R,3R) 3-Metil-2,3-pentanodiol
En esta reacción se obtendrá una mezcla mayoritaria de (1) y (1’), ya que la reacción transcurre preferentemente a través del carbocatión incipiente más estable (en este caso el carbocatión terciario). EJERCICIO 9.5
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción (el Metanol es el nucleófilo): O
Me Me C
CH Me
R C O_OH
Me
_ _
Me
C
CH3OH
CH Me
H2SO4, H2O
O 2,2,3-Trimetiloxirano
Me OH Me
C
CH Me
OMe 3-Metil-3-metoxi-2-butanol
El anillo de los oxiranos también se abre fácilmente con reactivos nucleófilos en ausencia de ácidos; la reacción SN2 tiene lugar sobre el carbono menos sustituido del anillo oxiranico (menor impedimento estéreo) MeO___H
: O: H
_ : O:
H
Me
_ MeO
H
H Me
H
H
HO
OMe
H Me
H
H
_ + MeO
OMe
IX
225
EJERCICIO 9.6
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción: Me Me
Me
CH
C
_ CH3O Na+
OH OMe Me
MeOH
C
CH Me
Me
O 2,2,3-Trimetiloxirano
2-Metil-3-metoxi-2-butanol
FORMACIÓN DE ENLACES C-X SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES
Los alcoholes reaccionan con haluros de hidrógeno dando lugar a haluros de alquilo: HBr SN2
R_CH2__CH2OH alcohol primario Me R CH2
R_CH2__CH2Br + H2O
Me
HBr SN 1 / SN 2
CH OH
R CH2
CH Br + H2O
alcohol secundario Me R CH2
C
OH
Me
Me
HBr
R CH2
SN 1
Br + H2O
C Me
alcohol terciario
Mecanismo de la reacción SN2: R__CH2OH
+ _ R__CH2OH2 + Br
H____Br pKa -9
Keq = 107
pKa -2
+ OH2 _ Br
CH2
R__CH2Br + H2O
R
Si la reacción es SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein: OH CH3CH2
HBr
CH CH2CH3
SN1
Br CH3CH2
Br
CH CH2CH3
+
CH3CH2 CH2 CHCH3
3-Bromopentano
3-Pentanol
2-Bromopentano
Mecanismo de la reacción SN1: H CH3CH2
CH O : Et
H____Br
CH3CH2
+ CH OH 2
+
Br
_
Et
IX
226
_ CH3CH2
CH CH2CH3
H2O
CH3CH2
H + CH CHCH3
OH2 +
Br
Br
_ CH3CH2
CH CH2CH3
transposición
CH3CH2
+ CH2 CH CH3
Br
_
Br CH3CH2 CH2 CH CH3
SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE TOSILATOS
Otra forma de convertir un alcohol en un haluro de alquilo es a través del tosilato del alcohol (éster del ácido ptoluensulfónico) OH
O S Cl
Me
+
R'
O
R CH R'
S O CH R + HCl
Me
O
O
(tosilato)
Cloruro del ácido p-toluensulfónico
O S_
Me
O p-toluensulfonilo (tosilo
Ts)
El tosilato se transforma en el haluro de alquilo por reacción con el anión del halógeno:
_ Br
R CH R'
O O S
Me
BrNa
R'
O
R CH Br
_ S O Na+ O
Me
+
O
La reacción se escribe normalmente de forma abreviada:
OH R CH R' + TsCl
_
HCl
OTs R CH R'
Na+Br
_
Br R CH R'
+
_ TsO
+ + Na
EJERCICIO 9.7
Los haluros de alquilo pueden obtenerse por tratamiento del alcohol con SOCl2, PCl3 o PCl5. La reacción se parece mucho a la síntesis de cloruros de ácido. Utiliza como ayuda aquella síntesis para escribir el mecanismo de la reacción entre el 2-Butanol y Cloruro de tionilo (en este caso, la Piridina es simplemente una base)
IX
227
FORMACIÓN DE ENLACES C–N SÍNTESIS DE AMINAS
El amoníaco y las aminas reaccionan con los haluros a través de un mecanismo SN2: _ H2N_CH2_CO2H + Cl NH4+
Cl_CH2_CO2H + 2NH3
La reacción de alquilación del amoniaco y las aminas da lugar a mezclas de productos, dependiendo de la proporción relativa entre el derivado halogenado y el sustrato.
EJERCICIO 9.8
Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones: CH3 CH3
CH CH2
IMe
NH2
A
IMe
B
IMe
_ HO Q
C
D(C4H8) + H2O + NMe3
La síntesis de Gabriel es un proceso especial que, en la preparación de aminas primarias, evita la aparición de productos más alquilados (aminas secundarias, terciarias y sales de amonio):
O O + NH3
O
O calor
N_H
O
O
O Ftalimida
Anhidrido ftálico
_ N K+
KOH
Ftalimida potásica
El reactivo nucleófilo es el anión ftalimido:
N
_ + CO2 K
O
O _
CH2
Br
C2H5
N CH2CH2CH3
KOH calor
CH3CH2CH2_NH2 +
_ + CO2 K
O
O
EJERCICIO 9.9
Utiliza el Ejercicio 5 del Tema 1 para escribir el mecanismo de la hidrólisis en medio básico de la imida N-sustituida que aparece en el último pasop de la síntesis de Gabriel: _ + CO2 K
O N_CH2CH2CH3 O
KOH calor
CH3CH2CH2_NH2 +
_ + CO2 K
IX
228
FORMACIÓN DE ENLACES C–C SÍNTESIS DE NITRILOS
Un tipo de reacción muy útil es la que tiene lugar entre un halogenuro y un carbanión; los carbaniones alquilo sencillos no son satisfactorios, pero pueden emplearse muchas clases de carbaniones relativamente estables; el anión cianuro es un ejemplo: CH3CH2CH2CH2_Br + Na+ NC
_
CH3CH2CH2CH2_CN +
Na+Br
_
Esta reacción (SN2) brinda un método fácil, para añadir un átomo de carbono más a una cadena carbonada: C6H5_CH2_Cl +
Na+NC
_
Cl_CH2CH2CH2CH2_Cl + 2Na+ NC
EtOH SN2
_
C6H5_CH2_CN +
acetona
Na+Cl
_
NC_CH2CH2CH2_CN + 2Na+Cl
SN2
_
La hidrólisis de nitrilos conduce a ácidos carboxílicos; su reducción con hidruro de litio y aluminio (H4AlLi) da lugar a aminas: H3O+
C6H5_CH2_CO2H
C6H5_CH2_CN C6H5_CH2_CH2_NH2
H4AlLi
EJERCICIO 9.10
La reacción del (R)(1-Bromoetil) metil éter con cianuro sódico conduce a (1-Cianoetil) metil éter ópticamente activo. Su configuración absoluta es la misma que la del producto de partida. Explica esta anomalía aparente.
SÍNTESIS DE ALQUINOS
Los átomos de hidrógeno unidos a carbonos con triple enlace son lo suficientemente ácidos (pKa 25) para reaccionar con bases fuertes. El anión amiduro (pKa 35) es capaz de extraer este tipo de hidrógenos originando carbaniones: R C
C
H
_ :NH2
NH3 (liq.) Na
_ R C
+ NH3
C:
Estos carbaniones pueden reaccionar con derivados halogenados, dando lugar a alquinos: R C
_ C:
_ CH2
X
R C
C CH2
R'
+ X
R'
IX
229
SÍNTESIS DE ALCOHOLES PRIMARIOS A PARTIR DE OXIRANOS Y COMPUESTOS ORGANOMAGNÉSICOS
El magnesio reacciona con los haluros de alquilo, dando lugar a compuestos organometálicos de magnesio (magnesianos, reactivos de Grignard) RCH2__I + Mg
Et2O
RCH2__Mg__I magnesiano reactivo de Grignard
Se trata de una reacción de oxidación-reducción en la que el magnesio cede un par de electrones al carbono unido al halógeno: δ+ RCH2
_
δ− I + Mg:
RCH2 + Mg2+ +
I
_
(carbanión)
El resultado es un carbanión que puede actuar como nucleófilo en una gran variedad de reacciones. Una de ellas es la reacción con oxiranos, que conduce a alcoholes primarios con dos átomos de carbono más que el haluro de partida: Et2O
RCH2__X + Mg
RCH2__Mg__X
O
RCH2__CH2CH2OH dos átomos de carbono más que RCH2X
Mecanismo de la reacción: RCH2 X Mg
RCH2
Et2O O
XMg
H3O+ O
RCH2
CH2
CH2OH
+ Mg2+ + X
_ + H2O
EJERCICIO 9.11
Diseña una síntesis de la Pentilamina, empleando Etileno como único producto orgánico.
ANIONES ENOLATO COMO INTERMEDIOS DE REACCIÓN
La tautomería se refiere a una interconversión entre dos estructuras que se diferencian en la posición de un átomo o grupo (isómeros constitucionales) Los compuestos con grupos carbonilo están en equilibrio con sus formas enólicas correspondientes (tautomería ceto-enólica): O CH3
C CH3
OH H2O
(99,999 %)
CH2
C CH3
(0,001 %) (forma enólica)
CH3
O
O
C CH2
C CH3
(83 %)
OH H2O
CH3
C
O CH C CH3
(17 %)
IX
230
O
O
O
OH
H2O
H
H
(50 %)
(50 %)
H O
O
Me
OH
O
H2O
Me
Me
Me
(95 %)
(5 %)
La formación del enol está catalizada por bases:
CO Me
_
H
HO
H2O
CH
O _ O Me C CH C Me
+
Keq = 5,0 x 106
pKa 15,7
CO Me pKa 9,0
El anión enolato está estabilizado por deslocalización de la carga negativa: O: Me C
_ CH
_ :O:
: O:
Me C
C Me
CH
_ : O:
:O:
: O: C Me
Me C
CH
C Me
enolato
HO___H
_ :O:
Me C
: O: CH
OH
C Me
Me
C
enolato
: O: CH
C Me + HO
_
enol
Reacción global: _ :O: :
O
O
Me C CH2 C cetona
Me
+ HO
_
Me C
: O: CH
enolato
C Me
OH + H2 O
Me
C
: O: CH
_ C Me + HO
enol
EJERCICIO 9.12
Cuando la (2S)2-Metilciclohexanona se trata con cantidades catalíticas de NaOH se transforma en una mezcla de (2S) y (2R)2-Metilciclohexanona. Cómo puedes explicar la formación del estereoisómero R.
IX
231
Al aumentar la fuerza de la base en relación con el pKa del compuesto carbonílico, la concentración en el equilibrio del anión enolato también aumenta: O
O
H
H _
_ H
Keq = 0,3
+ MeOH
+ CH3O
pKa 15,5 pKa 16
O
O
H H
+ HO
H _
_
Keq = 0,5
+ H2O pKa 15,7
pKa 16
O
O
H
H _
_ H
Keq = 10
+ EtOH
+ EtO
pKa 17 pKa 16
O
O
H H
+ Me3CO
H _
_
+ Me3COH
Keq = 103
pKa 19 pKa 16
O
O
H H
+ Na+ H
_
H _
pKa 35
pKa 16
O
O
H H
+ Na+ NH2
_
H _
H
pKa 36
O _ H + [Me2C N CMe2] Li + _ _
pKa 16
Keq = 1020
+ NH3
pKa 16
O
Keq = 1019
+ H2
(LDA)
H _
H +
Me2C N CMe2
Keq = 1020
pKa 36
IX
232
ALQUILACIÓN DE CETONAS
Los compuestos carbonílicos que no son simétricos, como es el caso de la 2-metilciclohexanona, pueden dar lugar a dos aniones enolato diferentes, dependiendo del átomo de hidrógeno extraído por la base:
O Me _
1
H
O
:B
H
O
O
2
H
Me
:B
H
_ H
Me
_
O H
Me
_
Me
H
(2)
(1)
La reacción de cada uno de los aniones enolato (nucleófilo) con un átomo de carbono electrófilo origina dos productos distintos: _ O
H
O
H CH2
_
SN2
Br
Me R
CH2 R
+ Br
CH2
+ Br
Me
(1)
_ O
Me
CH2 H
O
Me SN2
Br
R
R
_
H
(2)
Los aniones enolato son nucleófilos ambidentes que pueden reaccionar con un carbono electrófilo (de baja densidad electrónica) de dos formas distintas:
O
O
O
H H O
CH3O
_
CH3OH
_
_ O
O
[nucleófilo ambidente]
IX
233
Reacción con el átomo de carbono (C-alquilación): O _
O
(CH2)2CH3 CH2 δ+
SN 2
Br
CH2CH2CH2CH3
O
O
(15 %)
Reacción con el átomo de oxígeno (O-alquilación): (CH2)2CH3 O
_
O CH2CH2CH2CH3
Br
CH2 δ+
SN 2
(37 %) O
O
En general, los electrófilos de carbono reaccionan con preferencia a través del átomo de carbono del enolato y los electrófilos de silicio lo hacen exclusivamente por el átomo de oxígeno. Este hecho permitió estudiar las condiciones experimentales más adecuadas para controlar la regioselectividad de las reacciones de alquilación en moléculas no simétricas con grupos carbonilo: O
O
Me
Et3N, Q
_
O
_
Me
Me
O SiMe3
SiMe3 Me
Me3SiCl
+
Dimetilformamida
O Me
+
(78 %)
(22 %)
Me
_ O Li+
_ O Li+
O _ (MeCH)2N Li+ 00 C
Me
Me +
O_SiMe3 Me3SiCl
Me
O_SiMe3 Me
+
Et3N (99 %)
(1 %)
CONTROL TERMODINÁMICO Y CONTROL CINÉTICO DE LA REACCIÓN
Cuando la reacción se hace a una temperatura elevada, la 2-metilciclohexanona se transforma más rápidamente en el enolato con el doble enlace menos sustituido (menor energía de activación) El enolato más sustituido se forma más lentamente porque la energía de activación es más alta. Sin embargo, conforme pasa el tiempo, la cantidad de enolato más sustituido va aumentando mientras que el enolato menos sustituido comienza a transformarse cada vez más rápido en la cetona, ya que la energía de activación ΔG (inversa) es menor que ΔG‡ (termodinámico) Si se deja que la reacción alcance el equilibrio, la concentración del enolato más sustituido será mayor que la del enolato menos sustituido. Por el contrario, si la reacción se lleva a cabo a temperatura baja, el número de moléculas de cetona con energía suficiente para pasar la barrera que conduce al enolato más sustituido [ΔG‡ (termodinámico)] es muy pequeño, comparado con el de moléculas capaces de traspasar la barrera que da lugar al enolato menos sustituido. Ahora, el tiempo requerido para que el sistema alcance el equilibrio es comparativamente mucho mayor que a temperatura elevada. En consecuencia, el enolato mayoritario será el menos sustituido.
IX
234
ΔG (termod.)
ΔG (cinético) ΔG (inversa)
O + :B
_
Me _ O + HB
diferencia de energía entre los dos enolatos
Me enolato menos sustituido
_ O + HB Me enolato más sustituido
enolato cinético
enolato termodinámico
Control termodinámico: la reacción alcanza el equilibrio y el producto mayoritario es el que se obtiene a partir del enolato más estable, es decir, el que tiene el doble enlace más sustituido (1): O
O
Me
Et3N: H
Me _
+ Et3NH
O CH2____X
SN2
Me CH2__R
+ X
_
R
O
_ Me
(1)
Condiciones experimentales: temperatura elevada y base no muy fuerte (p.e. trietilamina)
IX
235
Control cinético: los productos se aíslan antes que la reacción alcance el equilibrio. El producto mayoritario es el que se forma más rápidamente y proviene del anión enolato menos estable, esto es, el que tiene el doble enlace menos sustituido (2):
O Me
H H
O
_ (Me2CH)2N Li+
O
H _
Me
CH2
____
X
Me
SN2
H CH2__R + X
_
R
O
_
Me
H
(2)
Condiciones experimentales: temperatura baja y base muy fuerte e impedida estéricamente (diisopropilamiduro de
litio: LDA)
EJERCICIO 9.13
Escribe el mecanismo de las reacciones que aparecen a continuación: Reacción 1: O _ (Me2CH)2N Li+
CH2
0
0 C
A+B
ICH3
Me
(76 %) O
Me CH2_C6H5
+
250C
Reacción 2:
(6 %)
CO_Me
_ Me3CO K+
C__Me
O
O C6H5 CH2
Q CH2CH2CH2Br
(90 %)
Reacción 3: O C_Me
O _ (Me2CH)2N Li+ -600C
C
Q
CH2CH2CH2Br
(80 %)
ALQUILACIÓN DE ÉSTERES
En la condensación de Claisen (Tema 8, p. 200) se dijo que el diisopropilamiduro de litio (LDA) permite obtener el enolato de un éster de forma cuantitativa, es decir, la reacción entre el éster y la base está totalmente desplazada hacia la formación del enolato:
IX
236
CH3CH2
O CH3CH2
CH2
C OMe
O
_ CH
C OMe
_
+ (MeCH)2N Li+ O
pKa 22
CH3CH2
Li+ + (MeCH)2NH
_
Keq = 1014
pKa 36
CH C OMe
Utilizando derivados halogenados y LDA se pueden realizar reacciones de sustitución nucleófila con rendimientos muy elevados: CH3 CH2 CH3CH2
I
SN2
CH C OMe _
CH2CH3 CH3CH2
CH CO2Me
+ I
_
(92 %)
:O :
2-Etilbutanoato de metilo
CH3 CH3
CH3 CH3
1)LDA, THF
CH CH2 CO2Et
CH3
2)CH3I
CH CH CO2Et (95 %)
2,3-Dimetilbutanoato de etilo
CH2
CH3
1)LDA, THF
CO2Me
CH CO2Me
2)CH3I
2-Fenilpropanoato de metilo
EJERCICIO 9.14
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: Reacción 1: O 1)LDA, THF
O
-780C
A
H2C=CH-CH2Br -780C
B
Reacción 2: O O
1)LDA, THF -780C
C
HC
C_CH2Br -780C
D
ALQUILACIÓN DE COMPUESTOS CON HIDRÓGENOS METILÉNICOS ÁCIDOS
La presencia de ciertas funciones insaturadas como sustituyentes en un átomo de carbono saturado, tales como NO2, -CO- o -CN, provocan que los hidrógenos unidos a dicho átomo sean relativamente ácidos. En la tabla siguiente aparecen algunos ejemplos.
IX
237
COMPUESTOS CON HIDRÓGENOS ÁCIDOS Y OTROS REACTIVOS COMUNES Compuesto
pKa
Compuesto
pKa
CH3CO2H
4,8
H2C(CN)2
11
O2N-CH2−CO2Et
5,8
NC-CH2−CO2Et
H2C(CO2Et)2
13
9
CH3CH2OH
17
9
CH3−CO−CH3
19
H2C(CO2Me)2
9
CH3−CO2Et
23
CH3−NO2
10
CH3−CN
25
CH3CO−CH2−CO2Et
11
CH3−CONH2
25
CH3−CO−CH2−CO-CH3
Todos los compuestos con metilenos activos forman aniones enolato en medio básico: O
O
O
EtO C CH2
C OEt
+ Et3N:
O
_ EtO C CH
+ + Et3NH
C OEt
pKa 13
Keq = 103
pKa 10
Malonato de dietilo O
O
CH3 C CH2
C OEt
+ HO
_
O _ CH3 C CH
O C OEt
+ H2O
Keq = 5,0 x 104
pKa 15,7
pKa 11.0 Acetilacetato de etilo
O N
C CH2
C OEt
+ MeO
_
N
_ C CH
O C OEt
pKa 9
+ MeOH
Keq = 3 x 106
pKa 15,5
Cianoacetato de etilo O O _ :O N CH2 C OEt + pKa 5,8
_ + EtO
_ O2N CH
O C OEt
+ EtOH
Keq = 1,6 x 1011
pKa 17
Nitroacetato de etilo
ALQUILACIÓN DE β-CETOÉSTERES (SÍNTESIS ACETILACÉTICA)
Los sustratos más utilizados son los siguientes: 1. Derivados halogenados alifáticos (síntesis de metil alquil cetonas y ácidos monocarboxílicos) 2. α-Halocetonas (síntesis de 1,4-dicetonas) 3. α-Haloésteres (síntesis de cetoácidos y ácidos dicarboxílicos)
IX
238
1. SÍNTESIS DE METIL ALQUIL CETONAS Y ÁCIDOS MONOCARBOXÍLICOS H _
R−CO C
_
H
_ R−CO_CH_CO2Et + EtOH
OEt
CO2Et
_ R−CO CH
SN2
X
CH2
R−CO CH CH2R'
R'
CO2Et
CO2Et β−cetoéster
El β-cetoéster formado puede someterse a dos tipos de hidrólisis.
1
CO2Et
HIDRÓLISIS CETÓNICA
R CO CH2
base diluida o ácido diluido
1
CH2R'
(CETONA)
CH CH2R'
R CO 2
base concentrada
β-cetoéster 2
R CO2H + R'−CH2CH2−CO2H (ÁCIDO)
HIDRÓLISIS ÁCIDA
La hidrólisis cetónica da lugar a cetonas y se realiza con bases o ácidos fuertes diluidos en agua. La hidrólisis ácida origina ácidos carboxílicos y se lleva acabo empleando disoluciones acuosas concentradas de una base fuerte. HIDRÓLISIS CETÓNICA
a) Con disoluciones diluidas de una base:
O R CO CH
C
_
[adición]
OH
_ O R
CO CH
CH2R' OEt
OH
C
CH2R'
β-cetoéster
O
[eliminación] _ _ EtO
R CO CH C OH CH2R'
OEt
β-cetoácido
Como el medio de reacción es básico, el β-cetoácido se transforma en un anión carboxilato que pierde fácilmente CO2, transformándose en una cetona: O CH3
CO CH C O
H
_ OH
O
_H O 2
CH3
CH2R
C
O CH
C
_ CO
_ O
_ O 2
CH3
CH2R
H___OH
C CH CH2R
β-cetoácido
enolato de la cetona
_
_ HO
OH CH3
O
C CH
CH3
C CH2CH2R
CH2R enol de la cetona
cetona
IX
239
b) Con disoluciones diluidas de un ácido fuerte:
O R CO CH C OEt
_
CH2R'
CH2R'
CH2R'
H 3O +
R
C
R CO CH CO2H
EtOH
O
β-cetoácido
_ CO
H
CH2R' 2
R
C
O
O
O R
CH
O
C CH2
CH2R'
cetona
H enol de la cetona
HIDRÓLISIS ÁCIDA
La reacción del β-cetoéster con la disolución concentrada de una base es una retrocondensación de Claisen, es decir, el proceso contrario a la condensación de Claisen (Tema 8, p. 200)) La hidrólisis ácida da lugar a ácidos carboxílicos: O O CO2Et
[adición]
R C CH CH2R' _ β-cetoéster HO
R C OH
_ O R
CO2Et
[eliminación]
CH CH2R'
C
CO2Et _ : CH CH2R'
OH
El medio de reacción es básico: O R
C OH
_ HO _H O 2
CO2Et HO
___
H
O R C O
(ac. fuerte: HCl)
O
: CH CH2R' _
R'CH2CH2 C
O R'CH2CH2 C O
_
O
H3O+
_
OEt + HO
H3O+ (ac. fuerte: HCl)
R C OH
O
_
_ R'CH2CH2 C O + EtOH
O R'CH2CH2 C OH
Ruptura de un β−cetoéster (hidrólisis cetónica y ácida)
1
2
CH3CO
1 _ HO dil. o H3O+
CH
CH3CO_CH2
(cetona)
R
CO2Et
R Ácetilacetato de etilo alquilado (R)
_ HO (conc.) 2
CH2
CO2H
(ácido monocarboxílico)
R
IX
240
_ 1)EtO /EtOH
CH3COCH2CO2Et
CO2Et
Ácetilacetato de etilo
CH COCH3
C 4H 9
2)C4H9Br/EtOH
1)NaOH
C4H9 CH2 COCH3
2)H3O+
(52-61%)
(69-72%)
Estas reacciones de alquilación pueden aplicarse con éxito a la síntesis de compuestos cíclicos; en general, las velocidades relativas de cierre de anillos de diferente tamaño sigue el orden: ciclos de 3, 5 y 6 eslabones > ciclos de 7 > ciclos de 4 = ciclos mayores de 7 = compuestos no cíclicos Producto secundario
Producto principal R
R_X
CH3CO-CH-CO2Et CO2Et
BrCH2_CH2Br n=0
CH3CO
n=1
CH3COCH2CO2Et
_
CO2Et
BrCH2_(CH2)2_CH2Br
CO2Et
BrCH2_(CH2)3_CH2Br
CO2Et
BrCH2_(CH2)4_CH2Br
CH3CO CH
CO2Et
BrCH2_(CH2)n_CH2Br
CH3CO CH
_ EtO /EtOH 1000C
CO2Et
_
CO2Et
(CH2)6 CH COCH3
CO2Et
(CH2)n+2 CH COCH3
CH2 CH2 CH2
CH3CO HC CO2Et
CH3CO C
CO2Et
(CH2)5 CH COCH3
CO2Et
CH3CO
n=4
CH2CH2CH2CH2Br
CH3CO CH
CO2Et
(CH2)4 CH COCH3
CO2Et
CH3CO
n=3
Br
CH3CO CH
CO2Et
(CH3)3 CH COCH3
CO2Et
CH3CO
n=2
_ CH3COCH
CH3CO CH
CO2Et
(CH2)2 CH COCH3
CO2Et
CO2Et
BrCH2_(CH2)_CH2Br
EtO
CO2Et CH3CO CH
CH3CO
_ EtO
CH2Br
CH3CO
EtO2C H2C Br
CO2Et
IX
241
EJERCICIO 9.15
Sintetiza la Ciclopentil fenil cetona empleando Benzoilacetato de etilo y el derivado halogenado que creas conveniente.
2. SÍNTESIS DE 1,4–DICETONAS A PARTIR DE α–BROMOCETONAS
Las α-bromocetonas se obtienen por reacción de la cetona con bromo en medio básico: O C R'
R CH2
HO
+ Br2
_
O R CH Br
cetona
α−bromocetona O
R−CH2
C R'
OH
:B
R CH
:
:
: OH C
_
Br____Br
R'
CH Br
C
+ Br
R
R
:O :
H O+ R'
C
CH Br
R'
C
CH R
+ H_B
Br
R
_ 1)HO (dil) 2)H3O+ _ CH3CO CH
COR CH2
Br
_
:
B:
+ OH HC
enol
C R' enol
cetona
R'
C R'
SN2
CO2Et
CH3CO CH CH2 CO2Et
CO2H CH3CO CH CH2 COR
COR 1)EtO
CO2Et
_
2)R'-X
CH3CO C
COR
R' CO2H CH3CO CH CH2
CO2Et CH3CO C R'
COR
_ COR
_ HO (dil.)
CO2
CH3CO CH2 CH2
Q
CO2H CH3CO C R'
COR
_
CO2 Q
COR
CH3CO CH COR R'
Los β-cetoésteres pueden utilizarse también como precursores de aniones enolato en reacciones de sustitución nucleófila de moléculas con grupos carbonilo. El ejercicio 16 es un ejemplo de ello.
IX
242
EJERCICIO 9.16
1. Idea una síntesis de la 4-Metil-3,5-heptanodiona partiendo de Ácido propiónico como producto base. 2. Diseña una síntesis de la Dibencil cetona empleando Fenilacetato de etilo como único producto orgánico. 3. Realiza la síntesis de la Etil fenil cetona utilizando Acetato de etilo y Benzoato de etilo como sustancias de partida. 3. SÍNTESIS DE CETOÁCIDOS Y ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS A PARTIR DE α–BROMOÉSTERES
La bromación en Cα de los ácidos carboxílicos (reacción de Hell-Volhard-Zelinsky) se realiza empleando tricloruro de fósforo como catalizador:
R CH2
Br
Br2
CO2H
R CH
PCl3
CO2H
Los α-bromoésteres se obtienen por esterificación del correspondiente α-bromoácido: Br
Br
EtOH
R CH CO 2H
R CH CO 2Et
H3 O +
1)HO-(conc.) CO2Et
_ CH3CO CH CH2 CO2Et
2)H3O+
SN 2
Br
CH3CO CH CH2 CO2Et
HO2C_CH2_CH2_CO2H
CO2Et 1)HO-(dil.)
CH3COCH2_CH2_CO2H
2)H3O+ _ 1)EtO /EtOH 2)R_X _ 1)HO (conc.) 2)H3O+
R CH3CO C
CH2
CO2Et
_ 1)HO (dil.)
CO2Et
2)H3O+
R HO2C CH_CH2_CO2H _
R CH3COCH CH CO2H
EJERCICIO 9.17
Averigua la estructura del β -cetoéster F y escribe el mecanismo simplificado de las reacciones que aparecen en los esquemas. _ 1)HO (dil.)
E(C7H10O2)
2)H3O+ F(C10H14O4) _ 1)HO (conc.) 2)H3O+ C2H5OH
Ác. 3-metilpentanodioico
H3O
+
A(C10H18O4)
_ A(C10H18O4)
1)EtO 2)B(C3H2O2Cl2)
Q
G(C8H12O5)
C(C13H18O6)
;
Ácido 5-ceto-3-metilhexanoico
Ác. propanodioico
_ 1)HO (dil.) 2)H3O+
D
Q
SOCl2
B(C3H2O2Cl2)
E(C7H10O2)
IX
243
ALQUILACIÓN DE DIÉSTERES MALÓNICOS (SÍNTESIS MALÓNICA)
Los sustratos más empleados son los siguientes: 1. Derivados halogenados alifáticos (síntesis de ácidos monocarboxílicos) 2. Derivados dihalogenados alifáticos y α-haloésteres (síntesis de ácidos dicarboxílicos)
1. SÍNTESIS DE ÁCIDOS MONOCARBOXÍLICOS
La síntesis malónica abre un camino, teóricamente inagotable, para la obtención de ácidos alifáticos. No obstante, presenta una limitación: no es posible obtener ácidos trisustituidos en el átomo de carbono α.
CO2Et CH2 CO2Et
_ EtO EtOH
CO2Et _ CH CO2Et
CO2Et
n-C4H9Br
C4H9 CH
EtOH
KOH/H2O
_ CO2 K+ C4H9 CH
_ CO2 K+
CO2Et (80-90%)
CO2Et CH2 CO2Et
_ EtO EtOH
CO2Et _ CH CO2Et
n-C4H9Br EtOH
CO2Et C4H9 CH
_ CO2 K+
KOH/H2O
C4H9 CH
_ CO2 K+
CO2Et (80-90%)
H2SO 4 H2O
H2C(CO2Et)2
_ 1)EtO /EtOH 2)C2H5CHBr Me
CO2H
_
C4H9 CH
CO2
C4H9
CH2
CO 2H
CO2H
Me CO2Et
KOH
C2H5 CH CH CO2Et
H2O
_ Me CO2 K+ _ C2H5 CH CH CO2 K+
(83-84%)
H2SO4/H2O _ CO 2
Me C2H5 CH CH2 CO2H (62-65%)
Se pueden utilizar con éxito tanto los haluros primarios como los secundarios, y también haluros de alilo y bencilo primarios y secundarios. Sin embargo, los haluros de alquilo terciarios que tienen al menos un Hα son de poco valor, ya que se produce mayoritariamente una reacción de eliminación E2:
IX
244
(CH3)3C_Br + H2C(CO2Et)2
EtO
_ (CH3)3C_CH(CO2Et)2 + CH3
EtOH
CH3 C
CH2
(6%)
CH(CO2Et)2
Br EtO
+ H2C(CO2Et)2
_ +
EtOH (60%)
Si la reacción de alquilación se realiza con un derivado dihalogenado, se llega a compuestos cíclicos; en tal caso, valen las mismas generalizaciones hechas en el caso de la síntesis acetilacética.
2H2C(CO2Et)2
CO2Et
_ 1)EtO /EtOH
CO2Et
2)Br(CH2)3Br
CO2Et +
EtO2C CH
(55-56%)
_
2H2C(CO2Et)2 + BrCH2 CH2Br
CO2Et
(CH2)3 CH CO2Et (10%)
_ EtO EtOH
CO2Et
CO2Et
Síntesis de un ácido espiroheptanocarboxílico:
CH2Br CH2 CH2Br
+
H2C(CO2Et)2
_ EtO EtOH
CO2Et CO2Et
CO2Et CO2Et
_ 1)HO /H2O 2)H3O
+
H4AlLi
CH2OH
HBr
CH2Br
CH2OH
CO2H CO2H
CH2Br
_
Q CO2
H2C(CO2Et)2 _ EtO
CO2H
2. SÍNTESIS DE ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS
Reacción del anión enolato con derivados halogenados que tengan los átomos de halógeno suficientemente alejados:
IX
245
CO2Et _ CH
CH2
CO2Et
(CH2)n CH2
CO2Et _ CH
CO2Et
CO2Et
CO2Et
Br
Br
CO2H
H3O+
CH CH2
CO2H
CH CH2
(CH2)n CH2 CH
CO2H
CO2Et
_
CO2H
Q CO2
(CH2)n CH2 CH CO2Et
HO2C CH2 CH2
(CH2)n CH2 CH2 CO2H
Dependiendo del valor de n se pueden obtener ácidos dicarboxílicos cíclicos, como sucede en la síntesis acetilacética:
CO2Et 2 CH2 CO2Et
1)EtO
CO2Et
_
CH CH2
2)BrCH2CH2Br
CO2Et CH2 CH
CO2Et
CO2Et
CO2Et
1)EtO
CO2Et
CO2Et
2)BrCH2CH2Br
EtO2C CO2Et
CO2H
CO2H
_ 1)HO
CO2H +
EtO2C
CO2Et
_
HO2C
2)H3O CO2Et
_
Q CO2
CO2H
CO2H
Los α-haloésteres también pueden dar lugar a ácidos dicarboxílicos:
CO2Et _ CH
Br
CO2Et
CH2
CH CH2
CO2Et
CO2Et
H3O+
CO2Et
CO2Et
CO2H CH CH2
CO2H
Q _ CO
CO2H
2
HO2C CH2CH2
CO2H
El anión enolato del malonato de dietilo se utiliza también para sintetizar metil cetonas mediante reacciones de sustitución nucleófila en moléculas con grupos carbonilo:
CO2Et _ CH CO2Et
Cl
CO2Et O
C O
CH
R
CO2Et
C
R
H3O+
CO2H O CH CO2H
C
R
Q _ CO
2
R CO CH3
IX
246
Efectividad de algunos nucleófilos habituales
(reacciones SN2) reactividad
nucleófilo
nucleófilos muy activos nucleófilos activos nucleófilos aceptables nucleófilos débiles
reactividad relativa
>105
I¯ HS¯ RS¯ Br¯ HO¯ RO¯ NC¯
104
:NH3 Cl¯ F ¯ RCO2¯
103 1
H2O ROH
nucleófilos mediocres
10-2
RCO2H
(*) reactividades relativas respecto al metanol
Efecto del grupo saliente
Grupos salientes en orden creciente de facilidad para ser eliminados (reacciones SN2) Clase de compuesto
Grupo saliente *
R-OR'
Dialquiéteres
R'O−
Alcóxido
R-OH
Alcoholes
HO−
Hidróxido
R-O-Ar
Alquilariléteres
ArO−
Fenóxido
R-OCOR'
Ésteres
R'CO-O−
Anión carboxilato
R-F
Fluoruros de alquilo
F−
Fluoruro (v.r.= 0,001)
R-Cl
Cloruros de alquilo
Cl−
Cloruro (v.r.= 0,02)
Éteres O-protonados
R'OH
Alcohol
Alcoholes protonados
H2O
Agua (v.r.= 1)
R-Br
Bromuros de alquilo
Br−
Bromuro (v.r.= 1)
R-I
Ioduros de alquilo
I−
Ioduro (v.r.= 3)
+ R_OH(R') + R-OH2
**
*Los grupos fuertemente básicos (RO-, HO-, H2N-, F-) no pueden ser desplazados en condiciones ordinarias de reacción. Esta es la razón por la que se usan catalizadores ácidos en reacciones de sustitución de alcoholes, éteres y aminas. **(v.r.) = velocidad relativa de eliminación
IX
247
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO ENLACE FORMADO
R_Z + Nu:
_
_ R__Nu + Z:
_ Nu:
R_Z
_ HO ; H2O
Me
R__OH
_ R'O ; R'OH _ R'CO2
R_X
O
R CH O S OH
HO
_ Z:
R_Nu
R__OR'
X
_
R__O_COR' Me
_
R CH
O _ O S OH
OH
O
O
[RCH=CH2 + H2SO4]
O
R_CH2__OH
H2O
R CH2 O S
Me
O
R'_CO_O
_
_
R_CH2__O-COR'
O O S
Me
O
(tosilato) * O C__O
MeO S OMe
_ ArO Na+
O _ MeO S O Na+
ArO__Me
O
O
sulfato de dimetilo H2O ; H3O+
HOCH2CH2__OH
; H3O+
O
O
O
O
Cl_CH2CH2_OH [Z_CH2CH2_Nu]
Cl
O
Cl_CH2CH2CH2CH2_OH [Z_CH2CH2CH2CH2_Nu]
O
O
R C OH + Me N N (diazometano)
Cl
O
R C O__Me
_
_
N2
O _ O R C CH C R O
_ O
R C CH C R
O
O Me
R C CH C R
N2
*éster del ácido p-toluensulfónico
IX
248
ENLACE FORMADO
R_Z + Nu: R_Z
Nu:
_
_
NH3 R'NH2
R_X
_ R__Nu + Z: R_Nu
_ Z:
R__NH2 R__NH_R' X
X = (Cl, Br, I)
R2'NH
R__NR2'
R3'N
+ R__NR3'
_
C−−N
O
NH3
HO_CH2CH2__NH2
RNH2
HO_CH2CH2__NHR
NH3 O
RNH2
O
C−−X
R_OH
_ _X _ _ (X = Cl , Br , I )
R_OH
SOCl2, PCl3, PCl5
HO2C_CH2CH2__NH2 HO2C_CH2CH2__NHR
R__X
HI
R__I
R _X
_ LiAlH4 (H )
R__H
_ LiAlH4 (H )
R CH CH R
R O
_ LiAlH4 (H )
MeO
X
_
_
OH
H
R_OTs
_
R__Cl
R_OMe
R
HO
R__H
TsO
_
(tosilato) C−−H R _X
R
R
_ LiAlH4 (H )
R__H
_ LiAlH4 (H )
R CH CH R
O
R_OTs
H _ LiAlH4 (H )
X
_
OH
R__H
TsO
_
(tosilato)
IX
249
ENLACE FORMADO
R_Z + Nu: R_Z
Nu:
_
_ R__Nu + Z:
_
_ NC
R__CN
_ C C Na+
R'
R'
_ HC(CO2Et)2 C__C
R_X (X = Cl, Br, I)
_ Z:
R_Nu
R
C C R CH(CO2Et)2 R
_ R'CO_CH_COR'
R'
_ X
CO CH COR' R
_ CH3CO CH_CO2Et _
CH3 CO CH CO2Et
_ X_Mg_R (R )
R__CH2CH2OH
O
EJERCICIOS ADICIONALES
9.1 Considera la siguiente secuencia de reacciones: 2-Bromo-3-metil-3-pentanol
NaOH, H2O
MeOH, H3O +
A(C6H12O)
S N2
B(C7H16O2)
Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la secuencia de reacciones con cada uno de los estereoisómeros del 2-Bromo-3-metil-3-pentanol. Asigna la configuración absoluta a todos los compuestos que intervienen. 9.2 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B. (2S,3R)-3-Cloro-2-butanol
NaOH, H2O S N2
A(C4H8O)
H2SO4 H 2O
B (C4H10O2)
9.3 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanol
NaOH, H2O SN2
A(C4H8O)
HBr (48 %) 0 0C
B(C4H9OBr)
9.4 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B:
A(C4H 9OBr)
HO
_
SN2
B(C4H8O)
NH3, H2O S N2
(2R,3S)-3-Amino-2-butanol
IX
250
9.5 Dos compuestos isómeros A(C6H11OBr) y B(C6H11OBr) reaccionan con NaOH acuoso, a través de un
mecanismo SN2, dando lugar a la misma sustancia ópticamente inactiva C(C6H10O). La reacción SN2 de C con metóxido sódico en metanol, conduce a una mezcla de (1R,2R) y (1S,2S)-2-Metoxiciclohexanol. Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C. 9.6 Utiliza representaciones tridimensionales para averiguar la configuración absoluta de todos los compuestos
que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones: NaOH, H2O
(1R,2R)-2-Bromo-1-metilciclohexanol
A(C7H12O)
SN2
_ MeO Na+, MeOH
B(C8H16O2)
SN2
MeOH H 3O + C(C8H16O2)
9.7 Empleando Éster acetilacético o Malonato de dietilo, y cualquier otro compuesto orgánico o inorgánico que
precises, diseña una síntesis de las siguientes sustancias: O
CO2H
Me
O
CO2H
Me
(1)
(2)
(4)
(3) CO2H
CO2Et CO2Et CO2H
CO2Et
EtO2C
(5)
CO2H (7)
(6)
(8)
9.8 Averigua la configuración absoluta del compuesto A:
A(C8H9Br) + B(C5H7O2N)
D(C11H12O4)
B
H 3O +
E(C3H4O4)
EtOH H3O+
F
_ EtO SN2 Q
C(C13H15O2N)[(2S,3R) + (2R,3R)]
H 3O +
Ácido (3R)-3-Fenilbutanoico
_ EtO + BrCH2CH2Br
G(C9H14O4)
H 3O + Q
Ácido ciclopropanocarboxílico
9.9 Apartado 1: Teniendo en cuenta las reacciones que aparecen a continuación, averigua la estructura de los βcetoésteres A, B, C, D, y E. A(C8H14O3)
B(C13H14O4)
1)HO -(conc.) 2)H3O+ 1)HO-(dil.) 2)H3O +
CH3CO 2H + CH3CH2CH 2CO2H
C6H5COCH2COCH3 + CO2
IX
251
1)HO-(conc.)
C(C 11H18O5)
2)H3O +
1)HO-(dil.)
D(C 9H14O4)
CH3COCH2CH2COCH3 + CO2
2)H3O + 1)HO-(dil.)
E(C5H8O3)
CH3CH2CO 2H + HO 2C-CH2CH2-CO 2H
CH3CHO + CO2
2)H3O +
Apartado 2: Una vez conocida la estructura de los cinco β-cetoésteres, realiza su síntesis utilizando reacciones de sustitución nucleófila. Puedes emplear cualquier producto inorgánico, pero únicamente los siguientes productos orgánicos: Etanol
Cloroacetona
Formiato de etilo Acetato de etilo Bromoacetato de etilo Acetilacetato de etilo Propionilacetato de etilo
Cloruro de benzoilo
9.10 Averigua la estructura del β-cetoéster E y escribe el mecanismo de las reacciones que aparecen en los esquemas. _ 1)HO (dil.)
D(C6H8O2)
2)H3O+ E(C9H12O4) _ 1)HO (conc.) 2)H3O+
MeCH2CO2Et
_ 1)EtO 2)MeCOCl
[F(C7H10O5) + G(C7H10O5)]
1)EtO
A
Q -2CO2
Ac. 4-ceto-3-metilpentanoico + Ac. 4-ceto-2-metilpentanoico
_
2)BrCH2CO2Et
B
NaOH H 2O
C(C9H12O4)
H 3O + Q
D(C6H8O2)
9.11 Apartado1: Empleando como sustancias de partida Heptanodioato de dietilo y Formiato de etilo, diseña
una síntesis de la 2-Formilciclohexanona, Apartado2: Utiliza Acetilacetato de etilo y Acetona como reactivos para sintetizar 3-Metil-2,5-hexadiona. Apartado3: Emplea Malonato de dietilo y Etilenglicol como reactivos para sintetizar ácido 1,4-Cicloexanodicarboxílico. NOTA: Además de las sustancias de partida indicadas en cada apartado, puedes utilizar cualquier reactivo orgánico o inorgánico que necesites. 9.12 Indica cómo llevarías a cabo las siguientes reacciones estereoespecíficas: H H
(2S)-1,2-Propanodiol
H Me
(2R)-1,2-Propanodiol
O
H H
H Me
O
9.13 Averigua la configuración absoluta del compuesto A: A(C4H8O)
NaCN EtOH, H2O
[(2R,3R) + (2S,3S)] 3-Ciano-2-butanol
IX
252
9.14 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C: A(C3H6O)
1)C6H5MgBr
HBr
B(C 9H12O)
2)H3O+
Me
C(C9H 11Br)
S N2
CH , NH2Na
C
(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino
S N2
9.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: A(C13H16O4) + C6H5
_ EtO
Br
CO2H H3O+
B(C20H22O4)
C6H5
C 6H 5
Q
CO2H
EtOH
C(C15H14O2)
D(C17H18O2)
H3O+
Secuencia 2: O
O
Me
CHO A(C3H5Br)
+
HO
_
CH2
Me
Secuencia 3:
A(C7H12O4)
+
_ EtO
B(C7H7Br)
_ 1)EtO
CO2Et
C6H5
2)C6H5COCl
CO2Et
C
9.16 Idea un mecanismo razonable que justifique la siguiente transformación: Me
H 3O +
Me
Me
Me
OH
OH
9.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O
O C 6H 5
Me
Br2 HO
_
A
Me
_ O Na+
B(C10H10O3)
Secuencia 2:
Me2NH +
A
OH
Me2N
_ 1)EtO 2) ?
B(C6H15NO2)
C6H5CH2Cl
+ N
C 6H 5 Me
O
OH Cl
_
Me
Secuencia 3:
Me
Me O
Br2 HBr
A
_ ? + EtO
O
Me Me
Me CO2Et
O
IX
253
Secuencia 4:
O
O
_ 1)EtO
Me CO2Et
A(C6H8O3)(lactona)
2)
H3O+ Q
?
B(C5H10O2)
Br
Me
O
Secuencia 5: CO2Et (CH2)4
_ EtO
A(C8H12O3)
C6H5
HCl
B(C16H20O4)
C6H 5
2)
CO2Et
O
_ 1)EtO
H 2O
Cl
O
Secuencia 6: H2C(CO2Et)2
O
_ 1)EtO
A(C10H14O4)
2) BrCH2 C CH
H 3 O+ Q
B(C5H6O2)
H 3O + , H 2O Hg2+
Me
CO2H
9.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
O Me
CO2Et
_ EtO Me
_ EtO
A I
[D(C14H17O3Br)]
C6H5
[B(C16H 21O4)](anión)
C(C 14H16O3)
O
E(C13H17OBr)
HO
O
_
HBr H3O+, Q
Me
Me
C6 H5
IX
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN
GENERALIDADES
En un sustrato saturado, el esquema general de cualquier reacción de eliminación es el siguiente: _
:B
H
C
C
Z
C
C
BH +
+
_
Z
π
[:B- es una base (nucleófilo) que puede no llevar carga] Si la reacción ocurre en un sustrato insaturado: :B
_
H
C
C
Z
C
BH +
+
C
Z
_
π
Los sustratos más comunes en las reacciones de eliminación son los haluros de alquilo y los alcoholes: Br CH3 _ B
CH3 CH3 C OH
CH
CH CH3
CH3
CH CH CH3
+ HB
+
Br
_
H
H3O+
CH3 H CH2
CH3
C
CH3
+ OH2
CH2
C CH3
+
H3O+ + H2O
CH3 H2O:
MECANISMO DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN
De forma semejante a las reacciones SN, las reacciones de eliminación transcurren normalmente a través de dos tipos diferentes de mecanismos. REACCIONES DE ELIMINACIÓN E1
El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización del sustrato y se libera un catión carbonio que, en la segunda fase, reacciona con la base originando el producto no saturado. La reacción responde a una cinética de primer orden:
H C C
Z
lenta
B
_
δ+ H C C
H C C+
δ− Z
rápida
+ H C C
C
C
+
+
Z
_
v = k1[R-Z]
HB
X
255
Resulta evidente que la etapa lenta es la misma que en las reacciones SN1; todas las consideraciones con respecto a la influencia de Z, R y el disolvente sobre el mecanismo SN1 son aplicables al mecanismo E1. En cambio, la naturaleza de la base influye sobre el producto obtenido. Por ejemplo, el bromuro de t-butilo reacciona en etanol originando el 81% de t-butil etil éter (SN1) y el 19% de isobutileno (E1): CH3
CH3
lenta
CH3 C Br
CH3
CH3
CH3 SN1:
C2H5 OH
+ C CH3 CH3
C+
+
Br
_
CH3
H CH3
rápida
O C CH3 + CH 3
C2H5
CH3
_ + H
C2H5 O C CH3
(81%)
CH3 t-Butil etil éter
CH3 E1:
C2H5 OH
H CH2
C+
rápida
C2H5
+ OH2
CH3 +
C CH3
CH2
CH3
(19%)
Isobutileno
La formación del carbocatión, por ionización del bromuro de t-butilo, es la etapa determinante de la velocidad en ambas reacciones. El etanol puede actuar como nucleófilo o como base; en el primer caso reacciona con el carbono cargado positivamente, dando lugar al producto de sustitución, y en el segundo lo hace con el hidrógeno en β, originando el alqueno. Puesto que las reacciones E1 y SN1 tienen lugar a partir del mismo catión carbonio, el tipo de estructura carbonada influye de igual forma en ambos tipos de procesos. El grupo saliente (Z) no suele jugar ningún papel en las cantidades relativas de productos E1 o SN1, ya que todos ellos se forman después de que Z se ha desprendido del sustrato. La temperatura es el factor que suele determinar la proporción relativa de productos de eliminación o sustitución. En general, una temperatura elevada favorece la reacción de eliminación. Los halogenuros terciarios reaccionan más fácilmente que los secundarios a través de reacciones E1, ya que dan lugar a olefinas más sustituidas y, por consiguiente, más estables (control termodinámico) Sin embargo, un disolvente polar y nucleófilo, y la ausencia de bases fuertes, favorecen la formación de productos de sustitución en vez de los de eliminación. La ruta E1 está favorecida por los reactivos fuertemente básicos y débilmente nucleófilos, y también por los sustituyentes atractores de electrones que aumentan la acidez del hidrógeno en β. REACCIONES DE ELIMINACIÓN E2
El proceso transcurre en un solo paso de una manera concertada, es decir, la ruptura de los dos enlaces σ y la formación del enlace π son simultáneas. La reacción pasa por un estado de transición del tipo: _ B:
H C C Z
δ− B
δ+ H C
C
δ− Z
HB +
C
C
+ Z
_
La cinética de la reacción es de segundo orden: v = k2[R-Z][:B- ]
X
256
Lo mismo que la reacción E1 es competitiva con la SN1, las reacciones de sustitución SN2 pueden competir con las de eliminación E2. En este sentido, es importante la naturaleza primaria, secundaria o terciaria del carbono al que está unido Z. La formación de un alqueno mediante un mecanismo E2 va acompañada de una disminución de la aglomeración alrededor del átomo de carbono que contiene el grupo saliente Z, mientras que en el estado de transición que conduce a la sustitución SN2, la aglomeración en torno a este átomo aumenta.
Nu
_
R' R'
H
E2: R
R
δ− Nu ..... H E2
R R
........
Z
Z
R' − R' δ
R R
R' R'
+ H_Nu +
Z
_
[la aglomeración disminuye]
Nu H
_ R' R'
SN2: R
R
δ− Nu
H
SN 2
R
Z
R
Z
H
R' R' δ−
R
Nu
R
R' R'
+
Z
_
[la aglomeración aumenta]
La reacción E2 está favorecida si existe considerable impedimento estéreo en el carbono α y si la base (nucleófilo) es grande y fuertemente básica. Inversamente, la reacción SN2 está favorecida si el impedimento estéreo es mínimo en el carbono α y el nucleófilo (base) es pequeño y muy polarizable. Finalmente, la reacción E2 prevalece sobre la SN2 en disolventes que no sean muy polares (p.e. un alcohol)
Se comprende fácilmente que los dos factores actúan en el mismo sentido, para favorecer considerablemente la eliminación en los derivados terciarios y para entorpecerla en los primarios. En resumen, la competencia entre los caminos SN2 y E2 está gobernada por: 1
La magnitud del impedimento estereo en el carbono al que está unido el grupo saliente Z.
2
La basicidad, el tamaño y la polarizabilidad del nucleófilo.
3
La temperatura a la que se realiza la reacción.
Por ejemplo, el bromuro de etilo (carbono en posición α no impedido estéricamente) reacciona con el metiltiolato sódico (nucleófilo pequeño y muy polarizable), dando lugar a sulfuro de etilo y metilo (SN2):
CH3CH2Br + CH3_S_Na
SN2
CH3CH2_S_CH3 + NaBr
Sin embargo, el bromuro de t-butilo (carbono en α muy impedido) reacciona con el t-butóxido potásico (base nucleófila grande y poco polarizable) para dar como producto más abundante el isobuteno (E2): _ (CH3)3C_Br + (CH3)3CO K+
E2
CH3 CH3
C CH2
+
(CH3)3C_OH
+
KBr
X
257
REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
REACCIONES E1
Si la base puede reaccionar con dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se obtiene una mezcla de olefinas. El alqueno más sustituido (producto Saytzev) suele predominar sobre el menos sustituido (producto Hofmann): CH3 CH3CH2
CH3
:B E1
C Br CH3
CH3
CH3
CH C CH3
+
CH3 CH2 C
[Hofmann](8%)
[Saytzev] (32%)
CH3
1
CH3 CH3CH2
C
:B E1
Br
CH3
CH3
CH3 CH3CH2
C+ CH3
CH3
CH C CH3 [Saytzev] (32%)
E1
CH C CH2 + B: 1 H H 2 :B CH3
=
CH2
CH3 CH3
2
CH2
C CH2
[Hofmann] (8%)
_ EtO E1
Br CH3CH2
CH CH3
CH3
CH CH CH3
+
CH3
[Saytzev] (81%)
CH2
CH CH2
[Hofmann] (19%)
REACCIONES E2
La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev, en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crece el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante: _ EtO Br CH3CH2
CH CH3
C CH3
CH3
CH2
CH CH2
[Hofmann] (19%)
[Saytzev] (81%)
_ EtO
Me3C CH2
CH CH CH3 +
E2
_ Me3CO
Br
CH3
CH3
CH CH CH3 +
CH3
CH2
CH CH2
[Hofmann] (53%)
[Saytzev] (47%)
CH3
CH3 Me3C CH C CH3
+
[Saytzev] (14%)
Me3C CH2
C CH2
[Hofmann] (86%)
E2
CH3 CH3
CH3 _ Me3CO
Me3C CH C CH3 [Saytzev] (2%)
+
Me3C CH2
C CH2
[Hofmann] (98%)
X
258
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN REACCIONES DE ELIMINACIÓN MONOMOLECULARES (E1)
Con independencia del tipo de molécula de partida, ninguna reacción E1 es estereoespecífica. El giro libre del enlace en el carbocatión intermedio da lugar a dos conformaciones distintas: una de ellas origina el estereoisómero Z de la olefina, y la otra el estereoisómero E. No obstante, la interacción entre los grupos de carbonos contiguos hace que uno de los estereoisómeros predomine sobre el otro. El mayoritario será aquél que surja del carbocatión con menor impedimento estéreo: H
H Me
H Me
H
H
:B E1
+
H Me
H Me
I
H
=
H
Me
Me
(Z) (minoritario)
Me
H
H
:B
H
H
Me
+
Me H
H Me
Me
=
H
H
Me
Me
H
Me (E) (mayoritario)
H
Los ejemplos que siguen son todos reales, pero es probable que los tipos de moléculas que aparecen en ellos se transformen en olefinas a través de mecanismos E1 o E2, dependiendo de las siguientes variables: la naturaleza del grupo saliente (Z), la base concreta que desencadena la reacción, el impedimento estéreo en el hidrógeno β, el disolvente y la temperatura a la que tiene lugar el proceso. Por los mismos motivos, además de la reacción de eliminación (E1 o E2), pueden producirse reacciones de sustitución nucleófila competitivas (SN1 o SN2) EJEMPLO 1 Z
H
E1
RCH2 CH CH2R
H
H R
RCH2
RCH2
(Z)
H H R
H CH R 2
:B
+
Z
:B
H
=
CH2R
R
H
R
H R
H CH2R
(Z)
H +
R
CH2R
H
H H
H (E)
H
H
E1 H
R
+
CH2R H
=
RCH2 H
H R
H R
CH2R H (E)
Se obtiene una mezcla de los estereoisómeros (Z) y (E) de la olefina. El impedimento estéreo en el carbocatión que da lugar al isómero (Z) (interacción entre los grupos R / RCH2 y H / H) es mayor que el existente en el otro carbocatión (interacción entre los grupos R / H y RCH2 / H) Cabe esperar que el producto mayoritario sea el estereoisómero (E)
X
259
EJEMPLO 2
Z
Z
Z
R
H
E1
R CH CH R
H
+ Z
R
R
R
(Z)
(E)
Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H
H
R
H
H E1
Z
R
R H
Z
R
H
:B
+
=
Z
H
R
R
Z
R
Z
H
R (Z)
(R,R)
H H
+
=
R R
R
H
H
Z
Z
H
Z
H
=
R
Z
Z
H
R
R (E)
H
:B
+
R
R
R R
Z
H E1
H
:B
R
H
Z
R
R
H
Z
R (Z)
(S,S)
H R
+
=
H Z
H
R
H
Z
Z
R
R
Z
R
=
R
R
R
R
Z
H (E)
H
:B
+
H
H Z
R
H E1
H
:B
H
R
Z
R
R
R
Z
H (E)
(R,S)
H H
+
H
:B =
R Z
R
R Z
H R
R
H
Z
R (Z)
Si el radical R es de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario cuando la pareja de enantiómeros (R,R) / (S,S) o la forma meso (R,S) se someten a una reacción de eliminación E1.
X
260
EJEMPLO 3
Z RCH2
H
E1
CH CH2R'
H
H R'
RCH2
H
H R'
:B
CH2R
+ R
R'CH2
R H
R'CH2
(Z)
(E)
(E)
H
H
E1
+
H CH2R
H R'
Z
H
H +
H
RCH2
(Z)
H
H
R'
+
H
=
Z
H
H
CH2R
CH2R
R'
R'
(Z)
(R) o (S)
:B
H
H +
H
H
R
:B
CH2R'
RCH2
H
R'
R'
(E)
H +
H
CH2R
H
H
H
H
E1
Z
=
H
H R'
H
CH2R
H CH2R'
H
=
Z
R
H
H
CH2R'
CH2R'
R
R
(Z)
(R) o (S)
:B
H
H + H
CH2R'
=
R'CH2
H
H
CH2R'
H
H
H
R
R
(E)
R
El estereoisómero (E) será el mayoritario en ambos casos, con independencia de los tamaños relativos de los grupos R, R', RCH2 y R'CH2 . EJEMPLO 4 Z
Z
R CH CH R'
E1
H
R'
R
Z
H
Z
R
R'
+ (Z)
Z
R'
R
H
H
+
+ (E)
Z
(Z)
R'
R (E)
Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H Si los radicales R y R' son de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario en los dos casos.
X
261
H2
R
H1
Z
R'
+
H
Z
H
:B
H R
E1
R'
H
=
Z
R
R'
Z
R
Z
H
R' (Z)
(R,R) (S,S) (R,S) (S,R)
H
+ R'
R
Z
H1 R'
:B
H
=
R'
R'
R
Z
Z
R
H
Z
R' (Z)
H
H R'
+ R
(E)
H H
+
:B
R'
R
Z
H R
Z
H
H
R'
Z
E1
Z
R
=
R
H2
H
:B
H
R'
=
H
R
R'
R
H
Z
Z
H (E)
Z
EJERCICIO 10.1
La deshidratación del 4-Metil-3-hexanol en medio ácido transcurre a través de un proceso E1. Escribe el mecanismo de la reacción que aparece seguidamente para cada uno de los cuatro estereoisómeros del alcohol. Me OH
Me
H 3 O+
CH3CH2 CH CH CH2CH3
CH3CH2 C CH CH2CH3
E1
REACCIONES DE ELIMINACIÓN BIMOLECULARES (E2)
En las reacciones E2 asume enorme importancia la disposición relativa que adoptan los grupos eliminados. Normalmente, las reacciones E2 transcurren con mayor facilidad cuando dichos grupos están en relación antiperiplanar; por este motivo, el proceso se denomina anti-eliminación. Si son posibles dos o más conformaciones antiperiplanares, la más favorecida será la de menor contenido energético (interacción mínima entre grupos de carbonos contiguos): 1
B:
H
Me
2
H
2
B:
H
1
H Me
H
Me
I
Me
Me
2
E2
Me
Me 2
H I [antiperiplanar] (menos impedida)
I
H
H1 H
H
H
Me (E) [mayoritario]
H2 Me
H 1
H I
Me
[antiperiplanar] (más impedida)
E2
1
H
H
Me
Me (Z) [mayoritario]
X
262
En los ejemplos que siguen se utilizan los mismos tipos de moléculas que en las reacciones E1 (ver p.6-9) Así se pueden apreciar mejor las diferencias y semejanzas entre ambas clases de procesos (E1 y E2). EJEMPLO 1 Z RCH2
H
E2
CH CH2R
H
H
R
+ R
RCH2
RCH2
H
(Z) Br CH3CH2
E2
CH CH2CH3
(E)
CH3CH
CH CH2CH3
[(Z) + (E)] 1
B: 2
H
H
H Me
H1
Et
Et
H 2
Br
H
2
E2
H
H
Me
Me
Et
Br
(Z) [minoritario]
B:
2
Me
H
H
1
H2
Et
Me
Br
H
Et
H Br
H
E2
Me 1
1
H
H
Et (E) [mayoritario]
EJEMPLO 2 Z
Z
H
E2
R CH CH R
R
Z
H R
R
(Z)
Br
Z
E2
Z
R (R,R) o (S,S)
CH3
Z
R CH CH R (R,S)
Br
E2
CH CH CH3
(E)
Br CH3
CH C CH3
La reacción es estereoespecífica: B:
H
H
H
Me
H
3
Me Br
2
Me
Br
Me
E2
Me
H
Br
Br
Me (Z)
Br
(2R,3R)
Me H
H
Br
B:
H Me
H
2 3
Br Me
Me Br
Br
E2
Me
Br
H
Me (Z)
(2R,3R)
X
263
B:
Me H
H
H
2
Br Me
Br
Br
Br
(2S,3S)
Me
H
Br
Me Br
Br
Me H
Br
(2R,3S)
B:
Br
H
Me
Me
Br (Z)
E2
Me
Me
Br
Br
H (E)
H Me
H
2 3
E2
H
Me
Br
H
H (Z)
Me
H
2
Me H
Me
Me
3
Me Br
Me
Br
(2S,3S)
H
Br Me
H
Me 3
E2
H
B:
H 2
B:
H
Me
3
Me Br
Br Br
(2R,3S)
E2
Me
Me
H
Br
Me
(E)
EJEMPLO 3
Z
H
E2
RCH2 CH CH2R'
H
H
(R) o (S)
R'
RCH2
Cl
E2
CH CH2CH3
H
R
R'CH2
+
(E)
CH3CH2CH2
3-Hexeno
H
R'CH2
(Z)
CH CH CH2CH3
R
+
(E)
CH3CH2
H
H
+ H
RCH2
(Z)
CH3CH2CH2
R'
+
CH CH CH3
2-Hexeno
[1]
[2]
3-Hexeno [1]: Et H
1
Cl
Et
2
H2
H Cl
(3R)
Et H
2
Cl
H Et
1
Et
Et H2
H
Et
(Z) [minoritario]
Et
H
3
E2
H2
B:
H
2
Et
H
3 2
H1
B:
H
Et Cl
H1
E2
H1
Et H
Et (E) [mayoritario]
X
264
Et
H
1
Et
3 2
Et
Cl
H1
B:
H
2
H2
H
H
E2
H
Et Cl
(3S)
Et H2
Et (E) [mayoritario]
Et
H
2
Cl
Et
Et H1
2
H2
B:
H
3
Et
Et
Cl
E2
H1
H Et
H1
Et (Z) [minoritario]
2-Hexeno [2]: Pr
H
1
Pr
3 2
Me
Cl
H1
B:
H
2
H
H2
Cl
(3R)
H
E2
H
Me H2
Pr
Me
(E) [mayoritario]
Pr
H
2
Cl
H
Pr
3 2
H2
B:
H
H Me
1
Me Cl
E2
H1
H Pr
H1
Me (Z) [minoritario]
Pr H
1 3 2
Cl
H1
B:
H Me
H2
H
Pr
2
Me
H Cl
(3S)
E2
Pr
Me
H
H2 (Z) [minoritario]
Pr H
2
Cl
H Me
Pr
H
3 2
H2
B:
H 1
Me Cl
H1
E2
H1
Pr H
Me (E) [mayoritario]
X
265
EJEMPLO 4
Z
Z
H
E2
R CH CH R'
Z
R' Z
R
(R,R) o (S,S)
CH3
Z
Br
E2
H
Z
H
R
R'
+
(Z)
CH3
Z R'
R
(R,S) o (S,R)
(E)
(E)
Br
E2
CH CH CH2CH3
Z
R CH CH R'
H
R
(Z)
Br
R'
+
Br
Br
C CH CH2CH3 + CH3
CH C CH2CH3 + CH3 CH CH CH CH3
[1]
[2]
[3]
2-Bromo-2-penteno [1] y 3-Bromo-2-penteno [2]: Br Me
Et
H
Br
Me
3
1
B:
Br
Br 2
2
H2
H
1
H
E2
Br
Et
Me H
2
(Z)
B:
H
2 3
Br
Br
Me Br 1
B:
H2 Me
H Br
H
E2
Me 1
Br
H
Me
Br 2
Et
Et
H
1
H
Me Et
3
1
Br
E2
Br
H2
H
H1
E2
1
H
Me
2
Et
Et
Me H
Br
1
H
E2
H2
Br Me
H2
Et [1] (E)
2
B:
H
2 3
Br
Et [2] (Z)
(2R,3S)
1
Et [1]
Et
Br
Me
3
H
H2
Me
Br
Br 2
B:
Br
Br
Br Me
H2
B:
H
2
Br
Et
(Z)
2
Me
[2] (Z)
(2S,3S)
1
Br
Br
Br 3
H
1
Et
Et
2
H2 [1]
(2R,3R)
1
Et
Me
Et Br
1
H2 Me
H
Br Br
Et
E2
Me 1
H
Et [2]
Br
(E)
X
266
Me Br 2
B:
Br
Br 3
Et
1
H
Me
Br 2
H2
H
1
E2
Me
Et
H
Et H2
Br [1]
(2S,3R)
1
H
2
Me
(E)
H2
B:
H
2 3
Br
H1
Me
Br
Et
Et
1
E2
Br
Me
Br
Br
H [2]
Et
(E)
EJERCICIO 10.2
Escribe el mecanismo de formación de los estereoisómeros del compuesto [3] (Ejemplo 4) utilizando los cuatro estereoisómeros del 2,3-Dibromopentano. Br
Br
Br
E2
CH3 CH CH CH2CH3
CH3
CH CH CH CH3 [3]
TIPOS DE ESTEREOISÓMEROS OBTENIDOS EN LAS REACCIONES E1 Y E2
EJEMPLO 1
E1
H
R
H
H
RCH2
(Z)
RCH2 CH CH2R
E2
R
+ RCH2
Z
H
H
(E)
H
H
R [estereoselectiva]
+ R
RCH2
H
RCH2
(Z)
(E)
EJEMPLO 2
E1
H
Z
Z (Z)
R CH CH R * * (R,R) o (S,S)
H
+ R
Z
Z
R
H
R
R (E)
R [estereoespecífica]
E2
Z
R (Z)
X
267
H
E1
H
+ Z
R Z
Z
R
Z
R
R
(Z)
R CH CH R * * (R,S)
Z
(E)
H [estereoespecífica]
(meso)
E2
R
R (E)
EJEMPLO 3
H
H
H
E1
R'
+
R
+
H
RCH2
(Z)
Z
H
H
+
R'
RCH2
H
R
R'CH2
(E)
H
R'CH2
(Z)
(E)
RCH2
CH CH2R' * (R) o (S) H
H
H
R'
H
+
E2
H
RCH2
(Z)
R
+
+
R'
RCH2
H
H R
R'CH2
(E)
H
R'CH2
(Z)
(E)
EJEMPLO 4
H
H
R'
E1
R'
Z
R'
R
H
R
R'
R
(Z)
(E)
(Z)
H
+
+
Z
R Z
Z
Z
+
(E)
Z 1
R CH CH2 R' * * (R,R) o (S,S)
E2
H1
R'
R
Z
Z
R'
R
H2
+ (Z)
(Z)
H
R
CH CH2 * * (R,S) o (S,R)
R'
Z
H
+ H
R (Z)
(E)
(Z)
Z 1
R'
+ R
Z
Z
Z
+ R
Z
H
R'
E1
R'
R (E)
R'
E2
H1
Z
R
R'
Z
H2
R
R'
+ (E)
(E)
X
268
ESTEREOQUÍMICA Y REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
REACCIONES E1
Si la base puede extraer dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se pierde preferentemente el que da lugar al alqueno más sustituido: 1 1
Br CH3CH2
E1
CH CH3
H
CH3
2
H
+ CH CH CH2
CH3 CH
_ EtO
CH CH3 (Saytzev)
(Z) + (E) (Hofmann)
CH3CH2 CH CH2
2
Productos Saytzev: H
H
B:
+ H Me
B:
Me H
Me H
H Me
H Me
Me Me
H Me
(E)
Me H
(may.)
H Me
(min.)
H
H + H Me
H Me
H H
(Z)
Producto Hofmann: B:
H
H + H H
Et H
Et
H H
H
Et H
H H
REACCIONES E2
La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crecen el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante: EtO Br CH3CH2
CH CH3
_ CH3
CH CH CH3 +
[Saytzev] (81%)
CH3
CH2
CH CH2
[Hofmann] (19%)
E2
Me3CO
_
CH3
CH CH CH3 +
[Saytzev] (47%)
CH3
CH2
CH CH2
[Hofmann] (53%)
X
269
Productos Saytzev: H1
B:
Me H
2
H Me
2
Me
1
Me
H
H
2
H
Me
Me
H
Br
H2
B:
H1
Me
(E)
Me H
(may.)
Me H
(min.)
Br
H
H2
Me
H
Me
Br
H
Me 1
1
H
(Z)
Br
Producto Hofmann: B:
H
H Et
H H
H
H H
Br
Et H
Br
H
H
H
Et
H H
H 1
Saytzev
2
Hofmann
_ EtO
C
H Br
H H H
H
CH3 Me3C CH
C
CH3 CH3
+
Me3C CH2
[Saytzev] (14%)
Br Me3C CH2
H
CH3
C
CH2
[Hofmann] (86%)
E2
CH3 CH3 Me3CO
Me3C CH
_
C
CH3 CH3
+
Me3C CH2
[Saytzev] (2%)
C
CH2
[Hofmann] (98%)
Producto Hofmann: B:
H H H
Me CH2CMe3 Br
Me
H
H
CH2CMe3 H
Br
H
H H
CH2CMe3 (Hofmann)
X
270
Productos Saytzev: H1
B:
Me Me
Me
2
H Me3C
2
Br
H2
B:
Me3C
1
Me
2
Me
Me3C
CMe3
H
Me
H (Saytzev)
Br
Me Me
Me Me3C
Br
H
H1
H2
Me
Me
Me3C 1
H1
H
Br
Me H
H 1
H
Saytzev
H Br
2
H
Hofmann
Me
(Saytzev)
H H
H
APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN EN SÍNTESIS REACCIONES E1
Los cationes carbonio que se forman en las reacciones de solvolisis dan lugar con frecuencia a mezclas de productos E1 y SN1. La proporción relativa de unos y otros está determinada en parte por la basicidad del disolvente y también por la presencia de otros nucleófilos en la disolución.
SN 1 Br CH3CH2
C CH3
CH3
EtOH 25
0
CH3CH2
+ C CH3 CH3
CH3 CH3CH2
C O CH2CH3 CH3
(66 %)
C2H5OH
CH3 E1
CH3
CH C CH3 (27 %)
CH3 +
CH3CH2
C
CH2
(7 %)
Por ejemplo, la solvolisis en piridina (básica) conduce en general a reacciones en las que predomina la eliminación E1, mientras que la solvolisis en presencia de tiosulfato (S2O32-) da lugar normalmente a reacciones SN1. Cuando aumenta la sustitución en el carbono β o se eleva la temperatura se incrementa la proporción del producto de eliminación. Las reacciones E1 tienden a originar productos en los que predomina la olefina más sustituida (producto Saytzev). Ya que el grupo saliente no interviene en el paso final que da lugar a los productos, sus porcentajes relativos son independientes de los sustratos de partida:
X
271
CH3 C
CH3
CH3
C2H5OH / H2O (80:20)
Br
650
CH3
CH3
CH3
H2C C CH3
+
CH3
C OH
CH3
C O CH2CH3 CH3
(64 %)
CH3
C2H5OH / H2O (80:20)
CH3
CH3
H2C C CH3
650
CH3 CH3
+
CH3 (36 %)
CH3 + C S CH3
CH3
+
CH3
C OH
+
CH3
(36 %)
(catión sulfonio)
C O CH2CH3 CH3
CH3 (64 %)
La deshidratación de alcoholes, catalizada por ácidos, sólo tiene aplicación en síntesis cuando no hay transposiciones de Wagner-Meerwein que den lugar a productos indeseables: CH3
CH2OH
H2SO4
+ CH2 OH2
CH3
1800
_H O 2
CH3
+ CH2
SO4H
_ CH2
CH2
OH H3PO4
OH CH3
C CH2CH3
I2 (trazas) 90-100
CH3
CH3
0
(85 %)
+ C CH2CH3 CH3
E1
CH3
C CH2CH3 + CH3
CH3 (15 %)
(85 %)
OH
H2SO 4
C
E1
CH3
C CH2CH3
CH2
+ C
C
CH3
CH2 (80 %)
REACCIONES E2
Las reacciones E2 se favorecen cuando la temperatura y la basicidad del reactivo nucleófilo son altas y el impedimento estéreo en el carbono β del sustrato es elevado. Si existen sustituyentes electronegativos unidos a dicho carbono, aumenta la acidez del hidrógeno susceptible de eliminación y la reacción E2 transcurre con mayor facilidad. Las bases (nucleófilos) empleados en las reacciones de eliminación son, entre otras, las siguientes: _ _ _ _ _ H2O ; R3N ; CH3CO2 ; HO ; RO ; H2N ; CO32
Los grupos eliminados son los mismos que en las reacciones SN2: Cl
_
; Br
_
; I
_
_ ; RSO 3
_ _ _ ; RCO2 ; R3N: ; R2S ; HO ; RO
La reactividad de los nucleófilos en las reacciones E2 es paralela a la basicidad de dichos nucleófilos en las reacciones de trasferencia protónica. En consecuencia, nucleófilos tales como RS¯ , que deben la mayor parte de su reactividad a una polarizabilidad elevada, tienden a producir reacciones de sustitución en lugar de eliminación. Las bases muy fuertes, como el anión amiduro H2N¯ provocan predominantemente reacciones de eliminación en sustratos primarios.
X
272
Algunas de estas tendencias aparecen en los ejemplos siguientes: _ EtO
+
CH3CH2Br
CH3 CH3
+
CH Br
EtO
EtOH
_
+
CH Br
CH2
+
(10 %)
CH O CH2CH3
+
CH2
(21 %)
(79 %)
CH3
CH O CH2CH3
+
CH2
(97 %)
C
CH3
+
Br
CH CH3
CH3
550
CH3
CH2
CH3 CH3
550
EtOH
O CH2CH3 (90 %)
EtOH
CH3 CH3
CH3CH2
550
_ EtO
(3 %) CH3
EtOH
CH2
550
CH3
CH CH3
C CH3
(100 %)
Las reacciones de eliminación en haluros de alquilo tiene escaso valor en síntesis, ya que dichos sustratos se obtienen normalmente a partir de alcoholes, y éstos son fácilmente deshidratables a olefinas: Br
HBr
R CH2
CH R
OH R CH2
CH R
R CH CH R
H3O+
Sin embargo, hay situaciones en las que la deshidrohalogenación es útil: CH 2
CH3CH2CH2
CH 2 +
CO2H
Cl2
ClCH 2
NaOH
CH 2Cl
EtOH
Br
Br2
CH3CH2
PBr3
N
CH CO2H
CH 2
CHCl
CH3CH CH CO2H
La mayor parte de las reacciones E2 son estereoespecíficas: Me C6 H5 _ HO
Br 2
1
H C 6H 5
H
EtOH KOH
Me C6H5
H (Z)
C 6H 5
(1R,2R)
C6H5
HO
_
Me
Br 2
1
H
H
C6H5
EtOH
Me
KOH
C 6H 5
C6H5 H (E)
(1S,2R)
X
273
Las reacciones de eliminación son muy rápidas en los ésteres β-sustituidos, ácidos, cetonas, aldehidos y nitrocompuestos. Los grupos electronegativos unidos al mismo carbono que el hidrógeno eliminado aumentan la acidez de dicho hidrógeno, facilitando la reacción. O C6H5 HO
C CH _
O
NaOH
N
CH2
C6 H 5
H2O
H
C CH CH2
+
N
_
H2O
N-H
CH(CO2Et)2 C6H5
CH
EtO
_
CH
EtONa / H2O
CO2Et
C6H5 CH
CH CO2Et +
_ Na+ CH(CO2Et)2
H
La reacción de dihaluros vecinales con Zn da lugar a olefinas:
Me Zn
H
Br 2
Me2CO
3
H Me
Br
H
H
Me
Me
+ ZnBr2
(Z)
(2S,3S)
Me
H
Br 2
Zn
Br
Me2CO
3
H
Me
H
Me
Me
H
+ ZnBr2
(E)
(2S,3R)
EJERCICIO 10.3
Apartado 1: ¿Qué estereoisómeros de A y B son coherentes con las reacciones del esquema? B(C5H10Br2)
Br
_
SN 2
A(C5H10I2)
E2
(Z) 2-Penteno
Zn
Apartado 2: ¿Cuáles son los estereoisómeros del 3-Metil-2-pentanol que conducen a los compuestos siguientes?
3-Metil-2-pentanol
HBr SN 1
[A(C6H13Br) +
B(C6H13Br)]
NH3 SN2
(2R,3S) +
2-Amino-3-metilpentano
(2S,3S)
Apartado 3: ¿Qué estereoisómeros del 2,3-Dibromobutano darán lugar a reacciones de eliminación estereoespecíficas?
X
274
COMPETITIVIDAD ENTRE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN Y DE ELIMINACIÓN DERIVADOS ALQUÍLICOS PRIMARIOS SIN IMPEDIMENTO ESTÉREO
Nucleófilo básico con impedimento estéreo: normalmente E2:
_ Me3CO
R
O
H CH CH2
O S
_ O R CH CH2 + Me3C OH + O S
Me
O
Me3CO
R
_
Me
O
H CH CH2
+ NMe3
R CH CH2 +
Me3COH
+ NMe3
Nucleófilo sin impedimento estéreo: normalmente SN2, con independencia de Nu, Z y disolvente. Estas tres variables influyen en la velocidad de reacción pero no en el tipo de mecanismo.
IK + RCH2Cl
Me2CO
RCH2I + ClK
_ OH + RCH2Br
RCH2OH + Br
+ H2S + RCH2NMe3
_
+ H2S_CH2R + NMe3
_ + Br + RCH2-OH2
RCH2Br + H2O + _ RCH2NMe3 + I
Me3N + RCH2I
Reactividad: MeCl >> MeCH2Cl > MeCH2CH2Cl ≅ Me(CH2)nCH2Cl
;
[modelo]: RCl
IK
RI
Me2CO
DERIVADOS ALQUÍLICOS PRIMARIOS CON IMPEDIMENTO ESTÉREO
Dos sustituyentes β (tipo neopentilo): Normalmente SN1 + E1 (transposiciones de Wagner-Meerwein) OH
SN 1
CH3 CH3
C CH2Br
H2O
CH3
CH3 CH3
C
+ CH2
transp. de W-M
CH3
C CH2CH3 CH3
CH3
C
+ CH3 C CH2 CH3
CH3
CH3 E1
CH CH3
CH3
Un sustituyente β o dos γ: Normalmente SN2 (mayoritario) + E2 (minoritario) CH3 CH3
CH CH2Br + EtO
_
CH3
CH3 CH3
CH CH2
O CH2CH3
+
CH3
C
CH2
X
275
CH3 CH3
C CH2CH2Br +
EtO
CH3
_
CH3
CH3
C CH2CH2
O CH2CH3
+ CH3
CH3
CH3
CH3
R' Reactividad: R CH2CH2CH2
Z
>
R CH CH2
C CH CH2
R' Z
R'
R C CH2CH2
Z
>>> R C CH2
R''
Z
R''
DERIVADOS ALQUÍLICOS PRIMARIOS QUE ORIGINAN CARBOCATIONES ESTABILIZADOS
Normalmente SN1 muy rápida:
CH2
CH CH2Cl
SN1
+ CH CH2
CH2
+ H2C HC H2C
Nu
_ CH2
CH CH2 Nu
Qmax C6H5
CH2Cl
SN1
*
+ CH2 *
* *
CH2
...
_ Nu
C6H5
CH2
+
DERIVADOS ALQUÍLICOS SECUNDARIOS
Normalmente:
Nu
_
poco reactivo y disolvente muy polar: SN1
_ Nu muy reactivo y disolvente poco polar: SN2
X
Nu
276
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [I]
¿es Z un buen grupo saliente?
NO
NO HAY REACCIÓN
SI ¿qué tipo de sustitución presenta el C unido a Z?
H PRIMARIO sin impedimento estéreo
PRIMARIO con impedimento estéreo
R-C-Z H
se forma un alqueno por E2
SI
¿es Nu- una base fuerte impedida? (p.e. t-BuO-)
dos sustituyentes β (R' y R'') (tipo neopentilo)
R' R-C-CH2-Z R''
R'
R' un sustituyente β (R')
R-C-CH2-Z
R-C-CH2CH2-Z R''
H
dos sustituyentes γ (R' y R'')
carbocationes estabilizados del tipo: + R-CH-CH=CH2 + R-CH-C6H5
NO (SN1 + E1) SN2 lenta
transposiciones de Wagner-Meerwein en disolventes muy polares
SN2 (mayoritario) E2 (minoritario)
X
SN1 muy rápida (lo mismo para secundarios)
277
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ II ]
¿es Z un buen grupo saliente?
NO
NO HAY REACCIÓN
SI ¿qué tipo de sustitución presenta el C unido a Z?
R
H
se forma un alqueno por E1 o E2
SECUNDARIO R
R
R
R
Z
TERCIARIO
Z SI
¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
SI
se forma un alqueno por E2
NO
¿el disolvente es polar?
SI
NO
SN2 moderadamente rápida
SI
NO
¿es Nu- un buen nucleófilo, débil o moderadamente básico? (p.e. : I-, Br-, RS-) NO
¿el disolvente es polar?
¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
SN1 rápida
SN1 lenta
SI
¿el disolvente es polar?
NO
SI NO
reacción muy lenta (no útil en síntesis)
X
278
EJERCICIOS ADICIONALES
10.1 Cuando el estereoisómero ópticamente inactivo del 2,3-Dibromobutano se somete a una reacción de eliminación E2, con metóxido sódico en metanol, se obtienen varios compuestos de fórmula molecular C4H7Br. Haz un esquema de las reacciones que tienen lugar y nombra de forma inequívoca todos los compuestos que se obtienen.
10.2 La reacción del 3-Fenil-2-yodo-butanoato de etilo con nitrato de plata en etanol, da lugar a una mezcla de cuatro estereoisómeros de fórmula molecular C12H14O2. Sabiendo que la cinética de la reacción es de primer orden, averigua la estructura de dichos compuestos y explica cuáles de ellos serán mayoritarios. Teniendo en cuenta que la sustancia de partida tiene dos átomos de carbono asimétricos, indica si su configuración absoluta influye en la estereoquímica de los productos que se obtienen.
10.3 Averigua la configuración absoluta del compuesto A(C10H13Cl):
A + IK
(2S,3S) + (2R,3S)-3-Fenil-2-yodobutano
H 2O
2-Fenil-2-yodobutano (racémico)
A + EtONa
EtOH
(Z) 2-Fenil-2-buteno + (3R) 3-Fenil-1-buteno
Una vez conocida la estructura de A, escribe todas las reacciones que conducen a los compuestos indicados en los esquemas.
10.4 Averigua la configuración absoluta de las moléculas que constituyen el racémico A(C9H10ClBr):
(Z) B(C9H9Br)
A (racémico)
EtO
B
C
[Pd]
H2 [Pd]
D(C9H11Br)
F(C9H11Cl)
1-Fenilpropino
_
E2 (Z) C(C9H9Cl)
H2
_ HO H2O
MeCOCH2CO2Et + EtO
MeCOCH2CO2Et + EtO
_ E
_ H
_ HO H 2O
_ HO conc. _ HO conc.
1-Fenilpropino
Me C6H5CH2 CH CH CO H 2 2 C 6H 5 CH3CH2 CH CH CO H 2 2
X
279
10.5 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: A
HOBr
B(C4H9OBr) (racémico)
IH
EtO
C(C4H8IBr) (racémico)
S N2
_ (Z) 2-Bromo-2-buteno + (Z) 2-Yodo-2-buteno
E2
Secuencia 2: _ HO (conc.) D(C6H10O3) + E(C4H9Br)
EtO
Ácido (3S) 3-Metilpentanoico
_ F(C10H18O3)
SN2
(4S) 4-Metil-2-hexanona
_ HO (dil.)
10.6 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones (los
estereoisómeros de cada compuesto están colocados entre corchetes) Secuencia 1: NaOH, H2O(20%)
(Z) 1-Bromo-3-fenil-2-buteno
[A + B] + [C] (%A = %B = %C)
250C
Secuencia 2: _ EtO , EtOH
(3R,4R) 3-Cloro-4-metilhexano
650C
[A + B] + [C] (%A = %B
_%C) ~
Secuencia 3: 2,2-Dimetil-1-yodopentano
H 2O 500C
[A + B] + [C] (%A > B >> %C) + [D + E] (%D = %E)
10.7 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en el esquema y explica cuál será la abundancia relativa de los compuestos B, D y F.
H2
B [(Z) + (E)]
[Pd]
E2
1-Bromobutano
D [(Z) + (E)] + F(C4H7I) A(C4H8BrI)
OH-(dil.) SN2
(2R)-1,2-Butanodiol
10.8 Apartado 1: Realiza la síntesis de los compuestos H y G: _ 1-Yodo-2-metilbutano
H2C(CO2Et)2 + EtO
H
1)HO2)H3O+, Q
G
X
280
Apartado 2: Una vez conocidas las estructuras de H y G, averigua las de D, E y F:
D(C5H11I)
_ MeCOCH2CO2Et + EtO F
E(C5H11Cl)
1)HO- (conc.) 2)H3O+, Q
G
_ MeCOCH2CO2Et + EtO
Apartado 3: ¿Qué estructura tienen los compuestos B y C?
(Z) B(C5H9I)
(E) C(C5H9Cl)
H2 [Pt] H2 [Pt]
D(C5H11I)
E(C5H11Cl)
Apartado 4: Finalmente, averigua la configuración absoluta de los enantiómeros que constituyen el racémico A.
(Z) B(C5H9I) A(C5H10ICl)
EtONa EtOH
(único producto de reacción)
(E) C(C5H9Cl) (único producto de reacción)
10.9 El tratamiento del (1S,2S)1-Fenil-1,2-propanodiol con HBr acuoso da lugar a un único producto de reacción (1) (C9H10Br2) Si (1) se somete a una reacción de eliminación bimolecular se obtienen dos compuestos ópticamente inactivos [(2) y (3)] y otro que presenta actividad óptica (4) Con estas tres sustancias
se llevan a cabo las siguientes trasformaciones:
(2)
(1) (C9H10Br2)
E2
(3)
(4)
H2 [Pd]
H2 [Pd]
_ HO SN1
[(5) + (6)]
[(9) + (10)]
_ HO E1
NH3 SN2
[(7) + (8)]
[(11) + (12)]
[(13) + (14)] + [(15) + (16)]
Apartado 1: Ordena los compuestos (2), (3) y (4) de acuerdo con su abundancia relativa. Apartado 2: Escribe el mecanismo de todas las reacciones utilizando representaciones tridimensionales, y asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros que aparecen.
X
11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
GENERALIDADES
Los sustratos más comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas: δ− O + Cδ Me H
δ− O + Cδ Me Me
μ = 2,73 D
μ = 2,84 D
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:
Nu
_
_ _ _ _ : H : ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC: ; R C C : ; RCH2
Mecanismo general:
Nu
R
R
_
C
Nu C
O
R
R
_ O
HB
Nu C
OH
R'
R'
En el estado de transición la aglomeración de grupos en torno al átomo del C=O aumenta:
Nu
δ O
O
_
Nu
C R
_
_ O
+
Cδ
Nu
R'
C R R'
R R'
Por este motivo, la velocidad de reacción sigue el orden: O H
C
O
O H
>
R
C
H
>
R
C
R'
Las cetonas son bastante menos reactivas que los aldehidos, y si existen grupos alquilo unidos al Cα la reactividad disminuye todavía más:
__
__
CH3 CO CH3
>
__
__
__
CH3 CO CH CH3 CH3
>
__
CH3 __ __
CH3 CO C CH3 CH3
CH3 >>
__ __
CH3 __ __
CH3 C CO C CH3 CH3
CH3
XI
282
Dependiendo del nucleófilo empleado se obtienen los siguientes tipos de compuestos: Nucleófilo
Producto
Sustrato
O H H
_
R'CH2
CH R'' OR
R OH
R'CH2
C
OR
R''
R'CH2 C
R NH2
(imina, base de Schiff)
NR
R''
R'CH
R NH R O R'CH2 C H2N
C
(enamina)
NR2
R'' R''
NH2
R'CH2
C
N NH2
(hidrazona)
CN
(cianhidrina)
R''
OH
_ R'CH2
NC
C R''
OH
_ CH :
R C
R'CH2
C
C
C R
(alcohol)
R''
_
OH
R CH2
R'CH2
C
(alcohol)
CH2R
R''
ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN NUCLEÓFILA. REGLA DE CRAM
En las reacciones de adición nucleófila, el átomo de carbono del grupo carbonilo puede transformarse en un átomo de carbono asimétrico, dependiendo del tipo de nucleófilo empleado y de los radicales alquilo que están unidos inicialmente al C=O. Me NC
_
C Et
Me
Me O
NC
C Et
O
_
HB
NC
C * OH Et
XI
283
Si el compuesto carbonílico y el nucleófilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico): NC Me Et
1
Me Et
C
_ NC
O
Me Et
2 2
NC
_ O
1
HB Me Et
_ O
Me Et
HB
OH
OH
NC
NC
Sin embargo, cuando el compuesto carbonílico es quiral, la probabilidad de que el nucleófilo reaccione por cada una de las dos caras del grupo carbonilo no es la misma. El impedimento estéreo hace que la reacción por una de las caras esté favorecida, y el resultado es una mezcla de diastereoisómeros en proporciones diferentes (inducción asimétrica): Nu
1 1
H Me
menor impedimento
2
OH
_ Nu
O
(producto mayoritario)
H Me
mayor impedimento
OH H
2
(producto minoritario) Nu
Me
El diastereoisómero mayoritario se forma cuando el nucleófilo reacciona con el grupo carbonilo por el lado menos impedido, y la conformación del sustrato es aquella en la que el grupo carbonilo está flanqueado por los grupos menos voluminosos unidos al Cα asimétrico.
[grupo grande]
C6H5
H
[grupo pequeño]
* Cα
COMe
Me
[grupo mediano]
Conformaciones más favorecidas en relación con el grupo carbonilo:
O H
Me
Me
C6H5 (Me)
H
Me H
O 3
C 6H 5
y Me
(3R)
O
O Me
H
3
C 6H 5
Me
C6H5 (Me)
(3S)
[grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]
XI
284
La regla de Cram se refiere a la reacción de uno de los estereoisómeros que forman la pareja de enantiómeros, no a la reacción del racémico con el nucleófilo. grupo de mayor tamaño
G
M
grupo mediano
O
M
_ OH
P
M
Nu
R
1
grupo de menor tamaño
P
HB
P
M
Nu
R
(mayoritario)
G
P
O
O
P
G
_ Nu
M
[1]
* G
1
R
G (R)
2
O
carbono asimétrico
_
P
OH M
HB
2
R
P
M (minoritario)
R
Nu
Nu G
G
[2]
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados P y G:
P
G
1
R
_ Nu
O
M
G
P
Nu HB
M
O
_R
G
Nu
M
R OH
P
(mayoritario)
[1]
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados M y G:
G
M
2
O P
R
_ Nu
G
M
P
Nu
R
_ O
HB
G
M
Nu
P
OH R
(minoritario)
[2]
La regla de Cram sólo es aplicable a reacciones sometidas a control cinético, en las que los complejos activados (estados de transición) tienen energías diferentes y los productos se forman a velocidades distintas. APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ADICIÓN NUCLÓFILA EN SÍNTESIS FORMACIÓN DE ENLACES C−H REDUCCIÓN CON HIDRUROS METÁLICOS
Los hidruros metálicos más utilizados en la reducción de moléculas con grupos carbonilo son el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) y el borohidruro sódico (NaBH4) El hidruro de litio y aluminio reacciona con compuestos que tienen hidrógenos ácidos (agua, alcoholes y ácidos carboxílicos, por ejemplo):
XI
285
rápida
LiAlH4 + 4H2O
_ + Li Al(OH)4
4H2
+
Para utilizarlo como agente reductor, el disolvente empleado en la reacción tiene que ser anhidro (exento de agua) El disolvente más común es el dietil éter. El borohidruro sódico también reacciona con el agua y los alcoholes: NaBH4 + 4CH3CH2OH
lenta
_ + Na B(OEt)4 + 4H2
En este caso la reacción es mucho más lenta y, de hecho, los alcoholes y el agua pueden utilizarse como disolventes. Ambos reactivos son fuentes de anión hidruro (H−), el nucléfilo que se adiciona al grupo carbonilo provocando su reducción: O CH3
C H
(CH2)5
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+
Heptanal
CH3__(CH2)5__CH2OH (86 %) 1-Heptanol
O
OH
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+ (90 %)
Ciclobutanona
Ciclobutanol
O CH2
C OH
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+
C OEt
(92 %) 2-Fenil-1-etanol
Ac. fenilacetico
O
CH2__CH2__OH
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+
CH2OH (90 %)
Benzoato de etilo
Alcohol bencilico
Me O N__C__Me
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+
Me OH N___CH__Me (91 %)
N-Metilacetanilida
N-(1-Hidroxietil)-N-metilanilina
CH3
(CH2)11
C N
Tridecanonitrilo
1)LiAlH4, Et2O 2)H3O+
CH3__(CH2)11__CH2NH2 (90 %) Tridecilamina
XI
286
Mecanismo de la reducción de un éster: O
_ 2 R__CH2O
Et2O
H4AlLi
2 R C OR' +
2 R__CH2OH
+
2R'OH
+ Al(OR')2
+ +
Li+
+
Al3+ +
+
4H3O+
Li+ 4H2O
Cada molécula de H4AlLi reduce dos moléculas de éster. Reducción de la primera molécula: O R
O
+
Li _ H__AlH3
C
_
R__C__H + H AlH
R__C__H
OR'
_ + : O : Li
Li+
:O :
Li+
OR' AlH3
R__C__H
+
R'O__AlH2
H
OR'
Reducción de la segunda molécula: O
O R__C
_
R__C__ H
H__AlH__OR'
OR'
OR'
:O:
_ :O:
R__C__H
R C H H
H__Al(OR')2
AlHOR'
+ + Al(OR')2
Una vez finalizada la reducción se añade un ácido mineral (H3O+):
2R__CH2__O
_
+ + Al(OR')2
+
Li+ + 4H3O+
2R__CH2OH
+ 2R'OH
+
Al3+ + Li+ + 4H2O
El borohidruro sódico (NaBH4) es menos reactivo que el H4AlLi y, por consiguiente, más selectivo. En condiciones ordinarias no reacciona con ésteres, amidas, nitrilos y nitrocompuestos: O __ __
__
__
CH3 C CH2 CH2 CO2Et
H4BNa H2O
4-Oxopentanoato de etilo
O CH2CH2__C__H
__
NC
CH3__CH2__C__CH3 2-Butanona
CH3 CH__CH2CH2__CO2Et 4-Hidroxipentanoato de etilo
H4BNa EtOH
3-Cianopropanal
O
OH __
NC__CH2CH2__CH2OH 4-Ciano-1-propanol
H4BNa H2O
OH CH3 CH2 CH_CH3 (87 %) _
_
2-Butanol
XI
287
OH
O
H4BNa
__ __
CH3CH2CH2 C H
__
CH3CH2CH2 CH__H
H2O
(85 %)
Butanal
1-Butanol
Compuesto
LiAlH4
NaBH4
Producto
R__CHO
+
+
R__CH2OH
R__CO__R'
+
+
R__CHOH__R'
R__CO2H
+
R__CO2R'
+
R__CH2OH R__CH2OH + R'__OH
R__CN
+
R__CH2NH2
R__NO2
+
R__NH2
+
R__H
Ar__NO2 R__X
OXIDACIÓN DE ALCOHOLES (OXIDACIÓN DE SWERN)
La oxidación de Swern transforma los alcoholes primarios en aldehidos y los secundarios en cetonas. Los reactivos empleados son: sulfóxido de dimetilo (Me2S=O), dicloruro de oxalilo (Cl-CO-CO-Cl) y una base tipo trietilamina (Et3N): OH __
O Swern
__
Me3C CH CH3
__ __
Me3C C CH3 (76 %)
3,3-Dimetil-2-butanol
terc-Butil metil cetona
La reacción transcurre en tres etapas. Etapa 1: Formación del catión clorodimetilsulfonio. _ Me :S
O
Me
O
O
C
C Cl
+ Me S
Cl
Cl
_
Me :S O + Me
Me
O C
O
O
O
C
C Cl
O
O
O
C
C Cl + Cl
_
Me
Cl
O
Me
C
__ __
Cl
+ Me S
Cl S Me +
+
O
C
O
+ C
O
+
Cl
_
Clorodimetilsulfonio
XI
288
Etapa 2: Reacción del alcohol con el catión clorodimetilsulfonio. Me +
RCH2 O :
:S
+ Me RCH2 O S Me + _ H Cl
Cl
Me
H
Me RCH2
O S Me + HCl +
Etapa 3: Reacción de oxidación-reducción. CH2 RH2
:NEt3
H
+ H__NEt3 +
O S Me +
H R C O
_ : CH2 + S Me
R C O
H
+
H
Me
S Me
Sulfuro de dimetilo
FORMACIÓN DE ENLACES C−O REACCIÓN CON ALCOHOLES
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con los alcoholes originando acetales: O R C H +
CH3OH
H3O+
OH R CH OCH3 hemiacetal
O R C R' +
CH3OH
H3O+
OH R C
OCH3
R'
OCH3
CH3OH
R CH OCH3
H3O+
acetal
OCH3
CH3OH
R C
H3O+
OCH3
R'
hemiacetal
acetal
Mecanismo de formación de un acetal:
:O :
___
H
+ :O H
B
R C R
:B
_
R C R :B
HO__R'
_
:O H
:O H
R C R
R C R
+ O R'
:O R'
H
+
HB
hemiacetal
HO__R'
+ H O:
H___B
R C R :O R' hemiacetal
:B
_
OH2 + R C R :O R'
_
H2O
+ R C R :O R'
:B
_
H
+ O R'
R C R :O R'
: O R' R C R + HB :O R' acetal
XI
289
Si en lugar de emplear un alcohol con un solo grupo hidroxilo se utiliza un glicol, se obtienen acetales cíclicos. El glicol más utilizado es el etilenglicol (HOCH2-CH2OH): :O :
R
H3O+
+ HOCH2__CH2OH
R C H
O
R
H3O+
+ HOCH2__CH2OH
R C R'
O C O
R'
(acetal cíclico de un aldehido)
CH2
O
H
:O :
CH2
C
CH2 CH2
(acetal cíclico de una cetona)
EJERCICIO 11.1
Escribe el mecanismo de la reacción entre la ciclohexanona y el etilenglicol en medio ácido:
O
HOCH2__CH2OH
+
H3O+
O +
H2O
O
La reacción de formación de acetales es reversible; esto significa que, en medio ácido, los acetales se transforman en el alcohol y el aldehido o la cetona de partida: O
H3O+
O
+
O
O
HOCH2__CH2OH
O
H3O+
C__H
+
O
HOCH2__CH2OH
Por el contrario, los acetales son muy estables frente a las bases. Su fácil ruptura por los ácidos, combinada con la ausencia de reactividad frente a las bases, hace que sean muy útiles para proteger grupos carbonilo.
EJERCICIO 11.2
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción de hidrólisis: O
H3O+
O
+
O
HOCH2__CH2OH
EJEMPLO DE PROTECCIÓN DE UNA CETONA EN FORMA DE ACETAL
Imagina que se pretende realizar la siguiente reacción: O
O CH2CH2__CN
2-(2-Cianoetil)-ciclohexanona
reducción
CH2CH2__CH2NH2
2-(3-Aminopropil)-ciclohexanona
XI
290
Se trata de convertir el nitrilo en una amina, dejando intacto el grupo carbonilo. Es una reducción que puede hacerse empleando hidruro de litio y aluminio; sin embargo, el H4AlLi también reducirá la cetona, convirtiéndola en un alcohol secundario. La estrategia a seguir es muy simple: primero se protege el grupo carbonilo en forma de acetal, a continuación se lleva a cabo la reducción y, finalmente, se regenera el grupo carbonilo hidrolizando el acetal:
O
O
CH2CH2__CN
O
__
HOCH2 CH2OH
O
CH2CH2CN
O
1)H4AlLi
H3O+
CH2CH2__CH2NH2
2)H3O+
O
__
O
_+
CH2CH2 CH2 NH3
H3O+
CH2CH2__CH2NH2
_
HO (dil.)
EJERCICIO 11.3
¿Cómo llevarías a cabo la siguiente transformación? CH3
CO CH2CH2
C CH
5-Hexin-2-ona
_ 1)Na+NH2
CH3 CO CH2CH2
2)CH3I
C C CH3
5-Heptin-2-ona
EJEMPLO DE PROTECCIÓN DE UN ALCOHOL EN FORMA DE TETRAHIDROPIRANIL ÉTER
Hay ocasiones en las que es necesario proteger el grupo hidroxilo de los alcoholes, para poder llevar a cabo transformaciones en otra parte de la molécula. Por ejemplo (Tema 9):
OH __
1)Mg
__
CH3 CH CH2CH2Br
2)
OH CH3 CH__CH2CH2__CH2CH2OH __
O
Ahora se plantea un problema distinto: los magnesianos reaccionan con los hidrógenos ácidos, dando lugar al hidrocarburo correspondiente: RO____H BrMg
___
OR +
R'
BrMg
R'__H
Si se pretende obtener el magnesiano de una molécula que tiene un grupo OH sucede lo siguiente: CH3 BrCH2CH2
CH O
H
CH3 BrCH2CH2
H
BrMg CH2CH2CHCH3
CH O MgBr
+
CH2CH2CHCH3 OH
OH
El magnesiano se destruye y no tiene lugar su reacción con el oxirano. La forma de evitar esta reacción, que impide llevar a cabo la síntesis, consiste en proteger el grupo OH.
XI
291
Una forma de hacerlo es preparar el tetrahidropiranil éter del alcohol: RCH2OH
TsOH
+
RCH2__O
250C
O
RCH2__O__THP O
tetrahidropiranil éter
Dihidropirano
THP O (tetrahidropiranilo)
Mecanismo de la reacción:
H___OTs
H
_ TsO_ O
O
+
H
:OR H
+
+ O__R
O _ TsO
O
H
TsOH
O__R
tetrahidropiranil éter
La síntesis que pretendemos realizar es la siguiente: OH CH3
OH
CH CH2CH2MgBr
+
CH3
O
CH CH2CH2 CH2CH2OH
Primer paso: Protección del alcohol.
OH CH3
CH CH2CH2Br
TsOH
+
O CH3
O
CH CH2CH2Br
O
Segundo paso: Formación del magnesiano.
O
O CH3
Mg
CH CH2CH2Br
Et2O
O THP CH3
CH CH2CH2MgBr
magnesiano con el OH protegido
Tercer paso: Reacción del magnesiano con el oxirano. O__THP
O__THP
CH3__CH__CH2CH2__MgBr
+
NH4 Cl H2 O
_
+ O
CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2__OMgBr
O__THP CH3__CH__CH2CH2__CH2CH2__OH
+
_ Mg2+ + Br
XI
292
Cuarto paso: Hidrólisis del tetrahidropiranil éter del alcohol.
O
O __
CH3 CH
H3O+
__
CH2CH2__CH2CH2OH
OH CH3 CH__CH2CH2__CH2CH2OH __
+ O
EJERCICIO 11.4
Se pretende realizar la siguiente reacción de alquilación (Tema 9) O
O
CH3
_ 1)ter-BuO K+ 2)ICH3 HOCH2
HOCH2
CH2OH
CH2OH
Esta síntesis plantea un problema: el anión terc-butóxido que se utiliza para formar el enolato de la cetona es una base fuerte (pKa 19) que reaccionará con los grupos OH (pKa 16) dando lugar a un anión alcóxido: O
O _ ter-BuO K+
HOCH2
_
CH2OH
OCH2
_ CH2O
Este dianión reacciona con el yoduro de metilo: O
_ I___CH3 OCH2
O
CH2O
_
CH3___I
CH3 OCH2
CH2O__CH3
¿Cómo protegerías los dos grupos OH para impedir esta reacción secundaria? Ayuda: debes formar un acetal.
FORMACIÓN DE ENLACES C-N REACCIÓN CON AMINAS PRIMARIAS
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con las aminas primarias en una secuencia de adición nucleófila seguida de eliminación; el resultado son unos compuestos conocidos como iminas o bases de Schiff: O C__H Benzaldehido
+
H2N__CH3
benceno Q
CH
N__CH3
+
H2O
(70 %) N-Bencilidenmetilamina
XI
293
O CH3 _
_
CH3 CH
+
benceno Q
CH2_NH2
__
N
CH3 __ CH2 CH__CH3
H2O
+
(79 %) N-Ciclohexilidenisobutilamina
Mecanismo de la reacción (catálisis ácida pH 3-5; tampón AcOH + AcONa)
H___OAc R O
R' _
R
H
AcO
___
: R'
NH C
H
R'
R
R
+ H2O
R
R'
R
R' _
NH C R
aminoalcohol
OAc
AcO
OH :
C
R _ H+ N C O
adición
:
R'__NH2
N
C
H
R
eliminación
R
R'
+ N
R C R
+ H2O
H
R + N C R
R R'
N C R
AcOH
+
imina
H
(base de Schiff)
REACCIÓN CON AMINAS SECUNDARIAS
Las aminas secundarias reaccionan con aldehidos y cetonas dando lugar a enaminas: O __ __
CH3CH2 C H
__
__
+ CH3 NH CH3
AcOH AcONa
__
CH3 __ __
CH3CH2 CH N CH3 OH
OH O
+
HN
AcOH AcONa
H2O
CH3 CH3CH CH N CH3 N-(1-Propenil)-dimetilamina
_ N
_
H2O
Pirrolidina
N N-(1-Ciclopentenil)-pirrolidina
EJERCICIO 11.5
Escribe el mecanismo de la reacción entre la Ciclohexanona y la Pirrolidina.
XI
294
EJERCICIO 11.6
G. Stork descubrió que las enaminas son compuestos análogos al enolato de la cetona de partida. Por ejemplo, se pueden llevar acabo reacciones de alquilación (Tema 9) en la enamina y recuperar la cetona alquilada mediante una reacción final de hidrólisis: O
AcOH AcONa
+ N H
Ciclohexanona
N
H2O
+
enamina R
+
N
R__X
+ N
benceno Q
+
X
_
O
R
R
H2 O
+ N
+
Q Ciclohexanona alquilada
N H
Escribe el mecanismo de todas las reacciones y comprueba que la enamina se comporta como el anión enolato de la Ciclohexanona.
REACCIÓN CON HIDRAZINA
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con hidracina (H2N-NH2) y dan lugar a un tipo de compuestos llamados hidrazonas: OH
O CH3CH2
C H +
H2N__NH2
CH3CH2
Q
CH NH NH2
CH3CH2
CH N
NH2
hidrazona del Propanal
O
HO +
N__NH2
NH__NH2 Q
H2N__NH2
hidrazona de la Cicloexanona
Las hidrazonas se descomponen en medio básico; el grupo carbonilo del aldehido o de la cetona se transforma en un metileno:
O CH3
(CH2)5
C CH3
H2N__NH2
N NH2 CH3
(CH2)5
C CH3
NaOH Q
CH3__(CH2)5__CH2__CH3 (75 %) Octano
Se trata de la reducción más extrema de un grupo carbonilo, ya que el oxígeno es sustituido por dos átomos de hidrógeno. La reacción recibe el nombre de reducción de Wolff-Kishner y conduce al mismo resultado que la reducción de Clemennsen.
XI
295
FORMACIÓN DE ENLACES C-C REACCIÓN CON ANIÓN CIANURO
Los aldehidos y las cetonas reaccionan con anión cianuro (NaCN o KCN), dando lugar a un ión alcóxido que en medio ácido se transforma en una cianhidrina:
N
C
O
R
_
N
O R
C
+ H___OH2
_
OH
__
C R
N
C
C__R
+
H2O
R
R
cianhidrina
ión alcóxido
_ O
_ CH2CHO
+
__
CH2 CH CN
CN
OH
H3O+
__
__
CH2 CH__CN (67 %)
Fenilacetaldehido
2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo
__
__
CH3 CO CH3
_ O
_ +
CH3
CN
H3O+
C CN
OH CH3
C CN
CH3
CH3 (78 %) 2-Hidroxi-2-metilpropanonitrilo
Las cianhidrinas son útiles en síntesis, debido a la presencia de los grupos HO y CN; el hidroxilo puede dar lugar a reacciones de eliminación (obtención de olefinas) y el CN es susceptible de transformarse en carboxilo (Tema 9): CH3__CO__CH3
1)NaCN 2)H3O+
OH CH3
C CN CH3
CH3OH H2SO 4
CH3 O CH2
1)NaCN 2)H3O+
OH CH3
CH CN
C OCH3
Metacrilato de metilo (90 %)
(78 %)
CH3__CHO
C
H3O+ Q
OH O CH3
CH C OH
Ác. 2-hidroxipropanoico (Ác. láctico)
EJERCICIO 11.7
¿Cuál será la configuración absoluta del ácido láctico obtenido mediante la reacción anterior?
XI
296
REACCIÓN CON ANIONES ACETILURO
Los alquinos con el triple enlace al final de la cadena reaccionan con sodio en amoniaco líquido, dando lugar al anión acetiluro correspondiente (Tema 9) _ Na
R C C H
+
+
NH3 (liq.)
_ NH2 Na+ + 1/2 H2
330
_ NH2
R C C:
_
anión acetiluro
pK 26
Keq 1010
NH3
+
pK 36
El anión acetiluro se adiciona al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, originando alcoholes acetilénicos: O R C
C:
_
O R C
C H
C
_ H3O+
C H H
H
CH2OH
R C C
alcohol primario
Formol
O R C
C:
_
O R C
C H
C
C H
O R C
C:
H3O+
R'
R'
_
_
O R C
C R'
C
OH R C C
CH
alcohol secundario
_ H3O+
C R'
OH R C C
C
R'
R''
R''
R''
R'
alcohol terciario
Reacción global:
R C
C H
Na NH3 (liq.)
R C
C:
_
Na+
R'_CO_R'' Et2O
_ + O Na R C
C C R'
H3O+
OH R C
C C R'
R''
R''
EJERCICIO 11.8
Escribe las reacciones que conducen a 1-Fenil-2-propin-1-ol y (1-Propinil)-1-ciclohexanol partiendo de Benzaldehido, Ciclohexanona y el hidrocarburo acetilénico que consideres conveniente.
REACCIÓN CON COMPUESTOS ORGANOMAGNÉSICOS
Reactivos organomagnésicos (magnesianos, reactivos de Grignard) (Tema 9, p. 229): R__X + Mg
R
CH2 CH
; CH2
R__Mg__X
CH CH2
; CH C
(haluro de alquil magnesio)
; ArCH2
; Ar
; R
(alquilo)
XI
297
Los magnesianos reaccionan con hidrógenos ácidos, oxígeno y CO2: Los compuestos con átomos de hidrógeno ácidos destruyen el magnesiano, transformándolo en el hidrocarburo correspondiente al haluro de alquilo de partida: Z___H
H
Z
X__Mg__CH2__R
X Mg + CH2
R
HO (agua) ; RO (alcohol) ; ArO (fenol) ; RCO2 (ácido) ; RCONH (amida)]
[Z
La reacción con oxígeno conduce a alcoholes primarios:
R__CH2__MgX
1)O2
R__CH2OH
2) H3O +
RCH2____MgX O
O____O
O
X__Mg__CH2R
XMg
MgX
RCH2
CH2R
O
+
H3O+
O
2 RCH2OH + 2 Mg2+ + 2X
_
RCH2
MgX
La reacción con CO2 origina ácidos carboxílicos:
R__CH2__MgX
R X__Mg
O
O
C
R C
O
O
1)CO2
R __CH2CO2H
2) H3O+
H3O+
O R C OH + Mg2+ + X
_
Mg X
SÍNTESIS DE ALCOHOLES
Los magnesianos reaccionan con aldehidos, cetonas y ésteres dando lugar a alcoholes:
XMg
O C H
R
O
XMg
R CH2
H3O+
R__CH2OH
+
Mg2+
+ X
_
alcohol primario
H Formol
XMg R
O C R' H aldehido
XMg R
O C R' H
H3O+
OH R C R'
+
Mg2+
_ + X
H alcohol secundario
XI
298
XMg R
XMg
O
O
R
C R'
C R'
OH
H3O+
R C
R''
R''
R'
_
Mg2+
+
+ X
R''
cetona
alcohol terciario
Conviene darse cuenta que los radicales R, R’ y R’’ son intercambiables. Es decir, la síntesis de cualquier alcohol secundario puede realizarse a partir de dos aldehidos y dos magnesianos distintos; análogamente, la obtención de un alcohol terciario se puede llevar a cabo utilizando tres cetonas y tres magnesianos diferentes. Síntesis de un alcohol secundario: O MgX
O 1
__
R MgX +
R'
C H
R'
O MgX
O 2
__
R' MgX
+
CH R
R C H
R CH R'
OH
H3O+
R'
CH R
OH
H3O+
R CH R'
Síntesis de un alcohol terciario: O MgX
O 1
__
R MgX +
R'
C R''
R'
C R''
OH
H3O+
R'
R
O MgX
O 2
__
R' MgX +
R C R''
R C R''
O MgX
O 3
R'' MgX +
R C R'
R C R'
R''
OH
H3O+
R C
R'
__
C R
R''
R'
H3O+
OH R C
R''
R'
R''
EJERCICIO 11.9
Utilizando magnesianos y aldehidos diseña dos síntesis del 2-Butanol. Emplea magnesianos y cetonas que den lugar al 3-Metil-3-hexanol.
Los ésteres también reaccionan con los magnesianos. Si se hace reaccionar un mol de magnesiano con un mol de éster tiene lugar una sustitución nucleófila en el grupo carbonilo y se obtiene una cetona:
XMg R
O C OR'' R'
_ [adición]
R
+ O MgX C
OR''
[eliminación]
O R C R'
+
R''__OMgX
R'
XI
299
Cuando se utilizan dos moles de magnesiano y un mol de éster, el segundo mol de magnesiano reacciona con la cetona formada inicialmente, dando lugar a un alcohol terciario con dos radicales iguales (los que provienen del magnesiano): O MgX
O R C R'
XMgR
+
R C R'
OH
H3O+
R C R'
R
R
Reacción global: O R'
1)2XMgR
C OR''
2)H3O
+
OH R'
C R
R''OH
+
+
Mg2+
_ + 2X
R
EJERCICIO 11.10
Las lactonas son ésteres cíclicos que reaccionan con los magnesianos. Escribe las reacciones correspondientes a la siguiente transformación: O O
1)2BrMgEt 2)H3O+
5-Etil-1,5-heptanodiol
EJERCICIO 11.11
1 Diseña una síntesis del Trifenilmetanol empleando como sustancias orgánicas Benceno y Etanol. 2 Haz lo mismo con el 1-Butanol, utilizando únicamente Etileno. 3 Idea una síntesis del 2,3-Dimetil-2-butanol a partir del Propino.
SÍNTESIS DE ALCOHOLES ACETILÉNICOS A PARTIR DE MAGNESIANOS
Los alquinos terminales reaccionan con magnesianos, originando haluros de alquinilmagnesio: RC CH
+ R'__CH2MgX
RC C MgX
pKa 26
+
R'CH3
Keq 1013
pKa 49
Los haluros de alquinilmagnesio se adicionan al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, dando lugar a alcoholes acetilénicos: O H C H
O MgX R C C CH2
H3O+
R C C CH2OH (alcohol primario)
O R C C MgX
R'
C H
O MgX R C C CH R'
H3O+
OH R C C CH R' (alcohol secundario)
O MgX O R'
C R''
R C C C R''
R'
H 3 O+
OH R C C C
R'
R'' (alcohol terciario)
XI
300
EJERCICIO 11.12
Las siguientes reacciones no se pueden llevar a cabo sin proteger adecuadamente determinados grupos funcionales. Escribe todos los pasos necesarios para que ambas síntesis sean viables. Síntesis 1: CH2OH
CH2OH
1)EtMgBr
HC C CH CH2OH
BrMg C
2)H3O+
C CH CH2OH
CH2OH
O H
1)CH3CHO
CH3 CH C
2)H3O+
Síntesis 2:
C CH CH2OH
OH
COMe
1) MeC
1)Li Br
2)CH3CHO
2)H3O
CH__CH3
3)H3O+
C__C
Me
COMe
C Me
CMgBr +
CH__CH3
OH
OH
REACTIVOS ORGANOLITICOS
El litio reacciona con los haluros de alquilo o de arilo, dando lugar a compuestos orgánicos de litio (Tema 8, p. 199)
CH3CH2CH2CH2_Br + 2Li
Cl
+
2Li
tetrahidrofurano 00 C
CH3CH2CH2CH2__Li
LiBr
+
1-Butil-litio
tetrahidrofurano
Li
00 C
+
LiCl
Fenil-litio
Los compuestos orgánicos de litio reaccionan con los aldehidos y las cetonas de la misma forma que los magnesianos. La única diferencia es que los organoliticos son más reactivos y, en ciertos casos, permiten la obtención de alcoholes terciarios a partir de cetonas que, al estar impedidas estéricamente, son poco reactivas frente a los magnesianos. _ O Li+
O CH2
CH Li
+
C6H5
C H
C6H5
CH CH CH2
H3O+
OH C6H5
CH CH CH2
1-Fenil-2-propen-1-ol (76 %)
_ O Li+
O C6H5__Li
C6H5
+
C H
C6H5
H3O+
CH C6H5
OH C6H5
CH C6H5
Difenilmetanol (100 %) _ O Li+
O CH3(CH2)4__CH2__ Li
+
H C H
CH3(CH2)4CH2
C H
H
H3O+
CH3(CH2)4_CH2_CH2OH 1-Heptanol (72 %)
XI
301
_ O Li+
O __
CH3CH2CH2CH2 Li
+ CH3(CH2)3
C
(CH2)3CH3
Bu C
H3O+
Bu
OH CH3(CH2)3
Bu
C
(CH2)3CH3
(CH2)3CH3 5-Butil-5-nonanol (91 %)
REACTIVOS ORGÁNICOS DE CINC
Los α-bromoésteres (Tema 9) reaccionan con cinc para dar compuestos organocincicos: BrCH 2__ CO 2Et
+
BrZn__CH2__CO2Et
Zn
Esta reacción (reacción de Reformatsky) es interesante porque permite trabajar con un compuesto organometálico que, a diferencia de los magnesianos y los organoliticos, no reacciona con el grupo éster:
C6H5
O
ZnBr
C
CH2
C6H5
CO2Et
Me
O
ZnBr
C
CH2 CO2Et
H3O+
OH C6H5
Me
CH2 CO2Et
C
HO BrCH2
CH CH CO2Et
Zn2+
+
Br
_
Me
O +
+
1)Zn
CO2Et
2)H3O+
EJERCICIO 11.13
La reacción del (2S)-2-Fenilpropanal con Yoduro de metilmagnesio, seguida de acidificación, da lugar a una mezcla de dos diastereoisómeros en la proporción 2:1. Teniendo en cuenta que la reacción está sometida a control cinético, averigua cuál es el estereoisómero mayoritario.
XI
302
EJERCICIOS ADICIONALES
11.1 Realiza la síntesis de los compuestos a-i utilizando magnesianos.
a) 5-Metil-1,5-hexanodiol b) 3-Fenilpropanol c) 2-Hexanona d) 4-Metil-4-heptanol e) 3-Pentanol
f) 3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno g) 2-Fenil-2-butanol h) 1-Metilciclobutanol i) Ácido fenilacético
Puedes emplear cualquier producto inorgánico, pero únicamente los siguientes compuestos orgánicos: Propino Benceno Metanol Etanol
1-Propanol Alcohol bencílico Óxido de etileno Bromuro de vinilo
3-Buten-2-ona 5-Bromo-2-pentanona
Ác. propiónico Ác. 5-hidroxipentanoico Ác. fórmico Ác. acético
11.2 Utilizando Bromuro de fenilmagnesio y cualquier otro producto orgánico o inorgánico que precises, diseña una
síntesis de los siguientes compuestos: 1) Ac. benzoico 2) 1-Fenilpropino 3) Vinilbenceno 4) Trifenilmetanol 5) 2-Feniletanol
6) 1,1-Difeniletanol 7) 2-Fenilpropeno 8) Fenol 9) 1,1-Difenil-1,5-pentanodiol
11.3 La reacción de un compuesto A(C7H12O) con Bromuro de metilmagnesio, seguida de tratamiento con H2SO4 diluido, conduce a una mezcla de dos diastereoisómeros. Uno de ellos es el (1R,3S)1,3Dimetilciclohexanol.
Apartado 1: Averigua las configuraciones absolutas de A y del otro diastereoisómero del 1,3Dimetilciclohexanol. Explica si la mezcla de reacción es ópticamente activa. Apartado 2: ¿Qué resultado se obtendrá cuando el enantiómero de A se somete a la misma reacción? Explica si la mezcla de reacción carece ahora de actividad óptica.
11.4 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:
O
2-Bromoetanol
TsOH
A
1)Mg Me
2)
B(C5H12O2)
HBr (1eq.)
C(C5H11OBr)
O
TsOH
D
O
3)H3O+ 1)Mg 2)CO2 3)H 3O
+
[E(C6H12O3)]
F(C6H10O2)
1)2CH 3Li 2)H3O+
4,5-Dimetil-1,5-hexanodiol
XI
303
11.5 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: CH3COCH2CO2Et +
_ EtO
HC C CH2Br
HCl H2O
C
HOCH2CH2OH
A(C9H12O3)
H3O
H2[Pd/C]
D(C7H10O)
BaSO4
1)NaNH2
B
+
2)IMe
E(C7H12O)
Secuencia 2: 1)Mg
1)Mg
2)EtCHO
CH3CH2CH2Br
PBr3
A
1)H3O+
2)CO2
B
C
1)H3O+
CH3
1)SOCl2 N
2) ?
CH3 O
11.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: Br
1)Mg 2)CH2O
Swern
A
1)H3O+
?
B
oxidación
C 6H 5 OH
Secuencia 2: O HC CH
1) ?
1) ?
A(C3H4O)
2) ?
H2[Pd/C]
B(C4H6O2)
2) ?
C(C4H 8O2)
BaSO4
O Me
Me
Me
H 3O +
O Me
Secuencia 3: O ?
CH3COCH2CO2Et
A(C8H14O4)
H 3O +
1)C6H5MgBr 2)H3O+
B(C18H20O3)
H 3 O+
Me
C6 H5 OH C6 H5
11.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones. C6H5CH2 CO H 2
1)P, Br2 2)EtOH
A
1)Zn 2)
EtO
O
+ O
HNMe2
C6H5
B(C15H20O3)
HO
_
CH CO O CH2CH2NMe2
transesterificación midriático (dilatador de la pupila)
C(C4H11NO)
11.8 Apartado 1: Escribe las reacciones que aparecen en la siguiente secuencia sin utilizar estereoquímica. Me CH3CH2 CH CHO
1)IMgEt 2)H3O
+
[A + B]
Swern oxidación
[C]
1)NaCN, EtOH 2)H3O+
XI
304
H3O+
[D + E]
H 3O +
[F + G]
E1
[H + I]
Q
[J + K]
Apartado 2: Utiliza representaciones tridimensionales y proyecciones de Newman, para averiguar la configuración absoluta de todos los compuestos que aparecen en la secuencia de reacciones. Ayuda: El primer paso está sometido a control cinético; el paso [C] termodinámico.
[D + E] está sometido a control
11.9 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O C6H5
_ 1)CN
Me
2)H3O
A
+
MeOH H2O
B
Secuencia 2:
H2C(CO2Et)2
_ 1)EtO 2)Me2CHCH2Br
_ EtO HCO2Et
D(C9H16O3)
A(C11H20O4)
CN
H 3O + Q
B(C6H12O2)
EtOH
C(C8H16O2)
H 3O +
Me
_ E(C10H17O3N)
H3O
CO2H
+
CO2H
Me
OH
Secuencia 3: H C C H
1)Na, NH3(liq.) 2)Me2CO
A(C5H8O)
H3 O + , H 2 O
B(C5H10O2)
Hg2+
Secuencia 4: O 2H C C H
1)Na, NH3(liq.) 2)2Me2CO
A(C8H14O2)
H3O+, H2O Hg
2+
B(C8H16O3)
H 3O +
Me Me
Me O
Me
Secuencia 5: OH
HO 1)Br3P 2)Mg 3)CH2O
A(C7H14O)
H 3O +
B(C7H12)
R_CO3H
C(C7H12O)
CH2_O _CH2C6H5
C6H5CH2OH Na
11.10 Las α-bromocetonas se obtienen por reacción directa entre la cetona y bromo en medio básico (Tema 9, p. 241) Las γ-bromocetonas se sintetizan a partir de γ-hidroxicetonas (Tema 9, p. 253, Secuencia 4) Cómo sintetizarías la 4-Bromo-2-butanona, una β-bromocetona.
XI
305
11.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: _ EtO
EtO2C
A
IMe
EtO2C
_ EtO Br
B(C11H18O4)
H4AlLi
E
_ 1)HO
[C]
2)H3O+
Ac2O
F(C6H12O)
O
Me
piridina
EtOH
D(C6H10O2)
H 3 O+
Me
O
Secuencia 2: _ EtO
CH2(CO2Et)2
H 3O +
A(C10H16O4)
Br
PBr3
E
C(C5H8O 2)
[B]
Q
_ C6H5O Na+
F(C5H9Br)
EtOH H 3O +
D
H4AlLi
C 6H 5 O
Secuencia 3: O C6H5NH2
+
Me
Cl
A
H4AlLi
B
Secuencia 4: Br
1)Mg 2)CO2 1)H3O
SOCl2
A
+
Me2NH
B
C
H4AlLi
D
Secuencia 5:
H C
C H
1)Na, NH3(liq.) 2)
A(C4H6O)
_ EtO
B(C11H12O)
C6H5CH2Br
1)Na, NH3(liq.) 2) CH2O
C(C12H14O2)
O
Secuencia 6: O Me
CO2Et
_ EtO MeCOCH2Br
Cl
NH2
[B(C15H18O3NCl)]
A(C9H14O4)
C(C15H16O2NCl)
H3O+
CO2H Me
N
Me
Cl
XI
306
Secuencia 7: Me
O Me
H2N_NH2
CO2Et
[A(C6H 14O3N)]
O
N
N
11.12 ¿Cómo llevarías a cabo las síntesis que aparecen a continuación? Puedes utilizar todos los productos orgánicos o inorgánicos que necesites.
Síntesis 1: O Me
O
O
varios pasos OEt
OH
Me
C6H5 C 6H5
Síntesis 2: MeO2C
OH Me
varios pasos
Me
O
OH Me
XI
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO
INTRODUCCIÓN
Ya se ha dicho que los aniones enolato de cetonas se emplean habitualmente en reacciones de sustitución nucleófila sobre un grupo carbonilo (Tema 8) y en reacciones de sustitución nucleófila sobre un átomo de carbono saturado (Tema 9) La utilidad de los aniones enolato de ésteres se puso también de manifiesto en reacciones del mismo tipo. Los aniones enolato de aldehidos, cetonas y ésteres se emplean como nucleófilos en reacciones de adición, en las que el sustrato puede ser, entre otros, una cetona, un aldehido, un nitrilo α,β-insaturado o un nitrocompuesto α,β-insaturado. Estas reacciones de adición nucleófila transcurren mediante el siguiente mecanismo general (el ejemplo se refiere a una cetona que reacciona con ella misma): O R CH2
O
_ C CH
R'
R
C R'
+
O C CH2 R
R'
B
_ R CH
_
O
_ H___B O
C CH
C CH2 R
R'
O C R'
+
R'
O
OH
C CH
C CH2 R
R'
R
HB
R
+ B
_
R'
El producto de la reacción es un compuesto β-hidroxicarbonílico que, eventualmente, puede deshidratarse mediante una reacción de eliminación, dando lugar a un compuesto carbonílico α,β-insaturado: : OH H___B
O R'
C CH
C CH2 R
B
_
O R
C CH2 R
C C
R'
R'
R
+ : OH2
O R
C C
R'
+ H2O + HB
R'
R'
H
C CH2 R
REACCIÓN ALDÓLICA ALDEHIDOS COMO SUSTRATOS
CHO CH3CH2 + CH3CH2CHO
CHO OH
HO − HO H
CH3 CH *
CH CH2CH3 + HO H + HO − *
Mecanismo de la reacción: O Me2C _ HO
C H
Me O Me C
_
C H
Me O Me C _
C H
+ H2O
Keq = 1,7
H pKa 15,5
anión enolato
pKa 15,74
XII
308
O Me2CH C H
_
HO__H
Me :C CHO
_
O
Me
Me2CH C
Me
Me2CH CH C CHO
C CHO
+ HO
_
Me
Me
H
Me
HO
(aldol)
Si el aldehido tiene dos hidrógenos en Cα y la temperatura es alta, el aldol se convierte normalmente en un aldehido α,β-insaturado a través de una reacción de eliminación (el proceso completo recibe el nombre de condensación aldólica): OH
_ CH3CH2CH2 CH C
O C H
CH3CH2CH2
O
CH
C C H
CH2CH3 + HO
2 CH3CH2CH2CHO
CH2CH3
_
_
OH H
NaOH
CH3CH2CH2 CH C
H2O, 800
_
OH
-H2O
CHO
HO
_
O CH3CH2CH2
CH C C H
CH2CH3
CH2CH3
(no se aisla)
(86 %) (E)-2-Etil-2-hexanal
EJERCICIO 12.1
En la reacción aldólica de un aldehido con dos hidrógenos en el carbono α se origina un aldol con dos carbonos asimétricos. Escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de dos racémicos. CHO OH 2 CH3CH2CHO
NaOH H2O
CH3 CH *
CH CH2CH3 *
CETONAS COMO SUSTRATOS
El átomo de carbono del grupo carbonilo de las cetonas es menos reactivo que el de los aldehidos. Por consiguiente, en la reacción aldólica de cetonas, el equilibrio está normalmente desplazado hacia la izquierda:
O CH 3 C CH3 +
O C CH3 CH3
HO − HO H
OH CH3 CO CH2 C
CH3 + HO H + HO −
CH3 4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona (2 %)
Sin embargo, la deshidratación del aldol desplaza el equilibrio hacia la derecha, dando lugar a cetonas α,βinsaturadas con buenos rendimientos:
O CH2CH3
HO KOH ; H2O
CH3 H O
HO
_
O
XII
309
HO CH3
HO CH3 _
CH3 _ O
O
O
EJERCICIO 12.2
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: CH3
CO2Et CH3
1)KOH
CO CH CH2COCH3
2)H3O+, Q O (60 %)
O KOH
CH2COCH3
O
Q (72 %) O
O Na2CO3 H2O O
(96 %) CO2Et
CO2Et
_
EtO Na EtOH
CH2CH2COCH3
+
O
O
(66 %)
REACCIÓN RETROALDÓLICA
El equilibrio de la reacción aldólica está normalmente desplazado hacia la izquierda. El hecho de que la reacción sea un equilibrio implica que el aldol puede transformarse en el aldehido o en la cetona de partida. Esta reacción recibe el nombre de reacción retroaldólica. Reacción aldólica: O R CH2
O R'
_ C CH R
C R'
O C CH2 R R'
R'
+ B
_ R CH
_
O
_ O
C CH
C CH2 R
R
R'
O C R'
H___B R'
+ HB
O
OH
C CH
C CH2 R
R
+ B
_
R'
XII
310
Reacción retroaldólica:
O
O R'
_
H
C CH C CH2 R
B R
R'
_
O
C CH
C CH2
R'
R
H___B
H___B
O
R
O _ C CH
R'
O C CH2 R
+
R'
R
R'
O
_ + B
C CH2 R
R'
Observa que el mecanismo de la reacción retroaldólica es exactamente el mismo que el de la reacción aldólica, pero escrito al revés. Esto es cierto para cualquier reacción.
EJERCICIO 12.3
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción: _ O Li+
O
_ O Li+
CHO
CH CH C CMe3
O
CHO
CH CH C CMe3
Me
Me
+
+
MeO OMe
REACCIÓNES ALDÓLICAS MIXTAS
La reacción aldólica entre dos cetonas distintas, dos aldehidos diferentes o un aldehido y una cetona, puede dar lugar a cuatro productos. Reacción entre dos cetonas distintas: R CO CH3
+
R'
B
CO CH3
_
OH R CO CH2
OH
C R'
+
R'
CO CH2
CH3
C R CH3
Reacción entre dos aldehidos diferentes: R CH2 CHO
+
R'
CH2 CHO
B
_
CHO
CHO R CH
CH CH2 R'
+
R'
CH
CH CH2 R OH
OH
Reacción entre un aldehido y una cetona: R CH2
CHO + R'
CO
CH3
B
_
OH
CHO OH R CH
C R'
+
R'
CO CH2
CH CH2 R
CH3
EJERCICIO 12.4
En cada una de las tres reacciones anteriores faltan dos productos ¿Cuáles son?
XII
311
Este tipo de condensaciones mixtas no es útil en síntesis. Para obtener un sólo producto de reacción existen dos alternativas: 1 Preparación del enolato cinético de la cetona (Tema 9) y reacción posterior con un aldehido o una cetona
diferentes: O CH3CH2CH2
_ + + (Me2CH)2N Li
C CH3
-780C THF
CH3CH2CH2
C
CH2
(Me2CH)2NH
+
(LDA)
pKa 19
CH3CH2CH2
_ O Li+ Keq 1017
pKa 36
_ O
O
C CH2
C CH2CH2CH3
_ O
O CH3CH2CH2
C
CH2
CH CH2CH2CH3
HB
H Butanal
HB
OH
O CH3CH2CH2
C
CH2
O
TsOH Q
CH CH2CH2CH3
CH3CH2CH2
(65 %)
C
CH
CH CH2CH2CH3
(72 %)
6-Hidroxi-4-nonanona
5-Nonen-4-ona
2 Uno de los compuestos carbonílicos (el aldehido o la cetona) carece de hidrógenos en el Cα:
O MeO
O
C H +
CH3
OH
NaOH H2O
C CH3
MeO
MeO
CH CH2
CH CH
CO CH3
CO CH3
(83 %) 4-(p-Metoxifenil)-3-buten-2-ona
EJERCICIO 12.5
Escribe los productos que se obtienen en las siguientes reacciones: CH3 CH3
O
CH CH2CHO
+
CHO
+
CH3
K2CO3
O H C H
CO CH3
H2O 1)NaOH, H2O 2)H3O+
CHO
2
+
CH3
CO CH3
1)NaOH, H2O 2)H3O+
XII
312
EJERCICIO 12.6
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: Reacción 1: Me
1)NaOH, H2O
3 CH3 CO CH3
Me
2)H3O+ Me
Reacción 2: O 1)NaOH, H2O
3
2)H3O+
Reacción 3: 2 CH3
O
1)NaOH, H2O
CO CO CH3
2)H3O+
CH3
CH3
O O
Reacción 4: O CH2
C CH2
+
O
O
C
C
1)NaOH, H2O 2)H3O+
OH
Reacción 5: CH3 CO CH2
CO2Et
+
CO2Et
1)EtO-, EtOH
CH3 CO CH2 CHO
2)H3O+
CH3
CONDENSACIÓN DE DARZENS
La condensación de Darzens transcurre entre cetonas y α-haloésteres; permite la obtención de aldehidos con un átomo de carbono más que la cetona de partida: O
CHO +
ClCH2__CO2Et
_ 1)NH2
Na+
2)H3O+ Ciclohexanocarbaldehido
Ciclohexanona
Mecanismo de la reacción: ClCH2__CO2Et
+
_ NH2
_ CH Cl
_ O CO2Et
Keq > 1013
+ NH3 pKa 36
pKa > 23
O
_ Cl__CH__CO2Et
O CH CO2Et Cl
O H CO2Et
+
H3O
H CO2H
XII
313
O
H
H
O
C O
O
H
O
H
H CO2H
C O (CO2) O
enol del eldehido
H
OH
H
O
enol
CONDENSACIÓN DE PERKIN
La reacción transcurre entre aldehidos aromáticos y anhidridos de ácido en presencia de aniones carboxilato (sal de un ácido carboxílico): CH CH CO2H
CHO O +
_
O
C O C CH3
CH3
1)CH3CO2 Na+ 2)H3O+ NO2
NO2
Ác. p-nitrocinámico
CHO
O
+
CH3
O
C O C CH3
OH
_
1)CH3CO2 Na+ 2)H3O+
O
O
Cumarina
EJERCICIO 12.7
Los hidrógenos metílicos del anhidrido acético son ácidos; partiendo de este hecho, escribe el mecanismo de la condensación de Perkin que conduce a Cumarina.
REACCIÓN DE MICHAEL
Una gran variedad de aniones enolato reaccionan con compuestos carbonílicos, nitrilos y nitrocompuestos α,βinsaturados a través del doble enlace C=C: Reacción 1: O EtO2C CH2
CO2Et
+
CH2
CH C CH3
N H
CO2Et EtO2C CH
CH2CH2
CO CH3
(71 %) 2-Etoxicarbonil-5-oxo-hexanoato de etilo
XII
314
EtO2C CH2 CO2Et
_ EtO2C CH CO2Et
+
+
N H
H
EtO2C
O
_ CH2
CH
CH
_ O
CO2Et
C CH3
+ N
HB+
CH C CH3
EtO2C CH CH2
H
EtO2C
CO2Et
CO2Et
OH
EtO2C CH CH2 CH C CH3
O
EtO2C CH CH2 CH2 C CH3 (71 %)
enol
Reacción 2: CH3
CO CH2
CO CH3
+
CH2 CH CN
CO CH3
Et3N
CH3
t-BuOH
CO CH
CH2 CH2
CN
(77 %) 4-Acetil-5-oxo-hexanonitrilo
CH3__CO__CH2__CO__CH3 + Et3N
CH3
COCH3 _ CO C CH2
_ + CH3__CO__CH__CO__CH3 + Et3N__H
COCH3 CH C
N:
CH3
_
CO C CH2 CH C
H
N:
H
+ Et3N H COCH3 CH3
CO C CH2
_ CH C N:
COCH3 CH3
CO C CH2
H
CH2 C N:
+
Et3N:
H
Reacción 3: O CH3
C CH2
CO2Et
CH CH NO2
+
Et3N t-BuOH
O CH3
C CH
CH CH2
NO2
CO2Et 3-Etoxicarbonil-2-fenil-4-oxonitropentano
CH3__CO__CH2__CO2Et
+
Et3N:
_ CH3__CO__CH__CO2Et
+ + Et3N_H
XII
315
CO2Et _ CO C
CH3
C6H5 CH
CH
+ O N
_
C6H5 CH3
CO CH CH CH
O
H
+ N
CO2Et
_ O _ O
+ NEt3 H _ C6H5 _ + O CO CH CH CH N O CO Et
CH3
C6H5 CH3
CO CH CH
+ :NEt3
CH2 NO2
CO2Et
2
EJERCICIO 12.8
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael: Reacción 1: O
NO2 _
CH3CH2__NO2
MeO Na MeOH
+
O
+
CH3
3-(1-Nitroetil) ciclohexanona
Reacción 2: MeO2C CH2
CO2Me +
CH3
CH
MeO
CH CH CH CO2Me
_
MeOH
CO2Me MeO2C CH CH CH Me
CH CH2
CO2Me
(72 %)
5-Metil-6-metoxicarbonil-3-heptanodioato de dimetilo
Reacción 3: OMe OMe _
CH3CH2
EtO EtOH
+
CO CH CH2
O
Me O OMe
1)EtO
Me
_
2)CH3_CO_CH=CH2
O
Las reacciones de Michael intramoleculares transcurren a través del mismo mecanismo que las intermoleculares: O _
EtO2C CH2
CO2Et
+
CH3
CH CH CO C
C OEt
t-BuO K+ t-BuOH
EtO
Me
EtO2C
CO2Et
(70 %)
XII
316
Mecanismo de la reacción: CO2Et _ C EtO2C C H
C
_ O
CO2Et
O C CH CH Me
EtO2C C C C C CH CH Me
t-BuOH
H OEt
OEt
CO2Et
CO2Et
OH
EtO2C C C C C CH CH Me
O
EtO2C CH C
CH C CH CH Me
t-BuO
_
OEt
H OEt enol
OEt EtO2C
EtO EtO2C
_
_ O
O EtO2C
EtO2C
Me
Me
O t-BuOH
EtO EtO2C
EtO
OH EtO2C
Me
EtO2C
Me
CO2Et
enol
EJERCICIO 12.9
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares: Reacción 1: O
O
O
+ CH2
CH CO CH CH2
O
HNa, DMF -300C O
Reacción 2:
(56 %) CO2Me O
O CO2Me
Me
CsCO3
O
Me O
(50 %)
Reacción 3: O Me OH
O CH2
NaOH (5 %) H2O
Me O (80 %)
XII
317
EJERCICIO 12.9 (continúa)
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares: Reacción 4: O
K2CO3
CO2Et
O
EtOH
O
O
(89 %)
CO2Et
Reacción 5: O
O CH3
2
LDA THF, -700 COCH3
Reacción 6: O
O
CH2_CN
_
t-BuO K+ t-BuOH, 700C
CN
Me2CH
Me2CH (90 %)
Reacción 7: O
Me 1)K2CO3, EtOH
O CO2Et
O
Me O
2)HCl, Q (45 %)
Reacción 8: O
1)LDA 2)
A(C10H14O3) CO2Me
_ EtO Na+ EtOH
O CO2Me
Reacción 9:
CH2 KH
OH
O
THF, -400 (68 %)
MÉTODO DE ROBINSON PARA LA SÍNTESIS DE CICLOS
Robinson fue el primer químico que tuvo la idea de utilizar la reacción de Michael y la condensación aldólica para obtener compuestos cíclicos. La originalidad de su planteamiento consistió en realizar el proceso en un solo paso, es decir, mezclando todos los reactivos para obtener un compuesto que, en realidad, es el resultado de dos reacciones sucesivas: O CH2 + O
CH3
_ EtO Na+ EtOH
O
XII
318
1 Reacción de Michael:
O _
_
EtO Na+ EtOH
H2C CH3
_ O O
O
H___OEt
OH O Me
Me
O Me
O
enol
2 Condensación aldólica intramolecular:
EtO O
Me
_ _ O H C 2
O
O EtO
____
H
O
O _
_H O 2 O
O
OH
cetona α,β-insaturada
EJERCICIO 12.10
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones, basadas en el método de Robinson para obtener ciclos: Reacción 1: CHO
O Me
Me
O
Ca(OH)2 MeOH
Me
Reacción 2: Me
Me
Et3N +
HC C CO Me
O
O
Reacción 3: CO2Et CO2Et + O
H2C CH CO CH3
O
CO2Et CH3
Et3N O (92 %)
1)Et3N 2)(t-BuO)3Al
O (34 %)
EJERCICIO 12.11
La síntesis de la vitamina A, realizada por un grupo de químicos suizos (Isler y colaboradores, 1947), incluye una serie de reacciones de condensación de grupos carbonilo. La vitamina se fabrica a partir del Citral, aldehido que se encuentra en el aceite esencial de limón. El primer compuesto intermedio, la β-Ionona, se obtiene como se describe a continuación:
XII
319
EJERCICIO 12.11 (continúa) CH3
CH3 CH3 C
EtO EtOH
CO CH3
CH CHO + CH3
CH CH2CH2 C
A
H3O
+
Me
(transposición) Me β-Ionona
Citral
La síntesis de la vitamina A, a partir de la β-Ionona, es como sigue: Me
O
Me
Me
EtO
+ ClCH2CO2Et
O
Me
Me
_
Me
Me
Me
_
CHO
(Darzens)
Me
Me
(B) O CH2 CH C CH3
_
1) HC C Na+ 2)H3O
+
CH2OH CH C C CH
H2O
Me
Me
Me
Me
Me
(transposición alílica)
(C)
C C CH C CH2OH
(B) + (D)
(D)
1)H2/Pd (selectiva) 2)(MeCO)2O 3)H3O+ (transp. alílica)
Me Me
Me
Me
2C6H5MgBr
O
Me CH2
O C CH3
Me acetato de vitamina A
Escribe el mecanismo de todas las reacciones.
EJERCICIOS ADICIONALES 12.1 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en cada secuencia y escribe el mecanismo
simplificado de todas las reacciones. Secuencia 1: _ EtO
CH3CO2Et + HCO2Et
MeCO2Et + EtO
_ D(C9H16O4)
NaBH4
A(C5H8O3)
1)EtO
B
H3O+ Q
C(C5H8O2) Me
_
2)MeCOCH2COMe
E(C14H24O6)
CO2Et
Q H3O+
Me CO2Et
Secuencia 2:
MeCO(CH2)5CHO
HO
_
_ A
MeCO2Et + EtO
B(C12H20O3)
HO
_
O
O
XII
320
Secuencia 3: 1)Mg
A(C6H10O) + B(C7H7Br)
C 6H 5
2)H3O+
OH
Secuencia 4: A(C3H4O)
1)HBr
B(C 5H9O 2Br)
2)HOCH2CH2OH
1)Mg 2)C6H5COMe
OH
H 3O +
C
C 6H 5
C CH2CH2 CHO CH3
Secuencia 5: _ EtO
A(C10H18O4)
1)HO
B
_ C(C5H8O)
2)H3O+, Q H2
H3O+
E
[Pd]
_ + HC CH + NH2 Na
D
CH2
Q
Secuencia 6: 1)EtO
A(C6H10O3)
_ [B]
2)
O
O
COMe O
Secuencia 7: Me A(C7H12O)
1)HNa
[B(C11H 16O2)]
2) HC C COMe
O
Secuencia 8: MeCOCH 2COMe + MeCOCH 2CO2Et
H 3N:
[A(C 11H 16O4)]
[B(C 11H 19O 4N)]
Me CO2Et [C(C11H17O3N)] Me
N
Me
Secuencia 9:
(EtO2C)2CH2
1)EtO
_ B(C10H 16O4)
2)A(C3H 5Br)
H4AlLi
D
H 3O +
H 2C
1)H3O+ 2)EtOH, H3O+
CH
CH2 CH
C(C7H12O2)
CH2
Q
Secuencia 10: A(C12H14O4) + MeCOCMe3
HO
O
_ [B]
CO CMe3 O
XII
321
12.2 Averigua la estructura de los compuestos (1)-(10) y escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
Secuencia 1: NaOH / H2O
(1) (C7H12O2)
COCH3
Secuencia 2:
(2) (C3H 4O4) +
CH3
N
CH CH CHO
CH CH CH CH CO2H
CH3
Secuencia 3: (3) (C5H 8O2) +
CH2
CH2
CN
COMe CH3 CO CH CH2CH 2 CN
NaOH / H2O
Secuencia 4: _ EtO
O (4) (C4H6O) +
EtOH
O
Secuencia 5: (5) (C4H8O2)
+
1)HNa
CH3 CO CH3
CH3COCH2COCH3
2)H3O+
Secuencia 6: O O (6) (C14H10O2)
+
C6H5 CH2 C CH2 C6H5
C 6H 5
1)NaOH/H2O 2)H3O
C6 H5
+
C 6H 5
C 6H 5
Secuencia 7: Me Me (7) (C6H10O4)
+
EtO2C
CH2
C CH2
EtONa
CO2Et
Me CO2Et
EtO2C
EtOH
Me
O
O
Secuencia 8: Me O (8) (C15H26O4)
Me
EtONa EtOH
Me
CO2Et
Secuencia 9: Me (9) (C4H4O)
+ O
Me LDA
CH CH CO CH3 O
XII
322
Secuencia 10: NaOH H 2O
2 (10) (C4H6O2)
O
Me
Me
O
12.3 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo de
todas las reacciones. Secuencia 1: CHO
HNa
A(C11H14O2) + B(C3H6O2)
C 6H 5
C
CO2Et
Me
Secuencia 2: O
CH2 + B(C5H10O3)
:B
C(C9H14O3)
H4AlLi
H3O+ / H2O
D
Q
Secuencia 3: 1)MeMgI
(4S) 4-Metil-3-hexanona
2)H3O+
A(mayoritario) + B(minoritario)
Secuencia 4: Me :B A(C6H8N2) + B(C6H10O2)
H N
N
O
C 6H 5
Secuencia 5: A(C5H8O)
1)RMgBr 2)H3O +
CH3 C 6H 5
C H
CH
CH CH2OH
Secuencia 6:
A(C6H10O2)
1)2MeMgBr 2)H3O+
OH CH3
C
CH2CH2CH2CH2OH
Me
Secuencia 7: +
A(C4H6O)
:B
[B(C10H16O2)] O
O
XII
323
Secuencia 8: CO2Et :B
Acetilacetato de etilo + A(C4H6O2)
O
HO [B(C10H16O5)] Me
C(C 10H 12O 3)
OH
D(C 10H 12O 3)
12.4 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:
Secuencia 1: Zn
Ciclohexanona + Bromoacetato de etilo
H3O+
A(C10H18O3)
Q
B(C 10H16O2) O
MeCOCH2CO2Et / EtO
-
HO-
C
1)HO
D(C 14H20O4)
-
2)H+, Q O
Secuencia 2: NH2−Na+
A(C6H 10O) + Cloroacetato de etilo
B(C 7H 12O)
[MeCO2Et + EtO -]
[C]
O D(C11H18O2)
Me2CO / HO
-
HO-
E
O
12.5 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones: O Me
Me
1)OH-
A
2)ClCO2Et
O
1)EtO-
[C]
[B]
D(C9H14O3)
2)MeCO(CH2)3Br 3)H3O+ Me
1)KOH 2)H3O
+
E(C9H14O3)
1)OH
-
2)H3O+
HO
Me
OH O
12.6 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:
Secuencia 1: OMe 1)EtO- / EtOH O
2)MeCH2COCH=CH2
A(C16H20O3)
1)EtO- / EtOH 2)H3O+
B(C16H18O2)
XII
324
Me
OMe
1)H4AlLi 2)H3O+
Secuencia 2: 1)LDA 2)CH2=CHCO2Me O
O
1)EtO- / EtOH
A(C9H12O3)
2)H3O+
CO2Me
3)H3O+
12.7 Averigua la estructura de los compuestos A, B, C, y D. Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: O EtO
C6H5_CH=CH_CO_CH=CH_C6H5 + A
_ C 6H 5
C6 H5
EtO2C
CO2Et
O COMe +
B
NaOH
O
O
Me
Me + C
KOH
CH2CH2COCH3
O
O
OMe
Me + D
EtO-
OMe
O
O
12.8 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O
O
Br LDA
A
1)CH2=C-CO2Me 2)H3O+
B(C10H13O3Br)
LDA
CO2Me
Secuencia 2: MeO2C_(CH2)5_CO2Me
1)EtO- / EtOH 2)H3O
+
A(C8H12O3)
1)EtO 2)BrCH2CO 2Me 3)H3O+
B(C11H 16O5)
XII
325
1)LDA
1)HNa
C(C17H24O7)
2)CH2=CH-CH=CH-CO2Me
1)EtO-
D(C17H24O7)
2)H3O+
CO2Me
O
2)H3O+
O CO2Me
12.9 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo simplificado de las reaciones.
Secuencia 1: A(C3H3N)
EtNH2
B(C 5H10N2)
H 4AlLi
CH3CH2
NH CH 2CH 2CH2
NH 2
Secuencia 2: A(C7H6O2)
+
piridina
B(C3H4O4)
O
O
Secuencia 3:
A(C6H10O)
+
_ NH2 Na+
B(C4H7O2Cl)
C(C7H12O)
OH
1)C6H5MgBr
CH
2)H3O+
Secuencia 4:
A(C6H8O)
1)LDA 2)H2C
CH CO2Me
B(C10H14O3)
_ 1)EtO Na+
O
2)H3O+
CO2Me
Secuencia 5: CH3 A(C7H12O)
1)HNa 2)HC
[B(C11H16O2)]
C CO Me
O
12.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
CH2O +
A
AcO
_
Me Me
H 2O
OH CHO
Secuencia 2:
A(C6H10O)
+
B(C14H10O2)
_ HO H 2O
O
HO
O C6H5
C 6H 5
XII
326
Secuencia 3:
A(C7H5O3N)
B(C2H4O)
+
CHO
KOH MeOH
O 2N
12.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O A(C3H4O3) +
KOH, MeOH
B(C7H6O)
250C
C 6H 5
[C]
CO2H 80 %
Secuencia 2: HO
A(C6H10O2)
_ [B(C6H10O2)]
O
Me
Secuencia 3: Me H
Me
K2CO3 +
O CH2
A(C5H10O2)
O Me
Me CO2H A(C5H10O2)
+
NH3, EtOH 1000C
CO2H
[B(C8H14O6)]
[C(C8H12O5)]
Q O O
12.12 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: _ 1)EtO
O C6H5
C6H5
2) ?
O C6H5
C6H5 CHO
Secuencia 2:
A(C9H14O) +
B(C4H6O)
_ EtO
O CO Et 2
O Me
Secuencia 3:
HO A(C 7H6O) +
B(C3H6O)
O
_ [C(C10H12O 2)]
C 6H 5
Me
XII
327
O C6 H 5
+
Me
HO
D(C5H7O2N)
CN
_
Me
EtO2C C6H5 O
12.13 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
CO2Et + A(C15H12O)
Me
O
_ EtO
O
O
C6 H5 O
CO 2Et
Me
[B(C21H22O4)]
C 6H 5
C 6H5
CO2Et
C6 H5
Secuencia 2: OMe
O
HO
O [A(C 11H14O3)]
_
CO2Et _ EtO
B(C11H12O2)
H 3O +
C(C17H22O5)
Q
CHO
OMe
O
O
Me
Me
Secuencia 3:
A(C6H10O3)
O
_ 1)EtO 2)ICHMe2
Me
Me
Me CO2Et
EtO ?
O CO2Et
_ Me
O Me
Me
O
HO
_ B(C13H22O4)
H3 O + Q
Me
Me Me
Me
12.14 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1:
A(C3H6O) + B(C7H12O4)
NH4+AcO
Me
_ EtO2C
Me
H4AlLi
C(C6H12O2)
PBr3
D
CO2Et
CO2Et CH2(CO2Et)2, NaH
Me
EtO2C
Me Me
EtO2C
H3O Q
+
E
EtOH H 3O
+
F
HNa
EtO2C
Me
O
CO2Et
XII
328
Secuencia 2: O CO2Et
A(C4H6O) + Me
O
_ EtO
O
Me
Me
_ 1)EtO
B(C10H14O3)
2)CH2O
CO2Et
C(C11H16O4)
H3 O+
O CH2
Q
D(C9H12O4)
_ 1)EtO
Me
Me
2) ?
O
E(C15H22O4)
Me
H3O+
O
CO2Et
F(C12H16O)
Q
12.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: Me
Me
K2CO3 CH2O
CHO
CN
A(C5H10O2)
_
HO
B(C6H11O2N)
_
Me
Me
HO2C
H 2O
OH OH
EtOH H3O
? TsOH
C
+
1)C6H5MgBr
D
E
2)H3O+
Secuencia 2: Me 2 Me
O
HO
_
_
EtO2C
CH2(CO2Et)2 + EtO
A(C6H10O)
EtO2C
_ CN
B
H3 O
C
O
+
O
O
Me
H3O+ Q
Me
Me
Me CO2H
Q Me
Me
12.16 Utiliza enaminas para realizar las síntesis siguientes.
Síntesis 1: O
O CO2Me
Síntesis 2: O N H
H 3O +
O
Me
?
O
O
XII
329
Síntesis 3: O enamina
O
C6H5
1)
C6H5
O
2)H3O+
OH
12.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: Me Me
CH2O
CHO
K2CO 3
Me
CNK
A
HCl H 2O
B
OH
Me [C]
O
O
Secuencia 2: OCH2C6H5
HNa
_ t-BuO K+
A
OEt O C
CO2Et
NaBH4
B
O
C
Me
OEt
OCH2C6H5 1)NaOH, H2O
[D]
2)H3O+
E
Q Me
O
O
Secuencia 3: CO2Me 1)R2NH, H3O+
Me
2)
CHO
A(C8H14O3)
1)R2NH, H3O+ O
2)
CO2Me
B(C12H20O4)
Me
H3O+
O
Me
Secuencia 4: O C 6H 5
CO2Me
MeO
_ [A(C13H16O4)]
MeO
B(C17H22O6)
CO2Me (exceso)
CO2Me
_
C 6H5
CO2Me
12.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: O Me
Me
Ba(OH)2
_ A(C6H10O)
MeCOCH2CO2Et + EtO
B(C12H20O4)
HO
_ C(C12H18O3)
1)H3O+, Q 2)RCO3H
XII
330
Me
Me Me
O
O
Secuencia 2: _ EtO MeCHCO2Et
CO2Et
EtO2C
_ EtO
A(C12H20O6)
H 3O +
B(C15H23O6N)
CN
EtOH
Me O _ EtO
[C(C15H24O8)]
EtO2C
Me CO2Et CO2Et
Secuencia 3:
EtO2C
CO2Et
_ EtO C6H5CHO
H3O+
A(C14H18O5)
EtOH
B(C9H8O2)
H2 O
C
H3O+
C 6H 5 _ CH2(CO2Et)2 + EtO
CO2Et
C6H5NH2
D(C18H24O6)
O
N
O
C 6H 5
Secuencia 4: _ 1)EtO
CH2(CO2Et)2
2)IC2H5
_ 1)EtO
A 2)
B
NaBH4
HO
C(C12H22O5)
_
C6H5CH2Cl
CHO
D(C19H28O5)
Q
F(C14H20O3)
EtOH H 3O
+
G
1)(C6H5)3C Na+ 2) Br
2)H3O+
CO2Et
_
E(C15H20O5)
_ 1)HO
EtO2C
CO2Et
OCH2C6H5 Me
12.19 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones. O H
Me
Me2NH AcOH, AcONa
A(C6H13N)
CO2Et
B(C11H21O2N)
H 3O + H 2O
O C(C9H16O3)
Me2NH AcOH, AcONa
D(C11H21O2N)
Me
E(C15H28O3N)
H 3 O+ H 2O
XII
331
Me H
O Me
_ AcO
CO2Et
[F(C13H22O4)]
G(C13H20O3)
OH
HO H3O
+
H(C15H24O4)
NH3 H2O
:
O
HN I(C13H21O3N)
H4AlLi
J(C13H23O2N)
1) H3O+, H2O _ 2) HO , H2O
K(C11H19ON) O
Me
XII
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO
GENERALIDADES
El Benceno y la mayoría los hidrocarburos bencenoides reaccionan con electrófilos (E+) dando lugar a hidrocarburos aromáticos en los que el reactivo electrófilo sustituye a un átomo de hidrógeno: E
H + E+
+ H+
H
E E
H + E+
+ H+
+
Las reacciones de sustitución electrófila transcurren a través de los pasos siguientes:
H
H
E
*
E+
H
H +*
E *
* + * H
*
E H + *
E
H *
+ H+
*
[catión arenio ; intermedio de Wheland ; complejo σ]
H
E +
E
H
E +
H
E +
[catión arenonio] H + E+
E + H+
curso
XIII
333
El paso más lento de estas reacciones, la formación del catión arenio, es el que determina la velocidad total de reacción. La formación de un catión arenio, a partir del hidrocarburo aromático correspondiente, supone siempre una disminución de la energía de enlace π. Es decir, cualquier catión arenio es menos estable que el hidrocarburo del que proviene, y su inestabilidad será tanto mayor cuanto más pequeña sea su energía de enlace π. Esto es así porque el sistema conjugado del catión arenio tiene siempre un átomo de carbono menos que el hidrocarburo del que deriva. Los reactivos (E) implicados normalmente en las reacciones de sustitución electrófila son los siguientes: O + E = R ; R C + ; NO2+ ; SO3 ; X +
Los carbocationes (R+) se obtienen por reacción entre un derivado halogenado y un ácido de Lewis:
Cl R CH R + AlCl3
_ + R_CH_R + AlCl4
Los cationes acilo (RCO+) resultan de la reacción entre un haluro de ácido y un ácido de Lewis:
O
O
R C Cl
+ AlCl3
R C +
_ + AlCl4
El cation nitronio (NO 2+) surge de la reacción entre los ácidos nítrico y sulfúrico:
HNO3 + 2H2SO4
_ NO2+ + H3O+ + 2HSO4
El carácter electrófilo del SO3 se debe a la carga parcial positiva del átomo de azufre:
:O : :O
S
O:
_ :O : S+ :O O:
_ :O
:O: + S
O:
:O
:O: S+
_ O:
Los cationes halogenonio (X+) se obtienen haciendo reaccionar el halógeno con hierro:
3Br2 + 2Fe 2FeBr3 + Br2
2FeBr3 _ Br+ + FeBr4
XIII
334
ENERGÍA DE ENLACE DE CATIONES ARENIO POLICÍCLICOS
La variación de energía π (δEπ) que tiene lugar cuando un hidrocarburo aromático se transforma en un catión arenio, se puede estimar utilizando los coeficientes del orbital molecular no enlazante (ONE) de los átomos unidos al carbono que ha reaccionado con el electrófilo (ver Tema 5):
H
H E
+
E H + *a
a*
δEπ = −2β(a + a) = −4aβ = −2,31β
-a * a =1/ 3
En el modelo de Hückel, 2β es la energía del enlace π del etileno
Todos los átomos de carbono del benceno son equivalentes; esto significa que cuando el benceno se transforma en el catión arenio, la variación de energía π es independiente del átomo de carbono al que se une el reactivo electrófilo. Sin embargo, en los hidrocarburos aromáticos policíclicos, existen posiciones que no son equivalentes, es decir, átomos de carbono distintos. Cuando el reactivo electrófilo se une a estos átomos no equivalentes, la variación de energía de enlace π no es siempre la misma, originándose cationes arenio de diferente inestabilidad.
H 1
+ E+
H a *
-a * a*
1
E
2a +*
(δEπ)1 = −2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81β
* -2a
[1] a =1/ 11
Como los signos relativos de los coeficientes son arbitrarios, se eligen siempre positivos para calcular la variación de energía de enlace π:
2
-2b * + H
b *
H
2
+ E+
E * -b
* b
(δEπ)2 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β
* -b
[2] b =1/ 8
En el naftaleno existen dos posiciones no equivalentes (átomos de carbono 1 y 2) Como el catión arenio [1] es menos inestable que el [2], el producto mayoritario de cualquier reacción de sustitución electrófila es el que surge de dicho catión:
XIII
335
Eπ
+ H
(δEπ)2
2
> (δEπ)1
E
H 1 E
(δEπ)2
+ (δEπ)1
E E
2
+ H
+ E+
+
1
+ H
+
curso
curso
H
H 1
H 2
1
E
E +
1
[producto mayoritario]
(dEπ)1 = −1,81β [menos inestable]
+ H
2
2
E [producto minoritario]
E (dEπ)2 = −2,12β [más inestable]
Factor Parcial de Velocidad (FPV)
El factor parcial de velocidad expresa las velocidades relativas de reacción, determinadas experimentalmente, para las diferentes posiciones no equivalentes de un determinado hidrocarburo aromático. El benceno se elige como molécula de referencia (FPV = 1) y el resto de los hidrocarburos se comparan con él. La reacción empleada en la determinación de los diferentes factores parciales de velocidad suele ser la destritiación (sustitución electrófila de tritio por hidrógeno) en tetrahidrofurano a 700 C: Ar-T + H+
Ar-H + T+
XIII
336
Por ejemplo, en el naftaleno, la posición 1 es 7,7 (1160/151) veces más reactiva que la posición 2: (FPV)1 = 1160 (FPV)2 = 151
Existe una relación estrecha entre los distintos FPV de un determinado hidrocarburo aromático y la disminución de la energía de enlace π en los diferentes cationes arenio. Por este motivo, emplearemos con frecuencia los factores parciales de velocidad para comprobar si las predicciones que hacemos son acertadas. SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN EL ANTRACENO
En el antraceno existen tres posiciones no equivalentes, que dan lugar a tres productos de sustitución diferentes: H 9
E
H 1
E
1
H
9
E
+
+ E+
2
2
+
Las estabilidades relativas de los tres cationes arenio son las siguientes: H 1
+ E+
H a *
-a *
a* -a*
1
E + * 3a
(δEπ)1 = −2β(a + 3a) = −8aβ = −1,57β
* -3a
* 2a
a =1/ 26
2
b *
H + E+
-b *
3b * + H
-2b *
E *b
* -b
* b
2
(δEπ)2 = −2β(b + 3b) = −8bβ = −1,88β
b =1/ 18
H
H -c *
9
+ E+
c* -c*
9
E -c * +
* 2c
*c
(δEπ)9 = −2β(c + c) = −4cβ = −1,26β
-c*
c =1/ 10
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)1 > (δEπ)9 Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C2
Estos son los valores de los factores parciales de velocidad en el antraceno:
XIII
337
(FPV)9 = 127 x 105 (FPV)1 = 7900 (FPV)2 = 1135
Reactividades relativas (datos experimentales) : C9 > C1 > C2
H
9
C9
E
E +
9
[mayoritario]
(δEπ)9 = −1,26β H 9
E
H 1
H 1 E
H 2
+ E+
1
+
C1
[minoritario]
(δEπ)1 = −1,57β + H
2 E
2
C2
[minoritario]
E (δEπ)2 = −1,88β
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN EL FENANTRENO
En el Fenantreno existen cinco posiciones no equivalentes, que dan lugar a cinco productos de sustitución diferentes: H
1
+
E E +
1
H
2
2
E
E H
9 1
H 2
4
3
H
H
H
E+ +
H
H
9
E
4
+
H
E
3
E
3
E
4
+
E E 9
XIII
338
Estabilidades relativas de los cinco cationes arenio: H 1
+
E
a*
-2a *
H 1
* 2a a*
-a *
E + * 3a
(δEπ)1 = −2β(2a + 3a ) = −10aβ = −1,86β
* -3a
a =1/ 29
2
H
E+
-b *
b * -b *
3
-c *
* 2b
(δEπ)2 = −2β(2b + 3b ) = −10bβ = -2,18β
E
b =1/ 21 2c * -2c * * -c
c*
H
H 2
* -2b
* b
E+
3b * +
+ 3c * H
3
* 2c E
(δEπ)3 = −2β(2c + 3c ) = −10cβ = -2,04β
c =1/ 24
E+ 4
d *
-d * d* * -d
H
H
*
-3d *
(δEπ)4 = −2β(2d + 3d ) = −10dβ = -1,96β
2d 4
E
+ * 3d
d =1/ 26
H
9
E+
H e*
9
-e * * e
E
+ * 4e
* -2e
* -2e
(δEπ)9 = −2β(e + 4e ) = −10eβ = -1,80β * 2e
e =1/ 31
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)3 > (δEπ)4 > (δEπ)1 > (δEπ)9 Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C4 > C3 > C2
Factores parciales de velocidad del fenantreno: (FPV)9 = 1630 (FPV)1 = 900 (FPV)2 = 173
Reactividades relativas (datos experimentales): C9 > C1 > C4 > C3 > C2
(FPV)3 = 385 (FPV)4 = 810
XIII
339
EJERCICIO 13.1
Ordena las posiciones 4, 4' y 5 del 1-Fenilnaftaleno, de acuerdo con su reactividad relativa en una reacción de sustitución electrófila. 4'
5
4
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE CARBONO ALQUILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON HALUROS DE ALQUILO (ALQUILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS)
La reacción está catalizada por ácidos de Lewis: AlBr3 > AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > TiCl4 > ZnCl2 > BF3
H
CH3 CH3Cl AlCl3
δ+ CH3
Cl δ−
δ− δ+ .... .... AlCl3 CH3 Cl
AlCl3
H
Me + CH3
H Cl
_ AlCl3
_ + CH3 + Cl_AlCl3
Me
+
+ H_Cl + AlCl3
Cuando en las reacciones de alquilación se originan carbocationes primarios, pueden tener lugar reacciones de transposición de Wagner-Meerwein: CH2CH2CH3 CH3 CH CH3 + CH3_CH2_CH2Cl
AlCl3
+
5h t = -60C t = 350C
60 % 40 %
40 % 60 %
Si la temperatura se mantiene baja, la reacción está sometida a control cinético y se obtiene como producto mayoritario el que surge del carbocatión primario (este carbocatión es el que se forma más rápidamente) Por el contrario, a temperatura más elevada, el producto mayoritario es el que se obtiene a través del carbocatión más estable (control termodinámico), es decir, del carbocatión que resulta de la reacción de transposición.
XIII
340
CH2CH2CH3
δ+ CH3CH2CH2
Cl δ−
δ+ δ− CH3CH2CH2 .... Cl .... AlCl3
AlCl3
+ CH3CHCH2 +
_ AlCl4
H
[transp.]
CH3 CH CH3
CH3CHCH3 +
EJERCICIO 13.2
Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción: CH3 CH3 CH3
AlCl3
C CH2Cl
CH3 C CH2CH3
+
CH3
ALQUILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON OLEFINAS Y ALCOHOLES
Las olefinas y los alcoholes se protonan en medio ácido, dando lugar a carbocationes: Reacción con olefinas: CH3
CH3 _
_
_
CH3 CH CH CH3 CH3 CH3
CH CH CH2
+
H_Cl / AlCl3
_ _
CH3 C CH2_CH3
+
00 C (45 %)
(55 %)
CH3 CH3 CH CH CH3 CH3
_
_
CH3
___
CH3 CH CH CH2 H
Cl
+ CH3 CH_CH CH3 _
AlCl3
[Regla de Markownikoff] CH3 CH3
+ CH3_C___CH_CH3 H
CH3 transposición
CH3 C CH2CH3
CH3_C__CH2_CH3 + [carbocatión más estable]
XIII
341
Reacción con alcoholes: CH3
CH3
CH3 CH CH CH3 CH3 C CH2CH3 CH3
H2SO4
CH3_CH_CH_CH3 +
+
OH
CH3 _
_
_ _
CH3 CH CH CH3
SO4H
_
CH3 _
_
CH3 CH CH CH3
: OH H
_
_
CH3 + _ _ ___
H2O
CH3 C
OH +
CH CH3
CH3
transposición
CH3_C__CH2_CH3 +
H
O_SO3H
_ HO3S_O : H CH3 + CH
H
CH3
_ HO 3S_O :
CH3 +C
CH3
CH
CH CH3
CH3 CH CH CH3
+
CH CH3
H
CH3
CH3
HO3S_OH
+
Me H
Me
CH3 CH3 C
Me
CH2 CH3
+
CH2 CH3
+
HO3S_OH
CH3
Las cadenas hidrocarbonadas unidas a los anillos aromáticos pueden oxidarse fácilmente, dando lugar a ácidos carboxílicos: CH3
CH2CH3
CO 2H K2Cr2O7
CO 2H KMnO4 / H2O
H2O / H2SO4
EJERCICIO 13.3
Escribe el mecanismo completo de las siguientes reacciones: Me
H2SO4
Me
+
Me
Me
H2SO4
XIII
342
ACILACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS CON CLORUROS Y ANHIDRIDOS DE ÁCIDO (ACILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS)
Los cloruros y anhidridos de los ácidos carboxílicos reaccionan con ácidos de Lewis, dando lugar a un catión acilo: Reacción con haluros de ácido: H
COR RCOCl AlCl3
O
O R C Cl :
R C
AlCl3
+ Cl
O
_ AlCl3
_ + AlCl4
R C + [catión acilo]
_ Cl3Al
H O
Cl
R C +
CO_R
CO_R
H +
+ HCl + AlCl3
Reacción con anhidridos de ácido: H
O
COR
O
R C O C R AlCl3
O O
R C O
AlCl3
R C
R C
_
+ O
O
O
O
R C+
C R
AlCl3
[catión acilo]
O
:O C R _ AlCl3
_ R_CO_O___AlCl3 H
H +
O R C+
CO_R
CO_R O +
R C OH + AlCl3
Reactividades relativas en la acetilación y benzoilación del naftaleno: 1,0
COMe 0,31
+
MeCOCl
COMe
AlCl3
+
CHCl3
[minoritario]
[mayoritario] 1,0
CO_C6H5
0,4
+
_
C6H5 COCl
AlCl3
CO_C6H5 +
CHCl3 [mayoritario]
[minoritario]
XIII
343
Debido al impedimento estéreo de C4, en la acetilación del fenantreno se obtienen las siguientes reactividades relativas referidas al benceno (=1): 0,615 (C9) 0,293 (C1)
reactividades: C3 > C9 > C1 > C2 > C4
0,122 (C2)
0,0085 (C4)
0,643 (C3)
[acetilación en CHCl3]
La reacción de Gattermann - Koch permite introducir el grupo formilo en un hidrocarburo aromático; el cloruro de formilo se obtiene haciendo reaccionar monóxido de carbono y cloruro de hidrógeno en presencia de cloruro cuproso como catalizador:
AlCl3
ArH + CO + HCl
H
: C O:
CuCl
H
CuCl
O
AlCl3
C O
Cl
Ar_CHO
H C +
Cl
O
O
H
C H +
C H +
+ AlCl4
CHO _
AlCl4
+ HCl + AlCl3
El grupo carbonilo de los aldehidos y las cetonas se puede transformar en un grupo metileno mediante la reducción de Clemennsen. En esta reacción se emplean amalgama de cinc (Zn + Hg) y ácido clorhídrico. Los ácidos carboxílicos no se reducen, lo cual permite realizar reducciones selectivas: O
C
CH3
CH2-CH3 Zn-Hg / HCl
CO2H
CO2H
EJERCICIO 13.4
Escribe el mecanismo completo de las reacciones de Friedel - Crafts que aparecen a continuación: O
O +
O O
AlCl3
H CO2H
Zn-Hg / HCl Q
H CO2H
1)SOCl2 2)AlCl3 O
XIII
344
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE NITRÓGENO (NITRACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
Los hidrocarburos aromáticos reaccionan con el catión nitroílo (nitronio) dando lugar a derivados nitrados: NO2
H HNO3 + H2SO4
El catión nitronio se genera por reacción entre los ácidos nítrico y sulfúrico:
:O + H _ N O H :O
:O + _ N
O SO3H
+ O:
:O
_
H +
: O SO3H
H
O
+ N
O
+
H2O
[catión nitronio]
H
_ HO3S_O
:O
H
NO2
NO2 +
N+
+
HO3S_OH
:O :
Resultados experimentales obtenidos en la nitración del fenantreno:
(C9) 34 %
NO2
27 % (C1)
+ NO2
4 % (C2) 0 % (C4)
reactividades: C9 > C1 > C3 > C2
25 % (C3)
[impedimento estéreo]
La nitración de hidrocarburos abre un camino importante para la síntesis de aminas aromáticas; la reducción del grupo nitro puede realizarse de dos formas diferentes: a) Con estaño o hierro en medio ácido: NO 2
NH2 1)Sn / HCl 2)NaOH
XIII
345
_ + NH3 Cl
NO2 2
+ 3Sn + 14HCl
+ 3SnCl4 + 4H2O
2
[hidrocloruro] _ + NH3 Cl
NH2 NaOH
+ NaCl + H2O
b) Hidrogenación catalítica: NO2
NH2 H2 Pd / C
CO2H
CO2H
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE AZUFRE (SULFONACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
El Benceno reacciona con ácido sulfúrico originando ácido bencenosulfónico: SO3H 0
+ H2SO4
170-180 C + H2O (95 %)
Cuando se emplea ácido sulfúrico el electrófilo es el catión H3SO4+ : _ H3SO 4+ + HSO4
2H 2SO4
O O
S O
O
O
H HO S O
OH
O
OH
[ácido]
O
_
S O:
+
+ S OH2
OH
OH
[base]
:O : O S :O
+ OH2 H lenta
:O : + H S O :O : _
_ HSO4
O
:O : + H S O :O : _
rápida
+ H3O+
_ SO3 + H2SO4
XIII
346
_ SO3 + H3O+
SO3H
rápida
+ H2O
En las reacciones de sulfonación, el equilibrio está normalmente desplazado hacia la izquierda; por consiguiente,
para aumentar el rendimiento es necesario eliminar el agua del medio de reacción. La sulfonación puede realizarse también empleando trióxido de azufre como electrófilo:
:O : S :O
:O
O:
_ : O: + S
: O: _ :O
O:
S+
: O: O:
S+ :O
_ O:
El trióxido de azufre se utiliza disuelto en ácido sulfúrico exento de agua; la disolución recibe el nombre de oleum: :O : H
:O : H2SO4
S :O
:O S +
_ O: SO3H H
O:
Sulfonación del naftaleno: (FPV)1 = 1020 (FPV)2 = 180
H2SO4 H2O (79%)
SO3H
Si un ácido sulfónico se calienta en presencia de agua se produce la reacción inversa: H
SO3H + H2O
H2O + C6H5_SO 3H
: O: S
+ H2SO4
_ + H_OH2 + C6H 5_SO3
_ : :
+ H2O___H
Q
O:
H + H2O + SO3
:O :
SO 3 + H2O
SO 4H 2
XIII
347
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE HALÓGENOS (HALOGENACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
3Br2 + 2Fe
2FeBr3 _ Br+ + FeBr4
2FeBr3 + Br2
H
H Br +
Br Br+
_ FeBr3
Br + HBr + FeBr3
La cloración se puede llevar a cabo empleando SnCl4 o ZnCl2 como catalizadores: Cl2 + ZnCl2
_ Cl+ + ZnCl3
Cl2 + SnCl4
_ Cl+ + SnCl4
EFECTO DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA
Si un hidrocarburo aromático que tiene unido un sustituyente (Z) al núcleo, se somete a una reacción de sustitución electrófila ¿a qué posición se unirá el nuevo sustituyente? ¿Se obtendrá una mezcla de todos los productos posibles? Z
Z
Z
Z
E
E+
+
(?)
+ E E
Z
Z
Z
Z
Z
E
E+
+
+
+
+
E E
Z
E
Z E +
E
Z (?)
+
E
La respuesta a las dos preguntas está directamente relacionada con la naturaleza del sustituyente Z, pero es poco dependiente del tipo de reactivo electrófilo que se utilice.
XIII
348
Cuando el hidrocarburo es el benceno, hay sustituyentes que favorecen la entrada del electrófilo en las posiciones orto y para: CH3
CH3
CH3 Br
Br2 / Fe
+ Br
CH3 CH3COCl
o-Bromotolueno
p-Bromotolueno
CH3
CH3 COCH3 +
AlCl3
COCH3 o-Metilacetofenona
p-Metilacetofenona
Otros sustituyentes provocan la entrada del electrófilo en posición meta: CO2Et
CO2Et HNO3
m-Nitrobenzoato de etilo
H2SO4
NO2
CO2Et
CO2Et Br2 [Fe]
m-Bromobenzoato de etilo Br
SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRÓFILO A LAS POSICIONES ORTO Y PARA _
O _NR2 _NH2 _OH _NHCOR _OR _OCOR _CH3 _CH2CH3 _CHMe2 _CMe3 _CH=CH2 _Arilo _CH2CO2R
SUSTITUYENTES QUE ORIENTAN LA ENTRADA DEL ELECTRÓFILO A LA POSICION META _
+ CH2Cl _CHCl2 _CCl3 _CONR2 _CO2R _CO2H _COR _CHO _SO3H _CN _CF3 _NO2 _NR3
Los sustituyentes que orientan a orto y para estabilizan el catión arenio intermedio; es decir, un compuesto que tenga uno de estos sustituyentes reaccionará con cualquier electrófilo más fácilmente que el benceno. Por el contrario, los sustituyentes que orientan a meta, desestabilizan el catión arenio intermedio, y el compuesto portador de dicho sustituyente reaccionará con más dificultad que el benceno. En general, los sustituyentes que ceden electrones estabilizan el catión arenio cuando están unidos a átomos de carbono que tienen carga (posiciones activas); y a la inversa: los sustituyentes aceptores de electrones desestabilizan el catión arenio si están unidos a carbonos con carga. Cualquier sustituyente que esté unido a una posición sin carga (inactiva) no tiene ningún efecto sobre la estabilidad del catión arenio.
XIII
349
δ+ CH3
a +*
* +*
* H
δ+ CH3 Q = a2 [posición activa]
NO2
Menos inestable que:
* -a NO2
-a * H
+ H
NO2
[catión arenonio estabilizado por el Me]
δ+ CH3 *
*
Q = 0 [posición inactiva] La misma inestabilidad que:
H
* + NO2
H + NO 2
[catión arenonio no estabilizado por el Me]
NO2
NO2
*
+ *a
Q = a2 [posición activa] Más inestable que:
+*
* H
* -a
-a*
Br
H
+ H
Br
Br
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
NO2 *
*
Q = 0 [posición inactiva] H
H
La misma inestabilidad que:
* + Br
+ Br
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
Para los hidrocarburos aromáticos policíclicos son válidos los mismos principios: NO2 *
* *
Q = 0 [posición inactiva] *
H
La misma inestabilidad que:
H
+ Br
* + Br
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
NO2 * *
-a *
* * H
+ * Br
a*
NO2 + * 2a -a
* H
* -2a Br
Q = 4a2 [posición activa] Más inestable que:
+ H
Br
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
XIII
350
TIPOS DE SUSTITUYENTES δ+ +I : Z
δ− C
(Me, Et, etc. ; cualquier grupo alquilo)
δ− I:Z
δ+ C
(-CX3, -CHX2, -CH2X, -CN)
Inductivos _
+ M : _CH=CH2, C6H5_ (en general: Ar_) _ Electrómeros (mesómeros)
_ + M : _NH2, _NHR, _OH, _OR, _O , _X (F, Cl, Br, I) _
M : _CHO, _COR, _CO2H, _CO2R, _CONH2, _CONHR, _NO2, _SO3H
Grupos estabilizantes del catión arenio (orientación o- y p- en el benceno)
−O−
máxima estabilización
Grupos desestabilizantes del catión arenio (orientación m- en el benceno) mínima desestabilización
−CH2Cl
−NR2
−I
−NHR
−Cl (*)
−NH2
−Br (*)
−OH
−CHCl2
−NHCOR
−CCl3
−OR
−CONR2
−OCOR
−CO2R
−CH3
−CO2H
−CH2CH3
−COR
−CHMe2
−CHO
−CMe3
−SO3H
−CH=CH2
−CN
−Arilo
−CF3
−CO2−
−NO2
−CH2CO2R
mínima estabilización
máxima desestabilización
(*)
+ NR3
(*) Los halógenos desestabilizan el catión arenio, pero orientan a o- y p-
XIII
351
SUSTITUYENTES INDUCTIVOS +I (GRUPOS ALQUILO)
Todos los grupos alquilo son cesores de electrones (el enlace σ que une el grupo al núcleo aromático está C) Estos sustituyentes estabilizan el catión arenio cuando están situados en polarizado en el sentido Z posiciones activas (con carga): Me
Me a* +
E+
Sustitución en o- :
Me
H
E
-a *
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
E *a
a = 1/ 3 (Q = +1/3)
Me
Me E+
Sustitución en m- :
Me *a H
a*
[minoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
E
-a * + E a =1/ 3 (Q = 0)
Me Sustitución en p- :
Me
Me
*a
E+ -a * H
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
+ * -a E
E
a = 1/ 3 (Q = + 1/3)
Estos son algunos resultados experimentales: Alquilación: CH2CH2CH3
Pr + C6H5_CH2Cl
Pr
Pr CH2C6H5
AlCl3
+
+
MeNO2, 250C
CH2C6H5 CH2C6H5 (39,6 %)
(8,1 %)
(52,3 %)
Acilación: Me
CH3 + C6H5_COCl
Me
Me COC6H5
AlCl3
+
+ COC6H5 (FPV):
COC6H5 32,6
4,9
626
XIII
352
Nitración: Me
Me
Me
Me
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+ NO2 NO2
(FPV) : 49.7
Et
1.3
60
Et
Et
Et NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+ NO2 NO2
(FPV) : 31.4
CHMe2
2.3
69.5
CHMe2
CHMe2
CHMe2
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+ NO2 NO2
(FPV) : 14.8
CMe3
2.4
71.6
CMe3
CMe3
CMe3
NO2
HNO3-Ac2O
+
00 C
+ NO2 NO2
(FPV) : 4.5
3.0
75.5
La disminución del FPV correspondiente a la posición o- ,se debe al aumento progresivo del impedimento estéreo. Halogenación: Et
Et
Et
Et Cl
Cl2 [Fe]
+
+
AcOH
Cl Cl (FPV):
450
___
840
XIII
353
SUSTITUYENTES INDUCTIVOS −I
Son grupos aceptores de electrones (el enlace σ que une el grupo al núcleo aromático está polarizado en el C) Estos sustituyentes desestabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas sentido Z (con carga): CCl3
CCl3 a* +H
E+
Sustitución en o- :
CCl3 E
E *a
-a *
δEπ = −4aβ = −2,31β
[minoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
[mayoritario]
δEπ = −4aβ = −2,31β
[minoritario]
a = 1/ 3 (Q = +1/3)
CCl3
CCl3 E+
Sustitución en m- :
a*
CCl3
*a H E
-a * + E a =1/ 3 (Q = 0)
CCl3
CCl3 E+
Sustitución en p- :
CCl3
*a -a * H
+ * -a E
E
a = 1/ 3 (Q = + 1/3)
Algunos resultados experimentales: Nitración: CCl3
CCl3
CCl3
CCl3
NO2
HNO3−H2SO4
+
250 C
+ NO2 NO2
CF3
6,8 %
64,5 %
CF3
CF3
28,7 %
CF3
NO2
HNO3-H2SO4
+
00 C
+ NO2 NO2
6.0 %
91 %
3.0%
XIII
354
CN
CN
CN
CN
NO2
HNO3
+
00 C
+ NO2 NO2
16.8 %
80.8 %
1.95%
CN
CN
Halogenación: CN
CN Cl
HOCl
+
H3O+
+ Cl Cl
(23.2 %)
CF3
(73.9 %)
(2.9 %)
CF3
CF3
CF3
Cl
HOCl
+
+
H3O+
Cl Cl (15.7 %)
(4.1 %)
(80.2 %)
EFECTO COMBINADO DE VARIOS SUSTITUYENTES +I
Los grupos que en el catión arenio están en posiciones activas (con carga) aparecen en negrita: Me
Me *
* Me Me
98,4 %
(45,1 %)
H SO3H
_ SO3
*+
H2SO4 + H2O
Me
Me
Me
Me
Me
Me
*
(54,9 %)
+ *_
* H
SO3
SO3H Me
Me Me
*
Me Me
Me
* *+
Me
Me
Me
H
(90 %)
_ SO3
SO3H
H2SO4 + H2O 98,4 %
Me
Me Me
* * H
Me
Me
Me (10 %)
+*
_
SO3
SO3H
XIII
355
EJERCICIO 13.5
Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los productos que se obtienen en las siguientes reacciones: Reacción 1: Me H2SO4 + H2O
(?)
98,4 %
Me
Reacción 2: Me Me
H2SO4 + H2O Me
(?)
98,4 %
SUSTITUYENTES MESÓMEROS ± M
Son grupos que tienen dobles enlaces C-C. Dichos enlaces pueden ser localizados o no localizados. Por ejemplo: dobles enlaces localizados: _CH=CH2 ; dobles enlaces no localizados:
;
_
CH=CH_CH=CH2
en general, cualquier grupo Ar-
Cuando este tipo de sustituyentes está unido a un núcleo aromático, el enlace es siempre un enlace σ esencial, es decir, un enlace que sólo se puede dibujar como sencillo:
[enlace σ esencial]
CH=CH2
[enlace σ esencial]
[enlace σ esencial]
CH=CH2
Si se dibuja como doble, aparecen átomos de carbono con electrones desapareados, que no forman enlace: CH_CH2
CH_CH2
Sin embargo, cuando se forma un catión arenio en un hidrocarburo que tiene alguno de estos sustituyentes, pueden darse dos situaciones diferentes. Una de ellas es que el sustituyente esté ocupando una posición inactiva (sin asterisco), en cuyo caso el enlace continúa siendo un enlace σ esencial y el número de carbonos del sistema conjugado disminuye: [enlace σ esencial]
CH=CH2
CH=CH2 [sistema conjugado de 6 carbonos]
E+
*
*
H
[sistema conjugado de 5 carbonos]
*+ E
XIII
356
La otra, es que el sustituyente ocupe una posición activa (con asterisco); entonces el enlace σ deja de ser esencial y el número de carbonos del sistema conjugado aumenta:
* + CH_CH2
CH=CH2
*
E+
[sistema conjugado de 6 carbonos]
[sistema conjugado de 7 carbonos] * H
* E
En cualquier reacción de sustitución electrófila que tenga lugar en el estireno, el electrófilo se unirá preferentemente a las posiciones o- y p-, ya que los cationes arenio son los menos inestables (mayor número de carbonos en el sistema conjugado):
CH=CH2 H
CH=CH2
*+
E
E *
*
[sistema conjugado de 7 carbonos] CH=CH2
CH=CH2
CH=CH2 *
+ E+
*
[minoritario]
H E
*+ E [sistema conjugado de 5 carbonos] * CH=CH2
CH=CH2
* +*
* H
E
E
[sistema conjugado de 7 carbonos]
EJERCICIO 13.6
Seguidamente aparecen los factores parciales de velocidad del bifenilo para una reacción de bromación y otra de nitración: (FPV) = 10,7
(FPV) = 41
(FPV) = 15,6
Bromación +
(FPV) = 0,28
[HOBr, H3O / dioxano]
(FPV) = 38
Nitración
(FPV) < 0,6 0
[HNO3, Ac2O / 0 C]
Explica estos resultados experimentales con el mismo tipo de razonamiento que el empleado en el caso del estireno.
XIII
357
EJERCICIO 13.7
Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los 12 productos que pueden obtenerse cuando se lleva a cabo la siguiente reacción de sustitución electrófila: 4' 5'
3'
6'
2'
8 7 6 5
2
Br2
3
[Fe]
(?)
4
El Ejercicio 13.1 te servirá de ayuda. No es preciso que tengas en cuenta el impedimento estéreo.
SUSTITUYENTES MESÓMEROS +M
Son grupos en los que un heteroátomo, más electronegativo que el carbono y con pares de electrones no compartidos, está unido directamente al núcleo aromático:
_
NH2 ; _OH ; _NH_COR ; _OR ; _O_COR ; _X: (Cl, Br, I)
Siempre existen dos efectos electrónicos contrapuestos:
+M
:NH2 -I N
H H
+M > -I
Los sustituyentes +M son, como los sustituyentes +I, orto- y para- dirigentes, ya que estabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas:
:OH H *
:OH +E
E +*
*
:OH
:OH
*
+E
+*
*
E
H
:OH
:OH +E
*
*
H
*+ E
XIII
358
Los sustituyentes +M estabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con carga), y no tienen ningún efecto sobre dicha estabilidad cuando están unidos a carbonos sin carga: [posición activa] OMe H + *
:OMe +
E
sustitución en orto :
*
OMe E
[mayoritario]
E
*
[posición inactiva] OMe
:OMe E+
sustitución en meta :
*
OMe
*E
[minoritario] E
*+ H
[posición activa] OMe
: OMe E+
sustitución en para :
OMe
* [mayoritario]
+*
* H
E
E
Estos son algunos resultados experimentales:
Acilación: OMe
OMe + CH3COCl
OMe
OMe COMe
AlCl3
+
+ COMe
COMe (FPV):
___
___
1.8xI06
Nitración: :OMe
OMe
OMe NO2
HNO3 450C
OMe
+
+ NO2
NO2 (40 %)
(0.0 %)
(58 %)
XIII
359
:O_C6H5
O_C6H5
O_C6H5
O_C6H5
NO2
HNO3 - Ac2O
+
+
00C
NO2 NO2 (0,0 %)
(51 %)
: NH_C6H5
(49 %)
NH_C6H5
NH_C6H5
NH_C6H5
NO2
HNO3 - Ac2O
+
+
00 C
NO2 NO2 (0,0 %)
(24 %)
(76 %)
Sulfonación: :OH
OH
OH
OH SO3H
H2SO4 / H2O (77,8 %)
+
+
250C
SO3H SO3H
___
(FPV) : 3400
7300
Halogenación: : NMe2
NMe2
NMe2
NMe2
Br
Br2 / H2O - AcOH
+
+ Br
Br (FPV) :
:OMe
___
___
3x1019
OMe
OMe
OMe
Cl
Cl2 - AcOH
+
+ Cl
(FPV) :
: OCOMe
6.1x10
Cl
___
6
4.6x107
OCOMe
OCOMe
OCOMe
Cl
Cl2 - AcOH
+
250C
+ Cl Cl
(FPV) :
6.5
0.071
87
XIII
360
Los halógenos provocan la entrada de un nuevo sustituyente en posiciones orto y para; sin embargo, desestabilizan el catión arenio intermedio. No existe ninguna explicación sencilla que ayude a entender este hecho. Nitración: : Cl :
Cl (FPV)orto = 0,029
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,0009 (FPV)para = 0,137
Br
: Br:
(FPV)orto = 0,033
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,011 (FPV)para = 0,112
:I :
I
(FPV)orto = 0,252
AcONO2
NO2
MeNO2
(FPV)meta = 0,012 (FPV)para = 0,78
Acilación: Distribución de isómeros y reactividades relativas en la benzoilación de C6H5-X en nitrometano a 250C X
X C6H5-COCl
COC6H5
AlCl3
% X
orto
meta
para
reactividad relativa
H F Cl Br I
⎯ 14.7 33.0 32.5 30.6
⎯ 0.2 0.6 0.7 0.7
⎯ 85.1 66.4 66.8 68.7
1
0.46 0.24 0.18 0.28
Halogenación: Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl+
+
+ Cl Cl
36.4 %
1.3 %
62.3 %
XIII
361
Br
Br
Br
Br Cl
Cl+
+
+ Cl
Cl 39.7 %
56.9 %
3.4 %
SUSTITUYENTES MESÓMEROS −M
Son grupos que tienen enlaces polarizados en el sentido C δ− :O
δ− O δ+ OH C
δ+ R C
Z del enlace que les une al núcleo aromático:
δ− O δ+ OR C
O O
− δ+ δ O S
+ NR3
Son, como los sustituyentes -I, meta- dirigentes, ya que desestabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con asterisco): [posición activa] NO2 H + *
NO2 E+
sustitución en orto :
*
NO2 E E
[minoritario]
*
[posición inactiva] NO2
NO2 E+
sustitución en meta :
*
NO2 *E
[mayoritario] E
*+ H
[posición activa] NO2
NO2 sustitución en para :
NO2
*
E+
[minoritario]
+*
* H
E
E
Nitración: NO2
NO2
NO2
NO2
NO2
HNO3 + H2SO4
+
+ NO2
NO2 (6,1 %)
(91,8 %)
(2,1 %)
XIII
362
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H
NO2
HNO3 + H2SO4
+
+ NO2 NO2
(18,5 %)
(80,2 %)
(1,3 %)
CHO
CHO HNO3 + H2SO4
NO2 (90,8 %)
COMe
COMe HNO3 + H2SO4 NO2 (90,0 %)
CONH2
CONH2
CONH2 HNO3
+ NO2 NO2 (70,0 %)
CO2Et
( C2 (40100) > C8 (11770) > C5 (2525) > C7 (468) > C3 (451) > C6 (265)
La nitración del 1-Metilnaftaleno da lugar a una mezcla de dos productos mayoritarios: el 1-Metil-4-nitronaftaleno (FPV = 95800) y el 1-Metil-2-nitronaftaleno (FPV = 40100): Me
Me
1
1-Metil-4-nitronaftaleno + Me
4
H
NO2
4
NO2
NO2+ Me +
Me
H
1
2
NO2
NO2 2
1-Metil-2-nitronaftaleno
XIII
366
Nitración del 1-Nitronaftaleno (el grupo nitro desestabiliza el catión arenio): Estos son los valores de (δEπ) y de la carga en C1 (átomo al que está unido el sustituyente) cuando el electrófilo (NO2+) se une a cada uno de los siete carbonos:
nitración del 1-nitronaftaleno posición C8 C5 C4
δEπ x (-β)
Q(1)
1.81
0.00
1.81 1.81
+0.09 +0.36
[C más reactivo]
8
C3 C6 C7 C2
2.12 2.12 2.12
0.00 0.00 +0.12 +0.50
2.12
NO2 2
[C menos reactivo]
La nitración del 1-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla en la que son mayoritarios el 1,5- y el 1,8-Dinitronaftaleno:
NO2 +
8
H
NO2 NO2
NO2
1
8
1,8-Dinitronaftaleno
NO2 NO2+ NO2
NO2 1
1,5-Dinitronaftaleno
+ H
5
5
NO2
NO2
EJERCICIO 13.8
¿Cuáles son los dos productos mayoritarios que se obtienen en las siguientes reacciones?: Me
HNO3
Reacción 1:
H2SO4 NO2
HNO3
Reacción 2:
H2SO4
(?)
(?)
Cuando el hidrocarburo policíclico tiene más de un sustituyente se utiliza el mismo procedimiento. Por ejemplo, ¿cuál será el producto mayoritario que se obtiene en la siguiente reacción?: 8
1
Me
7
Me
3 5
E+
(?)
4
El método menos incómodo consiste en dibujar los ocho cationes arenio del Naftaleno, con la carga de los átomos de carbono en los que puede tener lugar la sustitución:
XIII
367
H *
0,09 *
* 0,09
E
1
0,12 *
* *+ H
5
3
*
(δEπ)2 = −2,12β
0,12
* 0,09
*
*
6
(δEπ)6 = −2,12β
(δEπ)5 = −1,81β
*
E
*
E
0,36
8
*+
* 0,12
*
+ * 0,36 4
E
(δEπ)4 = −1,81β
0,12
7
0,12
* 0,12 * E +0,50
* H
0,50
* H +
*
*
0,09 *
*+ H
(δEπ)3 = −2,12β
0,12
0,36
*
* 0,12 E
*
0,12 *
0,50
0,09
* * E
2
H * 0,12
*
H 0,36
0,09
E
0,12
(δEπ)1 = −1,81β
0,36
*+
*
+ * 0,36 * 0,36
0,50
0,12
0,36 *
H *
*
0,09
* 0,09
(δEπ)8 = −1,81β
(δEπ)7 = −2,12β
La ventaja de hacerlo así es que, una vez dibujados todos los cationes arenio, se puede averiguar fácilmente la influencia de los sustituyentes (da igual el número) en la reactividad relativa de los carbonos del hidrocarburo. A continuación, se hace una tabla como las que aparecen en las páginas 365 y 366, comenzando por los cationes arenio menos inestables (menor variación de δEπ) Como en el ejemplo del 2,6-Dimetilnaftaleno hay dos sustituyentes, en la columna de las cargas (Q) se escriben los valores que corresponden a cada uno de los dos metilos. sustitución electrófila en el 2,6-dimetilnaftaleno posición
(δEπ) x (-β)
C1
1,81
C5
1,81
C4
C8
Qx(Z)
Q2(Me) = +0,36 Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = +0,00 Q6(Me) = +0,36
1,81
[C más reactivo]
Q2(Me) = 0,00 Q6(Me) = +0,09
1,81
Q2(Me) = +0,09 Q6(Me) = 0,00
C3
2,12
C7
2,12
Q2(Me) = +0,12
8
1
5
4
Me
7
Me
3
[C menos reactivo]
carbonos equivalentes: C1 y C5 ; C3 y C7 C4 y C8
Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = 0,00 Q6(Me) = +0,12
Orden de reactividad que se predice: C1 = C5 > C4 = C8 > C3 = C7
(FPV): C1 = C5 (1010000) > C4 = C8 (31400) > C3 = C7 (8060)
XIII
368
EJERCICIO 13.9
Apartado 1: Averigua cuál de las dos posiciones marcadas en el 2,3-Dimetilnaftaleno es más reactiva. 1
Me
6
Me
Apartado 2: Ordena las tres posiciones indicadas en el 1-Metil-4-nitronaftaleno de acuerdo con su reactividad relativa. Me
8
2 3
NO2
SALES DE DIAZONIO
Las aminas aromáticas primarias reaccionan con ácido nitroso dando lugar a sales de diazonio. El ácido nitroso se obtiene haciendo reaccionar nitrito sódico (NaNO2) con ácido clorhídrico: _ _ ( O=N_O : + Na+ ) + ( Cl + H3O+ )
H2O
O=N_OH + H2O + Na+ + Cl
0
0 C
_
[ác. nitroso]
El ácido nitroso se protona en medio ácido fuerte, originando el catión nitrosonio (nitrosilo): H _
O=N OH H
OH2 +
O=N
OH + H2O +
+ O=N:
+ H2O:
[catión nitrosonio]
Reacción del catión nitrosonio con una amina aromática primaria:
NH2
+ N O
+ H2O:
N H
N
O
: OH2
H
+ OH2
H N N O
NH
H
N
N
N=O
+ H3O+
N-Nitrosoanilina
N
OH + OH2 H
+ OH2
+ N
N:
+
N
+ O H + OH2 H
H2O:
[catión fenildiazonio]
XIII
369
Las sales de diazonio se obtienen habitualmente de la forma siguiente: NO2 R
HNO3
reducción
R
H2SO 4
+ N
NH2 NaNO2
R
HCl, H2O
N Cl
_
R [sal de diazonio]
El grupo diazonio se sustituye con facilidad por otros grupos (F, Cl, Br, I, CN, OH, NO2, H) a través de reacciones que transcurren mediante mecanismos que no son bien conocidos:
HBF4
+ N
_ N BF4
Cu o CuCl
Cl
+ N2
Br
+ N2
I
+ N2
KBr
KI
Q
F + BF3
+ N2
_ + N2Cl CuCN
CN + N2
H2SO4
OH + N2
H2O (40-50%)
NaNO2
NO2 + N2
Cu+
H3PO2
H
+ N2
Las principales ventajas de las sales de diazonio en síntesis son las siguientes: 1
Permiten introducir grupos que no son asequibles mediante reacciones de sustitución electrófila (CN, OH y también F o I): CuCN
NH2
NaNO2 HCl
+ N2Cl
CN + N2
_ H2SO4 H2O (40-50%)
OH + N2
XIII
370
2
Sirven para obtener compuestos que no pueden sintetizarse a través de reacciones de sustitución electrófila con un rendimiento aceptable. Por ejemplo, el m-nitrofenol no se obtiene por nitración del fenol, ya que el grupo OH provoca la entrada de un nuevo sustituyente en posiciones o- y p-. NO2
NO2
HNO3
HNO3
H2SO4
H2SO4
_ + N2 SO4H
NH2 NaNO2
reducción NO2
NO2
OH
Q
H2SO4 / H2O
NO2
NO2 m-Nitrofenol
3
El grupo diazonio se puede utilizar para introducir un nuevo sustituyente en la posición adecuada, y eliminarlo al final de la secuencia de reacciones, tratando su sal de diazonio con ácido hipofosforoso: CO2H
CO2H
CO2H
HNO3
CO2H Br2(exceso)
reducción
H2SO4
NO2
Br
Br
NH2
NaNO2
NH2
H2SO4 / H2O
Br CO2H
CO2H Br
Br
Br
H3PO 2
Br
_ + N2 SO4H Br
Br
EJERCICIO 13.10
¿Cómo llevarías a cabo las siguientes transformaciones empleando reacciones de sustitución electrófila y sales de diazonio?: CO2H
NO2
NH2
(5 pasos)
1.
CO2H
2.
(5 pasos) CO2H
NO2 Cl
NH2 Br
Cl (6 pasos)
3.
4.
NO2 CMe3
Cl
Br (3 pasos)
NH2 CMe3
CH2NH2 CH2CH3
(5 pasos)
5.
6.
(5 pasos)
CO2H
OH
Br
OH (8 pasos)
7.
(8 pasos)
8.
Cl I
XIII
371
COLORANTES AZOICOS
Las agrupaciones de átomos que absorben radiación ultravioleta o visible son normalmente dobles enlaces conjugados (1), dobles enlaces conjugados con grupos carbonilo (2) o anillos aromáticos (3) Todas estas agrupaciones reciben el nombre de cromóforos.
Me
Me
Me
Me
Me Me
CH2OH
O
Me
N=N
Me Me
Me
(2) β -Irona
(1) vitamina A [amarillo pálido]
(3) (E) Azobenceno [color naranja]
[color violeta; fragancia de las violetas]
Los cationes arildiazonio son electrófilos; reaccionan con los hidrocarburos aromáticos que tienen algún
sustituyente activante (+M): + N
N
O
+
_
N B:
N
_ O
N
B
H
_ O
N H
N
N
OH + :B
p-Hidroxiazobenceno [compuesto azoico; azoderivado]
Los grupos OH y NH2, especialmente si están en orto o para respecto al doble enlace azo, intensifican el color de los compuestos azoicos. El colorante llamado amarillo de mantequilla se utilizaba para dar color a la margarina, hasta que se descubrió que producía cáncer:
_ + N2Cl
N N NMe2
+
NMe2 N,N-Dimetilanilina
p-Dimetilaminoazobenceno [amarillo de mantequilla]
EJERCICIO 13.11
El "rojo para" es un colorante azoico que se utiliza para teñir algodón. Su estructura es la siguiente: HO N
:
:
O2N
N
Idea una síntesis de este colorante a partir de Anilina y β -Naftol (2-Hidroxinaftaleno)
XIII
372
EJERCICIO 13.12
Para que un colorante azoico presente color azul, su molécula debe tener un número elevado de dobles enlaces conjugados. A continuación aparece la síntesis de un colorante de este tipo; averigua la estructura de los compuestos A y B. H2N
NH2 Me
NaNO2 (2 eq.)
A
HCl, H2O
Me
OH
NH2 SO3H
A
B (colorante azul)
(2 eq.)
+ SO3H
EJERCICIOS ADICIONALES
13.1 Predice cuál de las posiciones indicadas del Benzo[c]fenantreno (1) será la más reactiva en una reacción de
nitración electrófila. Haz lo mismo para el 1-Metoxi-4-nitronaftaleno (2) en una reacción de bromación. Desprecia en ambos casos los posibles efectos debidos a impedimentos estéreos. 6
OMe
5
2
6
(1)
NO2 (2)
13.2 Clasifica los compuestos que aparecen a continuación en orden decreciente de reactividad frente al catión
nitronio, en una reacción de sustitución electrófila que tenga lugar en C7. OH
CO2H
CO2H
7
OH
7
7
MeO (2)
(1)
(3)
MeO MeO
CO2Me
O 2N
CO2Me
7
7
NO2
7
MeO (4)
(5)
(6)
XIII
373
13.3 Los cloruros de ácido que aparecen a continuación se someten a una reacción de Friedel-Crafts
intramolecular empleando las mismas condiciones experimentales. Ordénalos de acuerdo con su reactividad relativa. CH2COCl
CH2COCl
CH2COCl
OMe
MeO MeO (2)
(1)
(3)
CH2COCl
CH2COCl OMe OMe
(4)
(5)
13.4 Empleando Naftaleno como producto inicial se pretende sintetizar los compuestos A y B:
NO2 COMe
CMe3
NO2
(A)
(B)
Explica cuál de las siguientes alternativas es la más razonable: Compuesto A: 1 Primero se realiza la acilación y después la nitración. 2 Primero se realiza la nitración y después la acilación. Compuesto B: 1 Primero se realiza la alquilación y después la nitración. 2 Primero se realiza la nitración y después la alquilación. 13.5 ¿Cuál de las siguientes reacciones tendrá lugar más fácilmente? :
Reacción 1: CH2Cl
CMe3
AlCl3
+
MeO
CH2
CMe3
OMe
Reacción 2: CH2Cl
OMe +
AlCl3
CMe3
MeO CH2
CMe3
XIII
374
Reacción 3: CH2Cl
CMe3
MeO
AlCl3
+
CH2
CMe3
OMe
Reacción 4: CH2Cl
OMe
CMe3
AlCl3
+
MeO
CH2
CMe3
13.6 Diseña una síntesis que permita obtener, con un rendimiento elevado, los compuestos que aparecen a
continuación. Utiliza Naftaleno, Antraceno o Fenantreno como sustancias de partida y cualquier reactivo orgánico o inorgánico que necesites. NO2 COMe
NO2
CH2CH3
CMe3
SO3H
(1)
(3)
(2)
MeOC
Me
CHO NO2
(4)
(5)
13.7 Explica cuál de los dos productos que aparecen en las reacciones siguientes será el mayoritario. Indica los reactivos que son necesarios en cada caso para llevar a cabo cada una de las transformaciones.
Secuencia 1: OMe
OMe
OMe + COMe
COMe
Secuencia 2: NO2 CO2Et
CO2Et
CO2Et + NO2
XIII
375
Secuencia 3: NMe2
NMe2
NMe2 + Br
Br
Secuencia 4: NHCOMe
NHCOMe
NHCOMe + SO3H
SO3H
Secuencia 5: COMe Et
COMe
COMe Et +
13.8 Diseña una síntesis que permita obtener, con un rendimiento aceptable, los productos que aparecen a
continuación: a) p-Nitroisopropilbenceno b) m-Bromoacetofenona c) 1-Etil-4-nitronaftaleno d) 1-Feniletanol e) Ácido 8-bromo-1-naftalensulfónico Puedes utilizar cualquier producto inorgánico, pero únicamente las siguientes sustancias orgánicas: Benceno Naftaleno
Metanol Etanol Isopropanol
Ácido acético
13.9 El 6-Metil-2-nitronaftaleno se somete a una reacción de sustitución electrófila con ácidos nítrico y sulfúrico.
Explica de forma clara y concisa cuál será el producto mayoritario que se obtiene: el 7-Metil-1,3dinitronaftaleno o el 3-Metil-1,7-dinitronaftaleno.
13.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.
Secuencia 1: 1) Mg C6H6
Br2 [Fe]
2) A
O
3)H3O+
OH
1)Mg B
SOCl2
C
2)HCO2Et 1)H3O+
D
1) ? 2)H3O+
C6H5
C 6H 5
XIII
376
Secuencia 2: 1)Mg ?
Zn-Hg
?
HCl(conc.)
A
MeCOCl ?
B(C12H16O)
1)NaBH4
C
2)PBr3
2)CO2 1)H3O+
"Brufen" (antirreumático)
Me
O Me
13.11 La Difenadiona es un anticoagulante que ha sido utilizado en Suramérica para controlar la población del
murciélago vampiro.
O CO CH O Difenadiona
Diseña una síntesis de la Difenadiona empleando únicamente los siguientes compuestos orgánicos: Benceno, 1,2-Bencenodicarboxilato de dimetilo (éster dimetílico del ácido o-ftálico), Metil-litio y LDA. Puedes utilizar cualquier sustancia inorgánica. 13.12 ¿Cómo llevarías a cabo las síntesis que aparecen a continuación? Puedes utilizar todos los productos orgánicos o inorgánicos que necesites.
Síntesis 1: OH HO2C
varios pasos
HO
HO
H
HO
H N
Me Me
Me
salbutamol (fármaco para el tratamiento del asma)
Síntesis 2: CMe3
CMe3 varios pasos
Br
XIII
377
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO 6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD RESPUESTA 6.1
A(1)
+
(1−α) ΔpKa = log Keq = log
B(2)
B(1)
(1−α)
α
α2 2
(1−α)
= log
+
A(2) α
α2
0,92 = log = 1,9 (1−α)2 (1−0,9)2
RESPUESTA 6.2
_ C6H5_O + H3O+
C6H5_OH + H2O pKa 10
C6H5_OH + CH3_CO2
Keq = 2 x 10-12
pKa -1,7 _
_ C6H5_O + CH3_CO2H
Keq = 6,3 x 10-6
pKa 4,8 _ C6H5_O + NH4+
C6H5_OH + NH3
Keq = 0,2
pKa 9,24
_ C6H5_O + Me2NH2+
C6H5_OH + Me2NH
Keq = 5,0
pKa 10,7
C6H5_OH + MeO
C6H5_OH + Me3CO
_ C6H5_O + MeOH
_
pKa 15,2 _
C6H5_OH + NH2
_
RESPUESTA 6.3
_ C6H5_O + Me3COH pKa 19
Keq = 109
_ C6H5_O + NH3 pKa 36
Keq = 1026
+ O H
O R C NH2
+
H3O+ pKa 1,7
R C NH2
+
H2O
Keq = 16
pKa -0,5
+ O H
O R C OH
Keq = 1,6 x 105
+ H3O+
R C OH
+ H2O
Keq = 5 x 10-5
pKa -6
RT-6,7
378
+ O H
O R C OH
H 3O +
+
R C OH
+
H2O
Keq = 5 x 10-5
+
H2O
Keq = 5 x 10-6
pKa -6
+ O H
O R C OR'
+
H3O+
R C OR' pKa -7 + O H
O R C R
H 3O +
+
R C R
+
Keq = 2,5 x 10-6
H 2O
pKa -7,3
+ O H
O R C H
+
H 3O +
R C H
+
Keq = 5 x 10-9
H 2O
pKa -10
RESPUESTA 6.4
Reacción 1: _ CH3_NO2 + CH3_CO2 Na+
_ CH2_NO2 + CH3_CO2H + Na+ pKa 4,8
pKa 10,2 _ ΔG0 = 1,36 ΔpKa
= -1,36 (4,8 - 10,2) = 7,3 > 0
Keq = antlog
_
ΔG0 1,36
= 4,3 X 10-6
(la reacción no es útil)
Reacción 2: _ CH2_CO2Et + NH3 + Na+
_ CH3_CO2Et + NH2 Na+
pKa 36
pKa 23 _ ΔG0 = 1,36 ΔpKa
= -1,36 (36 - 23) = -17,7 < 0
Keq = antlog
_
ΔG0 1,36
= 1,0 X 1013
(la reacción sí es útil)
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS RESPUESTA 7.1
Apartado 1: Br CH3
CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3
CH CH3 (g)
ΔG 0T = −6.51 − [14.99 + ( −12.73 )] = −8.77 kcal / mol CH3
CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3
CH2 CH2Br (g)
ΔG 0T = −5.37 − [14.99 + ( −12.73)] = −7.63 kcal / mol
El primer equilibrio está más desplazado a la derecha que el segundo (mayor variación negativa de energía libre)
RT-6,7
379
Apartado 2: ⎛ ΔG 0 ⎞ ⎟ K eq. = ant log ⎜ − ⎜ 4.6 T ⎟ ⎝ ⎠
(Tema 7, p. 6, 22) Br
CH 3
CH CH 2 (g) +
HBr (g)
CH CH 3 (g)
CH 3
⎛ ΔG 0 ⎞ ⎟ = ant log ⎛⎜ 8770 ⎞⎟ = ant log 6.3977 = 2.50 × 10 6 K eq. (1) = ant log ⎜ ⎜ 4.6 T ⎟ ⎝ 4.6 × 298 ⎠ ⎝ ⎠ CH3 CH CH2 (g) +
HBr (g)
CH3 CH2 CH2Br (g)
⎛ ΔG0 ⎞ ⎟ = ant log ⎛⎜ 7630 ⎞⎟ = an log 5.5661 = 3.68 × 10 5 K eq. (2) = an log ⎜ ⎜ 4.6 T ⎟ ⎝ 4.6 × 298 ⎠ ⎝ ⎠
Apartado 3: K eq. (1) =
[2 − bromopropa no ] [propeno ][HBr ] K eq. (1)
K eq. (2)
=
K eq. (2) =
[2 − bromopropano] = 2.50 × 106 [1 − bromopropano] 3.68 × 105
[1 − bromopropa no ] [propeno ][HBr ]
= 6.79
[2 − bromopropa no] = 6.79 [1 − bromopropa no] % (2-Bromopropano) = 6.79 % (1-Bromopropano)
(1-bromopropano) = 12.83 % (2-bromopropano) = 87.17 % % (2-Bromopropano) + % (1-Bromopropano) = 100
Apartado 4: ¿Por qué no se obtiene nada de 1-bromopropano?
(
)
(
)
El 2-bromopropano ΔG0f = −6.51 kcal / mol es más estable que el 1-bromopropano ΔG0f = −5.37 kcal / mol Si se deja tiempo suficiente para que la reacción alcance el equilibrio, la mezcla resultante tendrá el 87.17 % de 2-bromopropano y el 12.83 % de 1-bromopropano (la reacción está sometida a control termodinámico) Cuando los productos se aíslan antes de alcanzarse el equilibrio, el producto mayoritario será el que se forma más rápidamente (la reacción está sometida a control cinético) ¿Por qué el 2-bromopropano se forma más deprisa que el 1-bromopropano? RESPUESTA 7.2 1
CH3 CH3
C
+ CH CH3
Cl
CH3 Cl
_ CH3
CH3 CH3 CH3
C CH3
CH CH2 2
1
CH3 2
CH3
C
CH CH3
CH3
[carbocatión secundario]
HCl
C
+ CH2 CH2
CH3 [carbocatión primario]
3-Cloro-2,2-dimetilbutano
Cl
CH3
_ CH3
C
CH2 CH2Cl
CH3 1-Cloro-3,3-dimetilbutano (no se obtiene)
RT-6,7
380
En el carbocatión secundario tiene lugar la transposición de un anión metilo: Me CH3
C
transposición
CH CH3 +
CH3
CH3
+ C
CH3
Cl
CH CH3
_ CH3
CH3
[carbocatión secundario]
Cl
CH3
C
CH CH3
CH3
[carbocatión terciario]
2-Cloro-2,3-dimetilbutano
RESPUESTA 7.3
Reacción del (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno con HCl: Se obtiene una mezcla de dos racémicos del 3-cloro-3,4-dimetilhexano: (1) y (4) ; (2) y (3) Comprueba que partiendo del diastereoisómero (E) del 3,4-dimetil-3-hexeno se obtiene la misma mezcla de reacción. H
Cl
1
4
1
H 1
+
Me
Cl
_
Me Et
[1] (3S,4S)
Et
Me Et
Me Et
H
2
4 2
3
Me Et
1
Cl
[2] (3R,4S)
Me Et
3
Me Et
HCl
Me Et
(Z) 2
Me Et
1
+
Me
_
Me Et
[3] (3S,4R)
Cl
Et
2
H
3
H
1
Me Et
Cl 4
Me Et
2
Me Et 4
3
2
Cl
H
[4] (3R,4R) RESPUESTA 7.4
Alcohol terc-butílico CH3 CH3
C
CH3 CH2
C +
CH3
OH H
C
CH2
2-Metilpropano
CH3
C
+
H3O+
CH3
C +
CH3
CH2
H
CH3
CH3 CH3
CH3 CH2
CH3 + H2O
CH3
C
CH3 +
H3O+
OH Alcohol terc-butílico
RT-6,7
381
1-Metilciclobutanol H 2C
CH3
H 3C +
+
OH
CH3
CH3
H
Metilenciclobutano
CH3
+
CH3
CH3
H3O+
+
+
CH2
H2O
+
+
H3O+
1-Metilciclobutanol
CH2
+
OH
H2O
H
1-Metilciclobuteno
1-Metilciclobuteno
H3O+
CH3
H +
H2O
H2O
Metilenciclobutano
OH
+
H3O+
1-Metilciclobutanol
1-Feniletanol OH C6H5 CH CH3
C6H5
+ CH CH3
C6H5
CH CH2
Feniletileno (Estireno)
C6H5
CH CH2
H3O+
+
C6H5
+ CH CH3
+
H2O
H2O
OH C6H5
CH CH3
+
H3O+
Feniletileno
2-Metil-2-butanol CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
C CHCH3
+
CH3
CH3
C CH2CH3 OH
H3O
+
CH3
C CHCH3 + H
2-Metil-2-buteno
CH3 H2O
C CHCH3 + + H
CH3
2-Metil-2-buteno
C CHCH3
H2O
CH3 CH3
C CHCH3
2-Metil-2-butanol
RESPUESTA 7.5
Reacción 1: H
Cl CH3 H
H
+
CH3
H (carbocatión terciario)
Cl
_
Cl CH3 1-Cloro-1-metilciclohexano
RT-6,7
382
Reacción 2: 5 1
4
6 1
Et
4
H
3
HCl
CH3
Et
H
+
H
H
2
Cl
CH3
(1R,3S)
1
3 1 5
Cl
6
Et
Me
2
(1)
_
3-Etil-1-metil-1clorociclohexano
2
H
5
(3S)-3-Etil-1-metilciclohexeno
Me
6
Et
4
(1S,3S)
1
2 3
Cl
2
H (2) 3-Etil-1-metil-1clorociclohexano
Se obtiene una mezcla de dos diastereoisómeros: (1) (1R,3S) y (2) (1S,3S) Reacción 3: H 1
5
6 1
4
Me
3
HOH
CH3
H2SO4
H
+
H
2
H
Me
2
3
2
Me
trans 1,4-Dimetilciclohexanol
H2O
CH3
OH 1
Me
H
6
4
1
H
5
6
Me 1
4
2
(4R)-1,4-Dimetilciclohexeno
5
Me
3
2
OH
cis 1,4-Dimetilciclohexanol
Se obtiene una pareja de diastereoisómeros cis / trans del 1,4-dimetilciclohexanol
RESPUESTA 7.6
CH2
CH2
CH2
+
+ CH2 CH2
+
H3O+
CH3 CH2
+ CH2
CH3
+
H2O
CH2CH2CH3 dímero
CH2
+ CH2 CH2
CH2CH2CH3
+ CH2
...
CH2CH2CH2CH2CH3 trímero
+ CH2
CH
B:
H
CH2 nCH3
CH2
CH
CH2 nCH3
+
HB+
Polietieno
RT-6,7
383
RESPUESTA 7.7
(E)-2-Buteno: Br
Br
1
Me
H Me [1] (2S,3S)
H
1
Br H
+
1
Me
Br
_
2
1
H
H Me
(E)
Br2
H Br [2] (2S,3R)
Me H
Br 2
1
2
3
H Me
Br Me H
1
Br
H
+
[3] (2R,3S)
_
Me H
Me
2
Br
Me
3
2
2
Me
Me
H
Br
Me H
3
2
H
Me
3
2
2 2
Br
Br [4] (2R,3R)
Enantiómeros: (1) y (4) ; Forma meso: (2) = (3) (Z)-2-Buteno:
Br
Br 2
1
H Me
1
Br 1
+
H Me
H
Br
_
H Me
[1] (2R,3S)
Me
H
Br
2
2 2
Me
3
H Me
1
Br
[2] (2R,3R)
H Me
3
(Z)
H Me
Br2 Me
2
H
H Me
1 +
H
Br
Br 2
1
3
H Me
Br
_
[3] (2S,3S)
Me
2
Br
2
Me
H
H 2
Me
3
2
Br
Br [4] (2S,3R)
Se llega al mismo resultado que con el estereoisómero (E) Enantiómeros: (2) y (3) ; Forma meso: (1) = (4)
RT-6,7
384
RESPUESTA 7.8
Br 1
3
2
H Me 2
1
Me
H Me
Br2
H Me
H
Me
Br
H
Me H
2
Me Br
Br
H
3
Me
(1) (2R,3S)
_
Br
H
Br +
H Me
H
Br 2
2
3
Br
2
Br H
Me H
3
Me Br
Me
(2) (2S,3R)
El resultado es el mismo que si se parte del otro catión bromonio: +
Br H
Me
Me
H
RESPUESTA 7.9
A continuación aparece un esquema de la reacción entre XOH y los estereoisómeros (Z) y (E) de una olefina que tiene los mismos sustituyentes unidos al doble enlace. R
H
X
1
H R
HO + X
A(1)
H
H
R
HO
_
R 1
2
X 2
H
H R
XOH
H R
H R
OH A(2)
R (Z)
H R
HO 1
H R 1
2
H
H
R
X A(2)
HO
_
R X + R
H
OH
2
H R
X
Enantiómeros: A(1) y A(2)
A(1)
RT-6,7
385
Para obtener una de las dos parejas de enantiómeros, a partir del estereoisómero (Z), sólo es necesario trabajar con uno de los dos cationes halogenonio posibles. Si la reacción se hace con el estereoisómero (E), hace falta emplear los dos cationes halogenonio, ya que cada uno de ellos sólo da lugar a uno de los estereoisómeros de la otra pareja de enantiómeros: H
R
X
1
R H
HO + X
A(3)
H
R
R
HO
_
H 1
2
X 2
R
H R
R H
H R
XOH
OH A(3)
H (E)
R H
HO 1
H R 1
2
H
R
R
X A(4)
HO
_
H X + R
H
OH
2
R H
X
Enantiómeros: A(3) y A(4)
A(4)
Si en los esquemas anteriores R ≡ Me, los resultados son los siguientes:
H
H
Me
Me
ClOH
Me
H 3
H Me
HO
(Z)
+
(2S,3S)-3-Cloro-2-butanol
Me
H Me
H (E)
ClOH
Me
H
HO
3
Me H
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanol
3
2
H Me
OH
(2R,3R)-3-Cloro-2-butanol
Cl 2
H Me
Cl
Cl 2
Me
HO +
2
H Me
3
H
Cl
(2R,3S)-3-Cloro-2-butanol
RT-6,7
386
RESPUESTA 7.10
Et
Br
Me
Et
HOBr
2
OH Me 1
OH Br
1
Et
2
+
2-Bromo-2-etil1-metilciclohexanol
Me
2-Bromo-1-etil2-metilciclohexanol
1
Et
Br
+ Br
HO
_
OH
Me
(1)
Me
Et 1
2
Br
2
Me
2
(1S,2S)
1
Et
HOBr Et
(1R,2R)
2
1
OH (2)
Me 3
OH
Me
1 3
HO
4
Et
_
(1S,2S)
2
Et
Br (1)
Me Br +
4
Et
OH
2
(1R,2R)
1
Br
Me (2)
Se obtienen los siguientes productos: (1R,2R)
2-bromo-1-Etil-2-metilciclohexanol (1)
pareja de enantiómeros (1S,2S) (1S,2S)
2-bromo-2-Etil-1-metilciclohexanol (2)
pareja de enantiómeros (1R,2R)
RESPUESTA 7.11
CH CH2CH3
1)RCO3H 2)H3O+
OH CH CH2CH3 OH 1-(1-Hidroxipropil)ciclohexanol
RT-6,7
387
H O
RCO3H
H
H3O+
H
Et
O+
Et
Et
H
H + O
H
HO 1
O H
H Et
+
Et
H Et
H2O OH (1)(1S)
H 2O
H 2O +
H Et
O+
OH
H 2O
H Et
1
H
O
H
Et
HO (2)(1R)
H
RESPUESTA 7.12
O
O Os
O
O
KOH
OH
H 2O
Et
2
1
Me
Et
Et
OsO4
(1S,2R)
OH Me
(1)
Me KOH
Et
H 2O Et
O
O
1
Me
(1R,2S)
2
OH OH (2)
Os O
Me
O
Se obtiene una pareja de enantiómeros del 1-Etil-2-metil-1,2-ciclohexanodiol. RESPUESTA 7.13
Reacción del (Z)-2-Penteno: Me
H 2
1
H H Me
H Et (Z)-2-Penteno
RCO3H
H Me
O
H Et
H3O+
3
H Et
HO
O+
H
OH
H
Me
H2O
(1)(2S,3S)
Et 1
HO
2
H 2
2
H Me
Et
3
OH
(2)(2R,3R)
RT-6,7
388
Reacción del (E)-2-penteno: O
O Os
O
H Me H Me
Et
KOH
H
H 2O
2
3
H Me
OsO4
Et
OH
HO
O
H
Et
(2) (2R,3R)
H (E)-2-Penteno
H Me
O O
O
Et
KOH
H
H2O
Me
H
Et H 2
HO
Os
3
OH
(1) (2S,3S)
O
En los dos casos se obtiene la misma pareja de enantiómeros. RESPUESTA 7.14
Las reacciones que conducen a los dos isómeros son reversibles. Los dos haluros de alquilo se ionizan fácilmente, debido a que ambos originan un carbocatión estabilizado: Cl ClCH2
ClCH2
CH CH CH2
CH CH CH2Cl
2000C
2000C
ClCH2
+ _ CH CH CH2 + Cl
ClCH2
+ _ CH CH CH2 + Cl
Ahora, el carbocatión vuelve a reaccionar con el nucleófilo (Cl−) en condiciones de control termodinámico, ya que la temperatura se ha elevado hasta 2000C. El resultado final es el mismo que si la reacción entre 1,3-butadieno y cloro transcurre a 2000C. RESPUESTA 7.15 ÁTOMOS CONJUGADOS 1
*
+*
*
*
OMe
*
H
(1)
2
2
* H * *
4
9
H 7
+ *
OMe
(2) C6 H5
OMe 3
1 3
H+* 3 * OMe
(3)
H 4
H (4)
0
+ OMe
RT-6,7
389
Orden de estabilidad relativa: (1) > (2) >> (3) >>> (4) La reacción transcurre a través del carbocatión (1): + H 1
C 6H 5
C 6H 5
H
+
OMe 1
C6H5
OMe
OMe (adición 1,4)
(adición 1,2)
+ H
2
+ OMe 2
C 6H 5
C 6H 5
+
OMe H
H
(adición 1,4)
(adición 1,2)
Adición 1,2: se obtiene 3-Bromo-1-fenil-4-metoxiciclopenteno
2 1 1
+
H
C 6H 5 2
Br
C 6H 5
Br 3
H 4
1
H
_
(trans)
OMe
(1)(3R,4R)
OMe 2 2
C6H5
H
3
H 4
1
Br
(cis)
OMe
(2)(3S,4R)
Br 2 1 1 +
OMe
C6H5 2
Br
C 6H 5
3
4
1
H
_
OMe (cis)
H
(3)(3R,4S)
H 2 2
C 6H 5
H
3
OMe 4
1
Br
(trans)
H
(4)(3S,4S)
Se obtienen dos racémicos: (1) y (4) ; (2) y (3) Las cantidades de (1) y (4) son iguales porque ambos se obtienen en la reacción del anión bromuro por el lado menos impedido del carbocatión. Lo mismo sucede con (2) y (3) que surgen de la interacción por la cara más impedida. Por este motivo, el racémico [(1) + (4)] será mayoritario y el [(2) + (3)] minoritario.
RT-6,7
390
Adición 1,4: se obtiene 3-Bromo-3-fenil-5-metoxiciclopenteno Br 1 1
1
+
Br
H 5
C6H5 H
C6H5
2
3
_
(trans)
OMe
4
(5)(3R,5R)
OMe
C6H5
2
1
2
H 5
3 2
Br
(cis)
OMe
4
(6)(3S,5R)
Br 1 1
1
+
Br
OMe 5
3
C6 H5 OMe
C6H5
2
_
(cis)
H
4
(7)(3R,5S)
H
C 6H 5
2
1
2
OMe 5
3 2
Br
(trans)
H
4
(8)(3S,5S)
Ahora se obtiene una mezcla de otros dos racémicos: (5) y (8) ; (6) y (7) Por la misma razón que antes, el racémico [(5) + (8)] será el mayoritario. Si la reacción se realiza a temperatura alta, está sometida a control termodinámico.
Producto mayoritario: mezcla de estereoisómeros [(1), (2), (3) y (4)] de la olefina más sustituida: 3-Bromo-1-fenil-4Metoxiciclopenteno [adición 1,2] Si la reacción se realiza a temperatura baja, está sometida a control cinético.
Producto mayoritario: mezcla de estereoisómeros [(5), (6), (7) y (8)] de la olefina menos sustituida: 3-Bromo-3-fenil-5Metoxiciclopenteno [adición 1,4] RESPUESTA 7.16 Cl 1
+ R C CH2
_ Cl
Cl R C CH2
HBr
2
1 2
CH
C CH3 + (1') Cl
(1)
R C
R
+ R CH CH2
Cl
_ Br
R
C
CH3
Br _ Br
Cl R CH CH2Br
(1'')
HCl 1
+ R CH CH
_ Cl
Cl R CH CH
Br
+ R CH2 CH Cl
Br
Br R CH CH2Cl
HBr
(2) 2
_
Cl + R CH CH2
1 2
_
Br R CH2 CHCl
RT-6,7
391
El carbocatión (1) es menos inestable que el (2) debido al grupo alquilo R (cesor de electrones) unido a él. El carbocatión (2) no se forma o lo hará en cantidades insignificantes. En la reacción con HBr se originan los carbocationes (1’) y (1’’) De los dos, (1’) es más estable que (1’’) debido a la deslocalización de la carga entre los átomos de cloro y carbono. + : Cl :
: Cl :
R C CH3
R C CH3 +
El producto mayoritario de la reacción será el siguiente: : Cl : Br
R C CH3 +
_
Cl R C CH3 Br
RESPUESTA 7.17
3,4-Hexanodiol Retrosíntesis: OH OH CH3CH2
CH CH CH 2CH3
CH 3CH2
CH CH CH 2CH3
CH3CH2X
CH 3CH2
CH2
CH2
CH
CH
CH
C
C
CH 2CH3
CH
+ CH C :
_
Síntesis: HBr
CH
CH
CH3CH2
_ Na+:NH2 0
-33 C
C
C
CH C :
CH2CH3
H2 C
_ CH3CH2Br
H2
CH3CH2
CH3CH2
[Pt]
H2
CH2
[Pt]
CH
C CH
CH CH CH2CH3
CH
1)Na+NH2-
CH3CH2
2)CH3CH2Br
C
C
CH2CH3
OH OH
1)OsO4
CH3CH2
2)H3O+
CH CH CH2CH3
3,4-Hexanodiol
(E)-3-Hexeno
La síntesis es idéntica a la anterior hasta llegar al 3-Hexino. Este compuesto se transforma en (E)-3-Hexino por reducción con sodio en amoníaco líquido: :
_ Na+:NH2
CH3CH2
C
C
CH2CH3
-330 C
CH3CH2
H C
H
C CH2CH3
(E)-3-Hexeno
RT-6,7
392
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO
RESPUESTA 8.1 O
Cl
O R C O: H
P
Cl
R C O:
P
+
R C
O
_
H
Cl
OH
R C O: H
P
OH
OH P Cl
_
H
OH O
OH
OH P OH
_
H
O P:
_
H O
OH
+
HO P OH
+
HO P OH
OH
R C Cl
OH +
P:
HO P
OH
OH
HO P Cl
O
+ O
OH H
+
Cl
R C Cl
O
Cl
HO P :
R C Cl
R C
Cl
Cl
O
+ O
Cl
PO3H3
PCl2
O
Cl
+
O
R C
OH
O
3 R C Cl
O
Cl
O H
Cl
O
PCl3
3 R C OH
OH
+
H
O P:
OH
OH
OH + P H
OH
OH
O P H
+
O P H
OH
OH
_
OH
RESPUESTA 8.2 O OH
O C CH3 +
O
N
CH3 CO O CO CH3
+
_ CH3 C O
+ +N H
Me N:
C O
Me O
O + N C Me +
C
O _ Me C O
O [catión acilamonio]
O
OH
+ C N Me
_ [adición]
+ O H
O C Me
+ N
[eliminación]
+
O
O
C + :N
H
Me
RT-8,9,10,11
393
O
O
Me C O +
:N
H
+
Me C O
+ N
H
[Acetato de fenilo]
RESPUESTA 8.3
COCl
CO2H O
N
+
O +
C O C
Cl
_
N+ H
_
O N:
+ N
C Cl C6H5
O C
+ O N C C6H5
Cl
C6H5
[catión acilamonio]
_ O
O
C OH
C
[adición]
+ N
O +
O
C O
C
H
+ N
C6H5
C6H5
_ O +
O
C O
C
H
C
H
C6H5
O +
O
O
C O
C
C
H
O
O + C O
[eliminación]
+ N
+
:N
C6H5
O O
C
+ N+
C6H5
H
N:
RESPUESTA 8.4 O :NH2
HN C CH2CH3 O +
CH3CH2 C O Me
:O NH2 C O Me CH2CH3
[adición]
+ MeOH
_ :O :
+ NH2 C O Me CH2CH3
RT-8,9,10,11
394
_ :O :
H +
O H
H O:
N
C O Me
N
C O Me
H
CH2CH3
H
CH2CH3
+ NH3
H2N
O NH C CH2CH3 +
[eliminación] NH C
O Me
+
+ MeO
_
CH2CH3
+ H2N
H
_ O_Me
NH2 +
MeOH
RESPUESTA 8.5 O
O
_
R C NH2 + HO
: O: HO
NH2
_
HO C NH2
R
R
NH2 H___OH
HO C R
[base]1
[ácido]1
[ácido]2
HO C
OH ___
NH2 H
OH
R
_
[base]2
+ NH3
+ HO
_
R
[base]1
H
HO C
+ HO
OH
R
OH
_ HO
+ NH3
_ :O:
[adición]
C NH2
_ O:
HO C
_
R C O
[ácido]2
[ácido]1
O:
HO C R
+ NH3
[eliminación]
[base]2
:O: HO C R
+ H2O + NH3
ácido
RT-8,9,10,11
395
:O : R
C OH
:O :
_ HO
+
R
C O
_ +
H2O
anión del ácido H3O+ (ácido fuerte: HCl)
:O : R
+
C OH
H2O
ácido libre RESPUESTA 8.6
Hidrólisis de la lactona: H 3O +
O
H 2O
O
Ác. γ −hidroxibutírico
γ −Butirolactona
O + H3O
O
OH2 + O H
H + O___H
[adición]
HO_CH2CH2CH2_CO2H
+ O H
+
O_ H
O_ H
:OH2
+ H___OH2
O_H O_ H
O_ H + O___H
[eliminación]
O_ H : OH2
C O:
O:
O: + H
+ H2O
_ O: O H + H
_ O: O H
O OH
O
+ H2O
O
H
O:
+ H3O+
H Ác. γ-hidroxipropiónico
Hidrólisis de la lactama:
O N
_ HO H2O
_ H2N_CH2CH2CH2CH2_CO2 anión del Ácido δ−aminopentanoico
H δ−Valerolactama
_
OH
OH
[adición]
O
O N
N H
_
OH
OH H___OH
OH NH
H
H___OH
+_ N H
OH
_ + HO
H
RT-8,9,10,11
396
N_H +
_
O___H
OH _
O__H
[eliminación]
O
C
OH
_ O
OH
C
NH2
O
+ H2O
NH2
H
anión del Ácido δ−aminopropiónico
RESPUESTA 8.7
1. Hidrólisis en medio ácido: O O O
C__OH
H 3 O+
+ H 2O
C__OH
O
O
Anhidrido ftálico
H O
+ O__H
+ H__OH2
O:
:OH2
H O
[adición]
H + O__H
O
O
O
O:
O:
O:
H + O___H
H O
:OH2
H O
O_H
O
O
O:
O:
O_H + H2O
O + H___OH2
_ +O H
H O H O
O___H
:OH2
C O
[eliminación]
+ + H3O
O C O _
+O H
O H
2. Reacción con metanol en medio ácido: O O O + MeOH
C__OMe
H3O+
C__OH O
O:
+ H OH2 __
O
Me
+ O__H
O
O
O:
O:
: OMe H
[adición]
H-O + O__H O O:
RT-8,9,10,11
397
Me H O + O___H
HO
:OH2
O
O
O:
O:
MeO
O___H
MeO
O_Me
O_ H O
+ H___OH2
+ H2O
_ +O H
OMe :OH2
C
[eliminación]
O + + H3O
O C _ +O H
O
OH
3. Reacción con metiIamina: O O
C__NHMe
H 3 O+
O + 2MeNH2
C__O O
H
_ : O:
:NMe O
+ MeNH3
O
H
O:
+
_
[adición]
+ N__Me
MeH_N
OH
H
O:
O O:
O:
O___ H
MeNH
O_H
NHMe
:NH2Me
C O
[eliminación] O
+ MeNH3
+ C O
:O
O_
RESPUESTA 8.8 O R CH2
C OEt + :B
O _
R CH
_
C___OEt
CO2Et
CH2R
_ :O : R CH C OEt +
H _B
O R CH C CH2
+
_ R + EtO
CO2Et β−cetoéster
Se pueden formar dos aniones enolato: CH 3_CO2Et
_ EtO EtOH
_ CH2_CO2Et (1) (anión enolato del acetato de etilo)
RT-8,9,10,11
398
C6H5CH2_CO2Et
_ EtO EtOH
_ C6H5_CH_CO2Et (2) (anión enolato del fenilacetato de etilo)
1. Reacción del enolato (1) con acetato de etilo:
O
_ EtO2C CH2
_ O
[adición]
C OEt
EtO2C CH2
CH3
O
[eliminación] CH3
C
CH3
_
C CH2 CO2Et
+ EtO
3-Oxobutanoato de etilo
OEt
2. Reacción del enolato (1) con fenilacetato de etilo:
O
_ EtO2C CH2
[adición]
EtO2C CH2 C CH2 C6H5
C OEt CH2
_ O
C6H5
O
[eliminación]
_
C6H5CH2 C CH2 CO2Et + EtO 4-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
OEt
3. Reacción del enolato (2) con acetato de etilo:
O
_ EtO2C CH
_ O
[adición]
C OEt
EtO2C
CH3
C6H5
O C6H5
[eliminación] CH3
CH
C
C6H5
OEt
CH3
C CH
_ CO2Et
+ EtO
2-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
4. Reacción del enolato (2) con fenilacetato de etilo: _ EtO2C CH C6H5
O
_ O
[adición] EtO2C CH
C OEt
C6H5
CH2C6H5
O C6H5
[eliminación]
OEt
_ CO2Et + EtO
C6H5CH2 C CH
CH2C6H5
C
2,4-Difenil-3-oxobutanoato de etilo
RESPUESTA 8.9
Reacción 1: _
C6H5 CH2_CO2Et
C6H5_CH2_CO2Et + EtO
_
+ H CO2Et
1)EtO
_
2)H3O+
O
O _ C6H5 CH C OEt
_
C6H5 CH C OEt
(1)
O
O
_
EtO
C
C6H5
CH
O C OEt H
[adición]
EtO
C
C6H5 CH
O C H
_ + EtOH
(2)
_ OEt
[eliminación]
O C6H5
CH C H
_ + EtO
CO2Et
(2)
RT-8,9,10,11
399
Reacción 2:
CH3 CH CO2Et
CH3 CH3
O
_ Na+ NH2
CH3
EtO C OEt
A
NH3 (liq.)
CH3 O
_
CH CO2Et + NH2
C _
CH3
CH3 O
C OEt
CH3
C
_ + NH3
C OEt
(A)
O
O
_ O
EtO C
[adición]
H3C C
C OEt
H3C C CH3
O
EtO C
OEt
_ CH3 O
[eliminación]
C
CH3
OEt
C
_
C OEt
+ EtO
CO2Et
CH3 OEt
(A)
Reacción 3: CH3 C 6H 5
Me C6H5
LDA
CH CO2Et
CH CO 2Et + LDA
C6H5
B
Me
O
C_
C OEt
CH3COCl
Me O C6H5
C
_
C OEt
+ HN(CHMe2)2
(B)
O EtO C C6H5
O
_
C Me
Cl C
O
Cl
EtO C
[adición]
C6H5
Me
C
C
Me
Me
O C6H5
[eliminación]
_ O
CH3
C C CO2Et
_ + Cl
Me
RESPUESTA 8.10
Reacción 1: H
H
CO2Et Me
_ EtO
Me CH2_CO2Et
EtOH
O A
H 3 O+
Me
Me
+ CO2
(68 %)
H Me H
H CO 2Et Me CH2__CO2Et
EtO
_
EtOH H
O
H
_ O
C__OEt
C___ OEt
_ CH__CO2Et
CH__CO2Et H
RT-8,9,10,11
400
O
H
H
H
C
O
+
H3O
CH__CO2Et
O
Q
+ CO2
CO2H
H
β-cetoácido
Reacción 2: CO2Me
O
CH
CH2CH2
CH
CH2CH2 CO Me 2
CO2Me
MeONa
MeO2C
MeOH
CO2Me O
CO2Me (60 %)
CO2Me 3 4
CH
5 CH
2
CH2CH2 6
MeO2C
CO2Me
7
MeO2C
CH2CH2 CO Me 2
7
Hα
CO2Me
MeO2C
_
CH
_ CO2Me ___
CH
C
6
MeO
OMe
MeONa MeOH
5
CO2Me
O HC
CO2Me
2
CH
O MeO C
Hα
3
4
MeO2C
C
_ CO2Me
HC
C___OMe
CH
O
O_
O MeO2C
CO2Me O
Reacción 3: CO2Et N
O
(CH2)4__CO2Et
1)EtO
_
2)H3O+
N (27 %)
O EtO C
N
O
CO2Et H2C
EtO C EtONa EtOH
N
CO Et _ 2 C H
O
_
EtO N
RT-8,9,10,11
401
O
O
CO2Et
O
CO2H
H3O+
Q
N
N
+ CO2
N
9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO RESPUESTA 9.1
Mecanismo SN1: I* 1 1
Me H
I
H C6H13
C6H13
+
*I
Me
_
2
Me
H
Me
C6H13
(2R)
(2S)
H C6H13
(2R)
2
I*
Supongamos: 100 moléculas (R) al principio 20 moléculas se sustituyen, dando [10(R) + 10(S)] Ahora existen 80(R) + [10(R) + 10(S)]; desde el punto de vista de la actividad óptica es como si quedaran 80 moléculas (R). El poder rotatorio aparente ha disminuido un 20 % después del 20 % de sustitución.
velocidad de sustitución = velocidad de racemización
Mecanismo SN2: Me
Me *I
_
* I ..... ..... I
I
H C6H13
Me
H
*I
C6H13
(2R)
C6H13 _ I
H C6H13
+ I
_
(2S)
H
H I*
Me (2S)
C6H13 + *I
I
_
.....
Me (2R)
Supongamos: 100 moléculas (R) al principio 20 moléculas se sustituyen, dando 20 (S)
RT-8,9,10,11
402
Ahora existen [80(R) + 20(S)]; desde el punto de vista de la actividad óptica es como si quedaran 60 moléculas (R). El poder rotatorio aparente ha disminuido un 40 % después del 20 % de sustitución. velocidad de sustitución = 2 velocidad de racemización RESPUESTA 9.2
H (BrCH)C3
1
C5(CHH)
Br
5
6
H
Br
1
(1R)
Br
2
OH
_ HO
4
5
6
H
1
SN2
H
3
2
3
H Br (CHH)C5
3
4
OH
trans (1R,3R)
trans (1S,3S)
C1(BrCH)
H (3R)
RESPUESTA 9.3
CH3 C 6H 5 C
CH CH2Cl
SN 1
CH3 C6 H5 C
+ CH CH2
HO
CH3
_
C6H5 C
CH CH2OH
3-Fenil-2-buten-1-ol
CH3 C6H5 C
CH CH2
_ HO
OH
CH3 C6H5 C +
HO
CH CH2
2-Fenil-3-buten-2-ol C6H 5
+
CH CH2
HO
C6H5 CH3
_
CH3
2
CH=CH2 (2R)
2
CH=CH2 (2S)
CH3 C6H5 HO
RESPUESTA 9.4
Reacción 1: La reacción no es válida; el equilibrio está desplazado hacia la izquierda:
CH3CH2OH + NaOH pKa 17
_ CH3CH2O Na+
+ H2O
Keq = 0,05
pKa 15,7
Reacción 2: La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado a la derecha (eliminación de H2): 2CH3OH + 2Na
_ 2CH3O Na+
+ H2
RT-8,9,10,11
403
Reacción 3: La reacción no es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la izquierda: _ Me3C_O + NH4+
Me3C_OH + NH3(liq.)
Keq = 1,7 x 10-10
pKa 9,24
pKa 19
Reacción 4: La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la derecha: _ 2Me2CH_O Na+ + H2
_ 2Me2CH_OH + 2Na+ H
Keq = 3 x 1018
pKa 35
pKa 16,5
RESPUESTA 9.5
H O+
O Me
H
Me
Me
Me
+ H3O+
H Me
Me
+ H2O
H O+ H
Me
Me
Me
Me Me
OH
Me Me
H Me
Me O +
+ Me_O_H
H2O
Me Me
OH H Me
OH + H3O+
H Me
MeO
H
RESPUESTA 9.6
MeO___H
: O: Me
_ : O:
H
H
Me
Me Me
Me
_ MeO
Me
HO
OMe
Me Me
H
Me
_ + MeO
OMe
RESPUESTA 9.7
CH3CH2
Me
Cl
CH O :
S
H
O
CH3CH2
Me + Cl CH O S
CH3CH2
+ CH O S
H Cl
Cl
Me CH3CH2
Me
_ O:
+ CH O S H
CH3CH2
+ Cl
H Cl
Me O
_ O
CH O S
Cl
O
+ N H
+
Cl
N:
Me CH3CH2
CH Cl
_
Cl O
S
O
CH3CH2
CH CH3
+
Cl
_
+ SO2
Cl
RT-8,9,10,11
404
Reacción global: OH CH3CH2
Cl +
+ SOCl2
CH CH3
CH CH3 +
CH3CH2
N + Cl
N
_ + SO2
H
RESPUESTA 9.8
Me CH3
CH CH2 NH2
Me
MeI
CH CH2 NH Me
CH3
MeI
Me CH3
Me
CH CH2 N Me
Me
MeI
CH3
Me + CH CH2 N Me Me
Me
Me + CH CH2 N Me Me
CH3
CH3 HO
_
C
CH2
Me CH3
Me _ + CH CH2 N Me HO Me
Me + N Me
Me
_ HO
_ I
Q
Me CH3
C
+
CH2
NMe3 + H2O
Me
H β
RESPUESTA 9.9
O
_
_ O
OH
_
HO
OH N Pr OH O_ H___OH
N Pr O
H___OH
OH
OH
HO
N Pr HO
_ + HO
H OH
HO
_ HO H O
O
OH
C_OH
Pr
+ N
NH__Pr
H OH
HO
+ H2O
OH
O
O
_ C_O
C_OH NH__Pr HO
OH
Pr
+ N
OH
HO
_ + 2HO
OH
HO
N Pr H___OH HO
OH
OH
NH2__Pr + HO
OH
RT-8,9,10,11
_ I
405
O
_ CO2
_ C O + NH2__Pr
_ HO H O
+
CH3CH2CH2__NH2
CO2H
OH _ CO2 + HO
_ CO2
_
+ H2O
_
CO2
CO2H
RESPUESTA 9.10 Me MeO N C
_
Me OMe
S N2
Br
_ Br
+
NC H
H Me
Me
MeO
Br
NC
H
OMe H (R)
(R)
La sustitución de Br por CN hace cambiar las prioridades relativas de los grupos. Hay inversión de la configuración, pero la configuración absoluta no varia. RESPUESTA 9.11
CH2
CH2
HOCl
K2CO3
HO_CH2_CH2-Cl
H2C
1)EtMgBr
CH2
2)H3O+
O
HCl
CN
CH3CH2_CH2CH2_Cl
_
H4AlLi
CH3CH2_CH2CH2_CN
CH3CH2_CH2CH2OH
CH3CH2__CH2CH2_CH2NH2 Pentilamina
Síntesis del bromuro de etilmagnesio: CH2
CH2
CH3_CH2Br
+ HBr
Mg
CH3_CH2_Mg_Br
Et2O
RESPUESTA 9.12 Me
H 2O +
O
_ HO
(2S) _ H
_ O
O
Me
Me enolato
La reacción es reversible; el agua reacciona con el anión enolato regenerando la cetona: O _
Me
Me
O
+ HO
_
H (2S)
RT-8,9,10,11
H___OH
406
HO___H H
O
_
Me
O
+ HO
_
Me (2R)
RESPUESTA 9.13
Reacción 1: La reacción está sometida a control cinético; el LDA extrae de forma preferente el hidrógeno del Cα menos sustituido: H
O
LDA
H
C6H5CH2
H 00 C
H
O
O _
H
C6H5CH2 +
C6H5CH2
H
O
_
+
H H
(enolato mayoritario)
(enolato minoritario)
(A)
(B)
H 250C
CH3____I
O
C6H5CH2
H
_ O
C6H5CH2
H
_
C6H5CH2
H
H
_
O
H
C6H5CH2
+ I
Me
(A)
_
(76 %) 2-Bencil-6-metilciclohexanona
_ O CH2C6H5 CH3
____
O 0
I
CH2C6H5
25 C
Me
(B)
+ I
_
(6 %) 2-Bencil-2-metilciclohexanona
Reacción 2: La reacción está sometida a control termodinámico; el anión terbutóxido (Me3CO¯) extrae preferentemente el hidrógeno del Cα más sustituido: H O C__Me CH2CH2CH2__Br
O
O _ Me3C_O
_
C__Me
_ C__Me CH2CH2CH2__Br
CH2CH2CH2__Br
enolato termodinámico (más estable)
RT-8,9,10,11
407
O
_ COMe
C__Me CH2
C
____
_
Br
+ Br (90 %)
Reacción 3: La reacción está sometida a control cinético; el LDA extrae preferentemente el hidrógeno del Cα menos sustituido:
O
O
O
C__Me
_ C__CH2
LDA -600C
CH2CH2CH2__Br
C
_ CH2
CH2CH2CH2__Br
CH2CH2CH2__Br enolato cinético (menos estable)
O
_ O
C CH2
_ + Br
Q
CH2____ Br (80 %)
RESPUESTA 9.14
Reacción 1: _
_ O Li+
O H
O
LDA 0
O
O CH2____Br
O
O
CH2_CH
O
CH2
THF ; -78 C CH CH2
enolato de la lactona
lactona del Ácido 4-hidroxibutanoico
(B) (90%)
Reacción 2: _
O O
O Li H
LDA
O
O
THF ; -780C lactona del Ácido 5-hidroxipentanoico
_ O
+
(C)
O CH2____Br C
CH
CH2_C
O
CH
(D)
enolato de la lactona
RT-8,9,10,11
408
RESPUESTA 9.15
_
CO CH2
EtO
Br
_ _
CO CH
EtOH
CO2Et
_
CO2Et __
__
_
CH2 (CH2)2 CH2 Br
CO__C_
CO2Et Br
CO2Et
CO2H
_ 1)HO (dil.)
CO
_ CO
2
CO
+
2)H3O , Q
CO
RESPUESTA 9.16
Reacción 1 CH3CH2__CO2H
EtOH H3O+
CH 3CH2__CO2H
CH3 CH3CH2
CO CH CO2Et
CH3 CH3CH2
CO C
_
CO2Et
EtO
CH3CH2__CO2Et
CH3 CH3CH2
EtOH
SOCl2
CO CH CO2Et
CH 3CH2__COCl
_ O CH3
O CH3
NaH ; Et2O
CH3CH2
C C _
CO2Et
CH3CH2
CH3 O
O C CH2CH3
CH3CH2
C CH2CH3
CO C
CO2Et
Cl
CH3 O CH3CH2
_
CO C
C CH2CH3
_
CO2H
Q CO2
C
C
CO2Et
1)HO- (dil.) 2)H3O+
CH3 CH3CH2
CO CH CO CH2CH3
Reacción 2 Retrosíntesis: β
β C6H5_CH2__CO__CH2_C6H5
α
C6H5_CH2__CO__CH_C6H5
β -cetoéster
Síntesis: C6H5_CH2_CO2Et
β
CO2Et
C6H5_CH2__CO2Et
α
_ EtO Na+ EtOH
+ C6H5_CH2__CO2Et
α
_ C6H5__CH__CO2Et
RT-8,9,10,11
409
CO2Et _ CH
C6H5
CO2Et
O C CH2
C6H5
C6H5
CH CO CH2
C6H5
_ CO2
_ HO (dil.)
C6H5
CH CO CH2
C6H5
OEt
H3O+
CO2H C6H5
CH CO CH2
Q _ CO
C6H5
C6H5
2
CH2 CO CH2
C6H5
Reacción 3 Retrosíntesis: β C6H5
CH3
CO CH
CO2Et
C6H5
β
α
CO
CH2 CO2Et
β C6H5__CO2Et + CH3_CO2Et
β-cetoéster
α
α
Síntesis: _ EtO Na+
CH3_CO2H
_ EtO2C CH2
EtOH
O
O
C C6H5
EtO2C CH2
C C6H5
_ CH2__CO2Et
_ 1)EtO
_ HO (dil.)
CH3 C6H5
2)IMe
CO CH CO2Et
OEt
C6H5
CH3 _ CO CH CO2
H3O+
CH3 C6H5
CO CH CO2H
_
Q CO2
C6H5
CO CH2
CH3
RESPUESTA 9.17
Síntesis de E: CO2H
CO2Et C2H5OH
Me
H3O+
CO2H
SOCl2
CH2
Me
CO2H
CO2H
CO2Et
Me
_ CO2Et
CH2 C O Cl
CH2 COCl
(A)
CO2Et Cl _ C O
COCl
(B)
β O
EtO2C
1)HO-(dil.)
Me
2)H3O+ O
EtO2C (C)
Q -2CO2
Me HO2C
O
O
HO2C
β (D)
Me O
O (E)
RT-8,9,10,11
410
El grupo éster del β-cetoéster F puede estar unido a C2 o C4 en E; en ambos casos se obtiene ácido 5-ceto-3metilhexanoico O 2
Me
CO2Et
CO2H
CO2H
_ 1)HO (conc.)
Me
2)H3O+
_
CO2H
O
Me
Me
O
O
β
(F)
Q CO2
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
(G)
2-Etoxicarbonil-5-metil1,3-ciclohexadiona β O Me EtO2C
Me
+
2)H3O
4
O
O
_ 1)HO (conc.)
O
CO2H
Q
_
Me
CO2
CO2H
CO2H
β
(G)
(F)
Me
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
4-Etoxicarbonil-5-metil1,3-ciclohexadiona
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN RESPUESTA 10.1 CH3 OH CH3CH2 CH CH CH CH 2 3
H3 O +
Me Et
+ OH2
Me
_H O 2
CH CH Et
Et
+ CH Et
C
Me Et
C
CH Et
:
H2O :
H
(Z) + (E)
Todos los estereoisómeros del sustrato (un alcohol en el ejercicio) originan una mezcla de las olefinas Z y E. Estereoisómeros (3R,4R) y (3S,4R)
:
Me Et
:OH 4
3
Et
H
Et
H
Me Et
_H O 2 H
Et
Et H
+ : OH2
:
H
H
H3O+
Me Et
Me
H2O:
H
+
Et
_ H O+ 3
H
(1)
Me
Et
Et
H
(E) (mayoritario)
(3R,4R) :
Me Et
:OH 4
3
H Et
H
+ : OH2 H Et
Me Et
_H O 2 :
H
H3O
+
Me Et
H2O :
+
H Et
(2)
H
_ H O+ 3
H
Me Et
(Z)
Et
(minoritario)
(3S,4R) Me
Et
H
Et H
RT-8,9,10,11
411
El carbocatión (1) origina el estereoisómero (E), que será el mayoritario, ya que las interacciones Et / Me y Et / H dan lugar a una conformación con menor contenido energético que (2) (impedimento estérico entre los grupos Et / Et y Me / H) Estereoisómeros (3S,4S) y (3R,4S) Et
Me
H
Et H
:
Et Me
: OH 3
H Et
H
H Et
H
Et Me
_ H2O
+
H Et
:
4
H3 O
+
+ : OH2
Et Me
H2 O :
H
(3)
_ H3O+
Et Me
(E) (mayoritario)
H Et
(3S,4S)
:
Et Me
: OH 3
4
Et
H
H
_
Et Me
H2O
Et
:
H
H
H3O+
+ : OH2
Et Me
H2O :
H
+
_ H 3O +
Et H
(4)
Et Me
(Z)
Et H
(minoritario)
(3R,4S) Et
Me
Et
H H
Cualquiera de los cuatro estereoisómeros del alcohol da lugar a la misma mezcla de diastereoisómeros de la olefina. RESPUESTA 10.2
Br
El radical CH3-CH- no interviene en la reacción y lo designamos por R; la configuración del carbono asimétrico en los productos * finales será la misma que en el estereoisómero de partida. Enantiómero (2R,3R) del 2,3-dibromopentano:
Me
H2
Br 4
1
B:
Br Me
3
R
H
H
R
(2R,3R)
H1
H2 H2
E2
H
2
H
H
Me
R (Z)
H
2
Me
3 4
Me
Br
H
(Z)(4R) [minoritario]
1
Me H
Br 4
B:
2
H
3
R
H
H
1
R
Br Me H2
H
E2
Me
H
1
R
H (E)
Me 2
H 3
H1
4
Me
H
Br
(2R,3R) (E)(4R) [mayoritario]
RT-8,9,10,11
412
Enantiómero (2R,3S): H2
Me
Br 4
1
B:
Me
Br
H2
Me
3
H
H
R
H
(2R,3S)
H1
E2
2
H
R
Me
R
H (E)
H
2
H2
3 4
Me
Br
H
(E)(4R) [mayoritario]
1
Me H
Br
2
H
H
B:
H1
3
4
R
H
H1
Br Me H2
E2
R
Me
R
1
H
H (Z)
2
H
Me
3 4
Me
Br
H
(2R,3S) (Z)(4R) [minoritario]
Enantiómero (2S,3S): Me
H2
Br 4
1
B:
Br Me
3
H
H
R
H
(2R,3S)
H1
Me H
2
E2
R
2
H
R
Me
H (E)
H
2
H2
3 4
H Me
Br
(E)(4S) [mayoritario]
1
Me H
Br 4
B:
2
3
H
H
R
H1 H
H1
Br Me H2
E2
R
Me
R
1
H
H (Z)
2
H
Me
3 4
Me
Br
H
(2R,3S) (Z)(4S) [minoritario]
Enantiómero (2S,3R): Me
H2
Br 4
1
B:
Me
3
R
H
Br
H
R
(2S,3R)
H1
H2 H
2
E2
H
2
H
H
Me
R (Z)
H
2
Me
3 4
H Me
Br
(Z)(4S) [minoritario]
Me H
1
Br 4
B:
3
2
H
R
H
H1 R
H1
Br Me H2
H
E2
Me
H
1
R
H (E)
2
H
Me
3 4
H Me
Br
(2S,3R) (E)(4S) [mayoritario]
RT-8,9,10,11
413
(2R,3R) 2,3-Dibromopentano o (2R,3S) 2,3-Dibromopentano
(E)(4R) 4-Bromo-2-penteno [mayoritario] + (Z)(4R) 4-Bromo-2-penteno [minoritario]
E2
(2S,3S) 2,3-Dibromopentano o (2S,3R) 2,3-Dibromopentano
(E)(4S) 4-Bromo-2-penteno [mayoritario] + (Z)(4S) 4-Bromo-2-penteno [minoritario]
E2
RESPUESTA 10.3
Apartado 1 La pareja de enantiómeros (2R,3R) y (2S,3S) : Me H
Zn
I 2
E2
3
Me
Et H
I
Me
Et
H
H
I 2
I
Zn
H
H
H Et
H
(Z)
E2
3
Me
A (2S,3S)
A (2R,3R)
E2
E2 Me H
I Br
3 2
Et H
I
_
Et H
Br
Me
3
SN2
H 2
Br
H
A (2R,3R)
I
Zn
Br
3
2
Me
3
H Me
A (2S,3S)
B (2S,3S)
H Et
Br
_
SN2
H Et
I
Et
(Z)
2
Br
Zn
B (2R,3R)
Apartado 2 La pareja de diastereoisómeros (2S,3S) y (2R,3S) : Me H
Me H
OH 3
1
2
H Me
Et (2S,3S)
H
Me H 3
Et
Br
+
3
2
H Me
Et
1
Me H
HBr SN1
3
Br
H
_
Me H
NH3
3
SN2
Me H
Me
3
2
2
H
Me
2
Et
OH
Br
Me H
NH3
NH2 3
SN2
2
H Me
Et (2S,3S)
B(2R,3S)
(2R,3S)
NH2 (2R,3S)
A(2S,3S)
2
Me
2
Et
Me
Et
H
Apartado 3 Los tres estereoisómeros dan lugar a reacciones E2 estereoespecíficas. Br CH3
Z
Z
R CH CH R
Br
CH CH CH3 H
R
E2
Br CH3
Z
CH
C CH3
Z
R CH CH R R
(R,R) o (S,S)
E2
Z (Z)
H
R
E2 R
(R,S)
Z (E)
RT-8,9,10,11
414
Estereoisómero (2R,3R): B:
H
H 2
Me Br
H
Me
Me
H
3
Br
(2R,3R)
H
Me Br
Br
Me
Br
E2
(Z)
Me
[estereoespecífica] Me H
:B
H
H Me
H 2
3
Br Me
Br
Me
E2
H
Br
Br
Me
Br (Z)
Me
(2R,3R)
Estereoisómero (2S,3S): B:
Me H
H 2
H H
Me
3
Br Br Me (2S,3S)
E2
Me
Me
Br
Me
Br
Br
(Z)
H
[estereoespecífica]
Me
H
:B
H
H H
Me 2
3
Me Br
Br
Br Br
E2
H Me
Me
Me (Z)
Br
(2S,3S)
Estereoisómero (2R,3S): B:
Me H
H 2
Me Br
H H
Me
3
Br
(2R,3S)
Me
Me Br
Br
Me
Br
E2
(E)
H
[estereoespecífica] Me H
H
H Me
H 2
Br
:B
3
Me Br
Br Br
Me
E2
Me H
Me (E)
Br
(2R,3S)
RT-8,9,10,11
415
11. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
RESPUESTAS 11.1
y 11.2
El mecanismo de la reacción de hidrólisis de un acetal es el mismo que el de su formación, pero escrito al revés. La formación del acetal transcurre en los mismos pasos (1-7) que su hidrólisis (1’-7’) El primer paso de la formación (1) corresponde al último de la hidrólisis (7’) y el último de la formación (7) al primero de la hidrólisis (1’) 1 Formación: + H___OH2
O
+ O
OH2
H
7’ Hidrólisis: + O
H
: OH2
+ H___OH2
O
2 Formación: : O__H
+ O
H
+ __ : O CH2CH2OH
HO__CH2CH2OH
H
6’ Hidrólisis: : O__H
+ O
__ : O+ CH2CH2OH
H
HO__CH2CH2OH
H
3 Formación:
H2O:
: O__H
: O__H
+ : O__CH2CH2OH
__ : O CH2CH2OH
+ H2O
H
H
5’ Hidrólisis:
+ H2O
4
: O__H
:O__H
: O__CH2CH2OH
+ :O__CH2CH2OH H2O:
H
H
Formación: H : O:
H + H___OH2
: O__CH2CH2OH
+ :O H
OH2
: O__CH2CH2OH
RT-8,9,10,11
416
4’ Hidrólisis: H + :O H
H : OH2
: O:
: O__CH2CH2OH
+ H___OH2
: O__CH2CH2OH
5 Formación: + :OH2
: OH2
+
: O__CH2CH2OH
: O__CH2CH2OH
3’ Hidrólisis: OH2
+ OH2
+
:O__CH2CH2OH
: O__CH2CH2OH
6 Formación:
HO CH2
H + :O
CH2
O
CH2
+ O
CH2
2’ Hidrólisis: H + :O
HO CH2
CH2 +
O
O
CH2
CH2
7 Formación: H2O:
+ H2O
H
H
+ :O
CH2
:O
CH2
O
CH2
O
CH2
1’ Hidrólisis: + H2O
H2O
H
H
:O
CH2
+ :O
CH2
O
CH2
O
CH2
RT-8,9,10,11
417
RESPUESTA 11.1
+ H___ OH2
O
:O__H
OH2
+ O
1
2
H
3 + : O__CH2CH2OH
HO__CH2CH2OH
H2O:
H
H + H___OH2
: O:
3
+ : OH2
4
__
HO CH2
OH2
5
: O CH2CH2OH
O
: O CH2CH2OH
+ H2O
H
H2O: 6
+ :O
CH2
O
CH2
6
+
OH2 +
__
7
CH2
H :O
CH2
O
CH2
acetal RESPUESTA 11.2
H2O
H2O
H :O
CH2
O
CH2
1
H + :O
OH2 CH2
O
2
:O__CH2CH2OH
CH2
H + :O H 3
: OH2
: O__H
5
6 __ : O+ CH2CH2OH
__
__
: O CH2CH2OH
: O CH2CH2OH + H2O
6
+ H__OH2
:O__H
4
3
+
+ O
H
H2O:
H
: OH2
HO__CH2CH2OH
7
O
H
+ H___OH2
Ciclohexanona
Etilenglicol
RESPUESTA 11.3
Si no se protege el grupo carbonilo de la cetona (pKa 19) la reacción con amiduro sódico (pKa 36) dará lugar a una mezcla de su enolato y del carbanión alquinilo (R-C≡C:−) (pKa 26): _ NH 2
H
CH 2
CO CH2CH2
C CH
_ :CH 2
CO CH2CH2
C CH
+
NH3
RT-8,9,10,11
418
El enolato de la cetona reaccionará con otra molécula de cetona a través de una reacción de condensación (Tema 6, p. 1) Es necesario proteger previamente el grupo carbonilo. La secuencia de reacciones es la siguiente:
O CH3
CO CH2CH2
O
_ NH2
C CH
O C C:
CH2CH2
CH3
HOCH2CH2OH
H3O+
CH2CH2
CH3
H3O+
O
_
CH3
O
CH3___I
CO CH2CH2
CH3
C
C CH3
C CH
_ NH2
O CH2CH2
C C CH3
+ HOCH2CH2OH
RESPUESTA 11.4
En este caso se trata de proteger los dos grupos OH a la vez, formando el acetal con acetona:
CH2OH O
CH3 +
O
C
CH2OH
CH3
CH2__O O CH2__O
CH3
C CH3
1)t-BuO 2)ICH3
diol protegido
O O CH3 O
H3O+
O CH3
HOCH2
CH3
CH2OH
RESPUESTA 11.5
_ O
O N:
H___OAc
H O:
+ N
H AcO
_
H___OAc
N
H
+ : OH2 N
AcO
_
N
+
H2O + AcOH
H
RT-8,9,10,11
419
RESPUESTA 11.6
:B
O
_
_ O (enolato)
N
(enamina)
+
O
N
CH3___I
I___CH3
H
+ N
O
CH3
CH3
enamina alquilada
cetona alquilada
Hidrólisis de la enamina alquilada: + HO___H
: OH2 + N
:OH2
: OH
N CH3
+ H3O+
N CH3
Keq 2
pKa -1,7
CH3
pKa -2 : OH
: OH + N
N H2O__H +
N H
+
H
+ :O
CH3
CH3
CH3
:OH2
H
+ H O
O + H3O+
CH3
CH3
Keq 2x105
pKa -1,7
pKa -7 RESPUESTA 11.7
1
NC H Me
_ O
H 3O +
H Me
1 H Me
C
O
NC OH
H 3O +
HO2C OH
(2S)
OH
(2R)
H Me
_ NC
2 Me
H _ O
2 NC
H 3O +
Me
H OH
NC
H3O+
Me
H
HO2C
Se obtiene un racémico (mezcla equimolecular de los estereoisómeros 2R y 2S)
RT-8,9,10,11
420
RESPUESTA 11.8
HC
CHO
_ + C Na
HC
_ O Na+
_
NH3(liq.)
+ C Na
HC
+
Na NH3(liq.) ; -330 C
CH
__
CH
CH C
-330 C
OH
H3O+
CH__C
CH
1-Fenil-2-propin-1-ol (65 %)
+
O
_
+ C Na
CH3 C
_ O Na+
NH3(liq.) -330 C
C
OH
H3O+
C CH3
C
C CH3
(1-Propinil)-1-ciclohexanol
RESPUESTA 11.9
Síntesis del 2-Butanol:
Mg
CH3CH2Br
__
CH3__CHO
__
CH3CH2 Mg Br
O MgBr CH3
CH CH2
H3O+
CH3
OH CH3
CH CH2
CH3
2-Butanol
CH3Br
Mg
__
CH3CH2__CHO
__
CH3 Mg Br
O MgBr CH3 CH2
CH CH3
H3O+
OH CH3 CH2 CH
CH3
2-Butanol
Síntesis del 3-Metil-3-hexanol: O Mg
CH3CH2Br
__
Pr
__
Et Mg Br
C Me
O MgBr C
CH3CH2CH2
CH3
H3O+
OH CH3CH2CH2
CH2CH3
C
CH3
CH2CH3 3-Metil-3-hexanol
O CH3Br
Mg
__
Pr
__
Me Mg Br
O MgBr
C Et
CH3CH2CH2
C
CH2CH3
H3O+
OH CH3CH2CH2
CH3
C
CH2CH3
CH3 3-Metil-3-hexanol
O CH3CH2CH2Br
Mg
__
__
Pr Mg Br
Et C Me
O MgBr CH3CH2
C
CH3
CH2CH2CH3
H3O+
OH CH3CH2CH2
C
CH3
CH2CH2CH3 3-Metil-3-hexanol
RT-8,9,10,11
421
RESPUESTA 11.10
O
_ O
Et O MgBr
[adición]
O
Et O
+ MgBr
[eliminación]
O Et
Et
O MgBr
O MgBr O__MgBr
O O MgBr + Et__MgBr
Et
OH
Et
H3O+
O MgBr
Et
Et
OH Et
5-Etil-1,5-heptanodiol
RESPUESTA 11.11
Trifenilmetanol Retrosíntesis: C6H5 C6H5
O
C OH
C6 H 5
O
C C6H5
C6H5
O
C OEt
C6H5
C OH + EtOH
C6H5
O C6H5
C OH
C6H5__Br
C6H5 MgBr
C6H6 + Br2
Síntesis: C6H5__CO2H
EtOH, H3O+
CO2
C6H6
Br2 [Fe]
C6H5__Br
Mg
C6H5__MgBr
1)C6H5CO2Et 2)H3O+
O C6H5
C C6H5
OH
1)C6H5MgBr
C6H5 C C6H5
2)H3O+
C6H5 Trifenilmetanol
1-Butanol Retrosíntesis: O CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2MgBr
+
CH2
O
Mg + CH3CH2Br
CH2
+
R C O OH peroxiácido
CH2
CH2
+ BrH
Síntesis: O CH2
CH2
+
R C O OH peroxiácido
O
RT-8,9,10,11
422
CH2
HBr
CH2
Mg
CH3__CH2Br
H3O+
CH3CH2__CH2CH2__OMg
CH3CH2__CH2CH2__OH 1-Butanol
O
2,3-Dimetil-2-butanol Retrosíntesis: C CH + H2O
CH3
OH CH3 CH3
C
O
CH CH3
CH3
CH3 C CH3
CH3 CH MgBr
+
CH3
CH3 CH3 CH Br
CH3
CH CH2
CH3
C CH
Síntesis:
C CH
CH3
H2 [Pd]
CH3
O CH3
C CH
H2O
CH3
[Hg2+]
CH3
HBr
CH CH2
H
C
O
CH3 CH MgBr
OH CH3
1)Me2CHMgBr
CH3 C CH3
CH2
CH3
Mg
CH3 CH Br
CH3
2)H3O+
enol
C
CH CH3
CH3 2,3-Dimetil-2-butanol
RESPUESTA 11.12
Síntesis 1: CH2OH HC C CH CH2OH
O
O CH3 BrMg C
O CH3
H3O
H
O CH3
C
C
OH CH3
CH
O CH3
CH
H3O+
O CH3
OH CH3
EtMgBr
HC C
+
1)CH3CHO _ 2)Cl NH4+
C
O CH3
H2SO4
CH3 C CH3
+
O C
C CH2 CH2OH +
CH3
C CH3
Síntesis 2:
Me
COCH3 + Br
HOCH2__CH2OH
TsOH Q
O
O
Me
O
O 1)CH3CHO
Li Br
HTF
Li
2)H3O+
RT-8,9,10,11
423
Me
O
O
CO__Me
CO__Me H3O+
O
CH__CH3
CH__CH3
OH
OH
TsOH
CH__CH3 O O
OH
OH
__ __
__ __
C Me
Me C C
Me C C
1)MeC C MgBr 2)H3O
H3O
+
C Me
+
+
CH__CH3
CH__CH3
O
OH
THP
O
RESPUESTA 11.13
C6H5 CH3
1)MeMgI
CH CHO *
2)H3O+
C6H5 OH CH3
CH *
CH CH3 *
H
H C6H5
CHO
Me C6H5
CHO Me
(2S)
(2S)
Regla de Cram
Conformación más favorecida en relación con el grupo carbonilo: O
Me H
Me
O H
C6H5
H
el carbonilo está situado entre los grupos pequeño (H) y mediano (Me)
C6H5(H)
(2S)
1
Me H
O Me 2
H
OMgX H
OH H3O
+
H
Me C6H5
H
Me
(I) (mayoritario)
Me C6H5
IMgMe
1
C6H5(H)
2
Me
OMgX H
Me
H
C6H5
OH H3O
+
Me
H
Me
H
(II) (minoritario) C6H5
RT-8,9,10,11
424
H
Me
OH
H
3
H Me
C6H5
H
Me
Me OH
2
Me
OH
H
3
Me C6H5
C6H5
H
H
(2S,3S) (mayoritario)
H
Me OH
Me
OH
C6H5
(I)
H
3
Me Me
C6H5
2
H
2
Me
2
3
Me H
OH H
(2R,3S) (minoritario)
C6H5
(II)
Estereoisómero mayoritario: (2S,3S)-3-Fenil-2-butanol (I)
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO
RESPUESTA 12.1 _ H O H
Me
_
H
Et
O
H
carbanión del propanal
Me
O
Me
CHO H
Me
H _O
Et
_ H O
Et
H 2O
(2R,3S) CHO H CHO H
2
HO
(2S,3R)
3
H HO
Et
H
H 2O
Et 3
(2S,3S)
2
H CHO
H CHO
Me
H CHO
H
2
Me
Me _
Et 3
Me
Et
O
H
CHO H
CHO H
HO H 2O
Et
O carbanión del propanal
Et
Et
Me
H CHO
H
Me H 2O
CHO 2
(2R,3R)
3
H _O
Et
H HO
Et
RT-8,9,10,11
425
RESPUESTA 12.2
Reacción 1: Me O CH3
EtO2C
Me
_ HO
Me O
_O CH2
EtO2C
_
H____OH
EtO2C O
Me OH
Me
Me
_ HO
O
_ O C
EtO2C
H3O+
OH
O
O
_
HO C
Me CO2 Q
O
O
O (60 %)
Reacción 2: O
O C
_ HO
CH3
_ O
_ CH2
C
O
H___OH O
O
O H Q
O
O
+ H2O
(72 %)
Reacción 3: O
O
H
_ CO32
O _
_
O
O
O
O
_
_
HO
H____OH
O _H O 2 Q O_H
(96 %)
CO2Et
CO2Et
Reacción 4: CO2Et EtO O
Me
O
_ O
_ H2C
O
O O_
H____OC2H5
RT-12,13
426
CO2Et _EtO
CO2Et
_
_ O
Q H2O
O
O_H
(66 %)
RESPUESTA 12.3
Reacción retroaldólica: O
_
CH
CH
O
O
C CMe3
C
Me MeO
_ O H
+
Me
MeO
CH
C CMe3
anión enolato
El anión enolato de la cetona reacciona con el benzaldehido: O
_ O
O C
CH
H
Me
_ O
CH CH C CMe3
C CMe3
Me
RESPUESTA 12.4
Reacción entre dos cetonas distintas: OH R CO CH2
C
OH R
y
R'
CO CH2
CH3
C
R'
CH3
Reacción entre dos aldehidos diferentes: CHO
CHO
R CH CH CH2 R
y
R'
OH
CH CH CH2 R' OH
Reacción entre un aldehido y una cetona: OH
CHO R CH CH CH2 R OH
y
R'
CO CH2
C
R'
CH3
RESPUESTA 12.5
Reacción 1: CH3 CH3
CH CH CHO
2-Hidroximetil-3-metilbutanal
CH2OH (52 %)
RT-12,13
427
Reacción 2: OH CH CH2
O
H3O+
CO CH3
CH CH
O
CO CH3
4-(2-Furanil)-3-buten-2-ona
Reacción 3: OH
OH
CH CH2
CO CH2
H3O+
CH
CH CH
CO CH
CH
1,5-Difenil-1,4-pentadien-3-ona RESPUESTA 12.6
Reacción 1:
_ Me
_ O
Me
HO
_
O_
O
O
+ + H2O H OH2
_
_
Me
Me
O
H3O+
Me H Me
_
Me
Me
O
3H2O
Me
H OH2 +
Me
Me
Me
Reacción 2:
_
O _
O HO
_
+ H2O
_ O
_
_ O
O
H3O+
O _
OH2 +
3H2O
H2O +
Reacción 3: O
_
O
CH3
_ CH3
O
CH3 O
NaOH Q
_
O
O
_ O
CH3 H3O+
O
O + OH2
CH3
+ OH2
2H2O
O
CH3 O
CH3
O CH3
Reacción 4: O C6H5 C6H5 O
_
O
O _
C6H5 C6H5 O
NaOH
C6H5
C6H5 C6H5
C6H5 _O
O_
H3O+
O
C6H5 C6H5
C6H5
2H2O
C6H5
C6H5
C6H5 H2O OH2 + +
C6H5
C6H5
RT-12,13
428
Reacción 5: O H3C
_
_ EtO
CO2Et
H3C
H
H3C O
O
O CO2Et
H3C
O
EtO
_
H2C_ H3C
H2O
H O_
O
O CO2Et H
O H2C
H3O+
2H2O
OH
_ EtO
CO2Et
CH3
OH2 +
OH2 +
O
O H _
_O
H
H
H3C
H
O
H
CO2Et
H3C
OH
O
CO2Et
H2C
_
OH
H
CO2Et
CO2Et
CH3
CH3
CH3
CO2Et
H
H2O
¡anión enolato de un fenol!
RESPUESTA 12.7
O CH3
O
_
C O
H
O
CH2 C O C CH3
O O _ CH2 C O C CH3
CH3CO2H +
anión enolato del anhidrido
O
O
O
_ CH3 C O C CH2
O
_ O
O
CH3 C O C CH2
C H
HO
HO
O
_ CH3CO2
CH3CO2H
CH
O
OH
O
CH3CO2H
+ CH3 C O C CH2 CH
+ OH2
O
CH3 C O C CH2
CH HO
HO
O
+ OH2
O
CH3 C O C CH
_
CH
H
C O
CH3
_
H2O
O
O
CH3 C O C CH
CH HO
HO
O
Hidrólisis del anhidrido de ácido: O CH3 C O
O C CH
H3O+
CH HO
O CH3CO2H
+
HO C CH
CH HO
Ác. o-hidroxicinámico
RT-12,13
429
H3O+ C
O
[esterificación]
O
O__H OH
O
Cumarina Ác. o-hidroxiinámico
RESPUESTA 12.8
Reacción 1: CH3__CH2__NO2
CH3O
+
O
O _ CH3__CH
_
_ CH3__CH__NO2
_
H___OCH3
CH3OH
O
OH
H3C
H3C
H3C NO2
NO2
+
NO2
NO2 enol
Reacción 2: CH3
MeO2C _ CH
CH
CH
CH CH
*O
_
O
MeO2C
C OMe
CH CH CH CH CH C OMe * * MeO2C
MeO2C
CH3
MeO___H MeO2C
CH3
*
MeO2C
O
_
CH CH CH CH CH C OMe
*
MeO2C
O
CH3
CH CH CH CH CH2 C OMe
*
MeO2C
Reacción 3: OMe
OMe
OMe EtOH
O
_
Me
CH2
_
O
Me
O
O
HO enol
CH
CH3CH2 O
Me O
O
OMe
OMe
OMe
EtO
_ Me O
O
Me _ O
_ O
EtOH
430
Me HO Me
_
H2O
EtO
Me
O
O
OMe
OMe Me
Me
Me _
EtOH
_ O
HO
O
O
Me
Me _
_
O
OMe
H2C
Me
Me
O Me
Me
enol
O
OMe
OMe Me EtO O
OMe
Me
_
Me EtOH
C
O
O
_
Me
H2C
O
O
_
O
OMe
OMe
Me
Me _
EtOH
H2O
O
O OH
RESPUESTA 12.9
Reacción 1: _ O
O
OH
O HNa
_ O
O
O
O
O
O
O
O
enol
_
O
O
_
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
enol
RT-12,13
431
Reacción 2: CO2Me Me _
O
CO2Me Me
O
O
CO2Me Me
_ O
O
O
Reacción 3: O
O
Me
Me _
O___H
O
OH
_
Keq 5x105
H2O
+
pKa 15,7
pKa 10
O
O
Me
_
Me O
O ___
H
_
Me
OH
H
_ +
H
O
HO
O
Reacción 4: O O
O
+
_
O__C__O
O
_
O
O
_
+
_
Keq 0,2
pKa 10,3
CO2Et
CO2Et
OH__C__O
pKa 11
O
_
_ O
O _
CO2Et
O C O
H
H
CO2Et
O
O
O
O
CO32
+
_
CO2Et
Reacción 5: O
O
_ CH2
O LDA
_
COMe
O
O
COMe
COMe
Me
Reacción 6:
O
_ Me2HC
Me2HC
* _ N
:
O
* C
N:
* C
:
C
O
*
_
* N:
*
Me2HC
RT-12,13
432
N:
C
H
O t-BuOH
Me2HC
Reacción 7: Me CO2Et _
O
Me CO2Et
_ O
Me CO2Et HO
O
O
HCl
O enol
Me CO2Et
Me CO2H
O
H3O
O
Me
O
+
O
[hidrólisis]
O
Q CO2
O
Reacción 8:
CO2Me O
CO2Me
_
O
EtO
O
_
_ CO2Me
A(C10H14O3)
_ O
H3O+
O
O
HO
CO2Me
CO2Me
CO2Me
CO2Me
enol
Reacción 9: C6H5
C6H5
C6H5 OH
_ O
HK
_
C6H5 C
O
_ O
C6H5
C6H5
C6H5 HK O
_
OH
O
enol
RT-12,13
433
RESPUESTA 12.10
Reacción 1:
O
_ HO
O Me
_
Me OHC
Me
CHO
H2 C Me
O
O
O _
O C
Me
HO
H
Me
Me
Reacción 2:
Me _ HC
C
_ O
Me
O
OH
CH C C Me
CH C C Me
O
O
C Me
O
Me
enol
Me
Me
Me
Me
LDA O
C
O Me
O
_
O
CH2
O
O
OH
Reacción 3: CO2Et
CO2Et
O
_
O
CH C Me
CH2
CH2 CH C Me O
_
CO2Et
+ Et3NH
OH
CH2
O
CH C Me
O enol
CO2Et
CO2Et
CO2Et
CO2Et
Et3NH O
C O
C
Me
_
O
O
O
CH2
O
OH
RESPUESTA 12.11
Obtención de la β-ionona:
Me
Me
O
Me
CH Me
_ CH2__CO__CH3
Me
O
_ __
CH CH2 COCH3 Me
Me
__
EtOH
Me
OH CH__CH2__COCH3
_
H2O
Me
Citral
RT-12,13
434
Me
Me
CH
Me
CH COCH3
H3O+
H
Me CH
+
Me
CH COCH3
Me
(A)
Me Me
O
H
transposición
Me
O
Me
H2O
Me
Me
+ Me
Me β-Ionona
Reacción de Darzens: Me
O
Me
Me
O
Me Me
CH__CO2Et
Me _ __ CH CO2Et
Me
_ O
Me Me
Me
Me
CH__CO2Et Me
Cl
Cl
Me EtO
Me
O
Me Me
_
O
Me
_
_
CH C O
H
Me *
*
CO2
Me
_ CH___O *
Me
Me Me
H _
Me
Me CHO
EtO
_
Me
Me H
H CHO
Me
Me (B)
Síntesis de D:
HC
C
_
O
O
C CH CH2 CH3
HC
+ OH2 HC
C
_
C CH CH2
H2O
C
* HC
_
C CH CH2 CH3
C
H3O+
* + * C CH CH2
OH HC
C
HC
CH3
CH3
C CH CH2 CH3
C
+ C CH CH2
H3O+
H2O
CH3
(C)
+ OH2 HC
C
C CH CH2 CH3
H2O _
+
H3O
HC
C
C CH CH2OH
2C6H5MgBr
CH3
RT-12,13
435
BrMg C
C
C CH CH2O MgBr CH3 (D)
Reacción entre B y D: Me Me
CH3
Me +
CHO
BrMg C
C
C CH CH2O MgBr
Me (D)
(B)
Me Me
CH3
Me C
CH
C CH CH2O MgBr
C
OMgBr
Me
Me Me
CH3
Me
H3O+
CH
C
C
H C
H C
C CH CH2OH
OH
Me
Me Me
Me
H2
CH
[Pd]
Me Me
(CH3CO)2O
H C
CH
H C
Me Me
H3O+
CH
O
C CH CH2O C CH3
H C
H C
CH3
O
C CH CH2O C CH3
_H O 2
OH2 +
Me
Me Me
CH3
OH
Me
Me
C CH CH2OH
OH
Me
Me
CH3
O
Me
Me
CH2O C CH3 +
Me
Me Me
Me
trasposición
Me
O CH2O C CH3
+ Me
RT-12,13
436
Me
O
Me
Me
H
Me
CH2O C CH3
H2O OH2 +
Me
Me
O
Me
Me
Me
CH2O C CH3
H2O Me
acetato de vitamina A
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO RESPUESTA 13.1
H
4'
-3a *
E+
4'
+ * -3a * 3a
-a *
a*
E
E
4'
* -2a
-a*
_ + H
(δEπ)4' = −2β (3a +3a) = −12aβ = −1,95β
* 2a
a =1/ 38
b * * -b
-b * -b *
E+
* 2b -b
b*
4
* H
_ + H
(δEπ)4 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −1,60β
+ * -2b E
4
4
E
b =1/ 14
-c * * E+ 5
4c * -4c * + H
-2c 5
* * -2c
* E
_ + H
(δEπ)5 = −2β(2c + 4c) = −12cβ = −1,75β
* 2c 5
E
c =1/ 47
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)4' > (δEπ)5 >
(δEπ)4
Reactividades relativas: C4 > C5 > C4'
RT-12,13
437
RESPUESTA 13.2
CH3
CH3 + δ C CH2
δ− Cl
CH3 + δ− δ δ− C CH2 .... Cl .... AlCl3
CH3
AlCl3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
C
+ CH2
C
+ CH2
Cl
_ AlCl3
CH3
CH3
transposición
CH3
C +
CH2
[carbocatión más estable]
CH3
CH3
CH3
Me
+ CH CH2CH3
Me
H Cl
Me
CH3
_ AlCl3
CH3 C CH2CH3
+
CH3
+ HCl + AlCl3
RESPUESTA 13.3
Reacción 1: Me
Me +
+ HSO3_OH
_
O SO3H
H
+ Me
Me
Me
H
_ HSO3_O :
Me
Me
Me
Reacción 2: H H
H
_
O SO3H +
H
+
_ : O_SO3H
H
H
+ HSO3_OH _ HSO3_O :
H
RESPUESTA 13.4
O O:
O AlCl3
O
O
+ _ O AlCl3
_ C O AlCl3
O O
O
O +
O
+ C CH2CH2
O _ AlCl3
O + H
O O _ AlCl3
CO2H
+ AlCl3
RT-12,13
438
O
O
H
CO2H
C_Cl
CO2H
H SOCl2
Zn-Hg / HCl Q
Cl3Al
+ HCl + AlCl3
+
C=O
O
Cl
_ Cl3Al
+ H
O
O
Cl
RESPUESTA 13.5
Reacción 1:
H2SO4 + H2O 98,4 %
Me
Me
Me *
Me
(84,3 %)
+
*
Me
* Me _ SO3
H
SO3H
[dos Me en posiciones activas]
Me + * H
Me H2SO4 + H2O Me
98,4 %
*
Me SO3H
_ SO3
(14,5 %)
[impedimento estéreo]
Me
* Me
[dos Me en posiciones activas]
Me
Me
Me H2SO4 + H2O Me
*+ H
98,4 %
(1,2 %)
* SO3H
Me
Me
_* SO3
[ningún Me en posicion activa]
Reacción 2:
Me
H2SO4 + H2O Me
98,4 %
Me
Me *
Me Me * H
Me * + Me _ SO3
(75 %) Me SO3H
[dos Me en posiciones activas]
RT-12,13
439
Me Me
Me *+ H
H2SO4 + H2O 98,4 %
Me
Me
Me Me
*
(25 %) Me
_ * SO3
Me
HO3S
[un Me en posicion activa]
Me
Me Me
H2SO4 + H2O Me
Me * +
_ SO3
Me SO3H
Me
H
98,4 %
*
* Me
(0,0 %) [impedimento estéreo]
Me
[dos Me en posiciones activas]
RESPUESTA 13.6 [ σ esencial ]
[núcleo al que se une el electrófilo]
[sustituyente C6H5]
Br
* H
*
*
+ * * * [11 carbonos en el sistema conjugado] [ σ esencial ]
Br
H
*+
+
[mayoritario]
Br [minoritario]
* * [5 carbonos en el sistema conjugado]
+*
* *
H
[mayoritario]
*
Br * * [11 carbonos en el sistema conjugado]
Conviene fijarse en el catión arenonio resultante de la sustitución en m- está formado por dos sistemas conjugados independientes que no interaccionan entre sí, ya que el enlace que les une es σ esencial:
[σ esencial] *+
H *
* *
H
H
H Br
[no se puede dibujar como doble]
[σ esencial]
[σ esencial] Br +*
* [5 carbonos en el sistema conjugado]
*
Br *
+*
X
*
Br *
+* [estructura electrónica no válida] (dos electrones desapareados)
RT-12,13
440
El caso de la nitración es idéntico al anterior: NO2
* H * *
*
[mayoritario]
+ *
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
[σ esencial] *+
NO2+
H NO2
[minoritario]
* * [5 carbonos en el sistema conjugado]
+ * H
* *
* *
[mayoritario]
NO2
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
RESPUESTA 13.7
a * -a * -a *
E+
2
a*
* -a H 2a + 2 * Br *a * -a
_ + H
2
Br (δEπ)2 = − 2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81β
a =1/ 11
E
+
[ σ esencial ]
-b *
b*
3
*b H
_ + H
-b *
(δEπ)3 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β
3
* 3 2b + Br
Br
b =1/ 8
c * * -c
-c * -c *
E+ c* 4
* 2c -c * + -2c * H 4 Br
_ + H
(δEπ)4 = − 2β (c + 2c) = −6cβ = −1,60 β 4
Br
c =1/ 14
RT-12,13
441
-d * *d
d* 4d *
E+
* -2d
-4d -2d *+ * H 5 Br
5
_ + H
(δEπ)5 = -2β(2d + 4d) = −12dβ = −1,75β
* 2d 5
Br
d = 1/ 47
E+ 6
[ σ esencial ]
-e *
e* H 6
Br
*e
_ + H
* + 2e * -e
(δEπ)6 = −2β(e + 2e) = −6eβ = −2,12β Br
6
_ + Br H
7
e =1/ 8 f *
E+
7
Br
-f -4f * H + 7 * * -2f
* -f * 2f
(δEπ)7 = −2β(2f + 4f) = −12fβ = −2,03β
* -2f
2f* f =1/ 35
Br
8
E+
[ σ esencial ]
H * -g
8
*+ -2g
*g
_ + H
Br 8
(δEπ)8 = −2β(g + 2g) = −6gβ = −1,81β
* -g
* 2g
g =1/ 11
3h * Br
-3h * 2'
*
h*
E+
-h *
2'
2'
3h * +
Br
H * -2h
-h
_ + H
(δEπ)2' = −2β(3h + 3h) = −12hβ = −1,95β
* 2h
h =1/ 38
i Br *
3'
3'
3'
-i *
[ σ esencial ]
_ + H
+
E
Br
H +* i
(δEπ)3' = −2β(i + i) = −4iβ = −2,31β
i =1/ 3
RT-12,13
442
H
4'
Br
Br
4'
-3j *
4'
+ * -3j
-j * 3j E
j*
+
* -2j
* -j *
_ + H
(δEπ)4' = − 2β(3j + 3j) = −12jβ = −1,95β
* 2j
j =1/ 38
-k Br +*
Br
5'
5'
H
* k
-k* E
5'
[ σ esencial ]
_ + H
+
(δEπ)5' = −2β(k + k) = −4kβ = −2,31β
k =1/ 3
3l * + Br
6'
* -3l 6'
6'
E+
H -l *
l* -l *
Br
* 3l * -2l
_ + H
(δEπ)6' = −2β(3l + 3l) = −12lβ = −1.95β
* 2l
l =1/ 38
Cx [C más reactivo]
4' 5'
3'
6'
2'
8
(δEπ) x (-β)
4
1,60
5
1,75
2
1,81
8
1,81
2'
1,95
4'
1,95
7
2
6'
1,95
6
3
7
2,03
3
2,12
6
2,12
3'
2,31
5'
2,31
5
[mínima inestabilidad]
4
[C menos reactivo]
[FPV]4 = 18 400
[máxima inestabilidad]
RT-12,13
443
RESPUESTA 13.8
El sustituyente (Me o NO2) lo designamos por Z:
H -a *
a* -a *
1
NO2 Z + * -2a
b* -b *
* 2a
a = 1/ 11 ; Q(2) = 4a2 = + 0,36
b = 1/
H
b *
8
; Q(2) = b2 = + 0,12
2b H +*
b * Z
-b *
7
NO2
O2N + * -b * 2b
8
a*
3
+ 2b * NO2
6
b = 1/
-a *
b * Z H
(δEπ)3 = −6bβ = −2,12β
(δEπ)1 = −6aβ = −1,81β
-b *
-b *
; Q(2) = b2 = + 0,12
* b
b = 1/
(δEπ)6 = −6bβ = −2,12β
* -a H
4
2a *
Z + * -2a -2a * + NO2 H
(δEπ)5 = −6aβ = −1,81β
NO2
H a *
8
2a * +
(δEπ)7 = −6bβ = −2,12β
2.12 2.12 2.12
+0.12 +0.12 0.00
-a * Z a*
a = 1/ 11 ; Q(2) = a2 = + 0,09
8 ; Q(2) = 0,0
C3 C6 C7
* a
(δEπ)4 = −6aβ = −1,81β
* -2a
+0.36 +0.09 0.00 0.00
* -a NO2
Z
a = 1/ 11 ; Q(2) = 0,0
*b
δEπ x (-β) 1.81 1.81 1.81 1.81
5
-a *
11 ; Q(2) = 0,0
a = 1/
Z
* -b
C1 C8 C4 C5
posición
2a *
(δEπ)8 = −6aβ = −1,81β
Q(1)
8
1
5
4
Z
7 6
3
2-Metilnaftaleno (Z = CH3)
El sustituyente (Me) estabiliza el catión arenonio: ⎯ situación más favorable:
(δEπ) = -1,81β ; Q = +0,36 (sustitución en C1 ; producto mayoritario)
⎯ situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = 0,0
(sustitución en C7 ; producto minoritario)
Estos son los factores parciales de velocidad en la nitración del 2-Metilnaftaleno: (FPV): C1 (347000) > C8 (3360) > C4 (3190) > C6 (2920) > C5 (1515) > C7 (240) La nitración del 2-Metilnaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2-Metil-1-nitronaftaleno y 2-Metil-8-nitronaftaleno: NO2
Me
1
HNO3 H2SO4
2
NO2 8
Me
2
Me
+
RT-12,13
444
2-Nitronaftaleno (Z = NO2)
El sustituyente (NO2) desestabiliza el catión arenonio: ⎯ Situación más favorable:
(δEπ) = -1,81β ; Q = 0,0 (sustitución en C4 o C5 ; productos mayoritarios)
⎯ Situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = +0,12 (sustitución en C3 o C6 ; productos minoritarios)
La nitración del 2-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2,5- y 2,8-Dinitronaftaleno: NO2 NO2
2
HNO3
8
NO2
2
Me
+
H2SO4 5
NO2
RESPUESTA 13.9
Apartado 1: Q = + 0,12 H
1
*
* *
*
E
+ Me Q = + 0,36 *
E
6
Me Q = 0,00
H +*
Me
*
Q = 0,00 (δEπ)6 = −2,12β
(δEπ)1 = −1,81β
posición
* Me
*
*
(δEπ) x (-β)
C1
1,81
C6
2,12
Qx(Z)
Q2(Me) = +0,36 Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = +0,12 Q6(Me) = 0,00
Orden de reactividad que se predice: C1 > C6
(FPV): C1 (1x106) > C6 (6970) Apartado 2: Q = + 0,50 Me
*
E
E *+ 2
*
H
*
* Q = 0,00 NO2
8
H
*
*+ *
Me
Me
* *
NO2
Q = 0,00
Q = + 0,09
Q = 0,00
*
* *
* +* H
E
3
NO2
Q = + 0,50 (δEπ)2 = −2,12β
(δEπ)8 = −1,81β
(δEπ)3 = −2,12β
RT-12,13
445
(δEπ) x (-β)
posición C2
2,12
C8
1,81
C3
2,12
Qx(Z) Q1(Me) = +0,50 Q4(NO2) = 0,00 Q1(Me) =
0,00
Q4(NO2) = +0,09 Q1(Me) =
0,00
Q4(NO2) = +0,50
Si el metilo está en una posición activa estabiliza el catión arenonio; con el grupo nitro sucede lo contrario. Orden de estabilidad que se predice: C2 > C8 > C3 Me 8 2
[ C más reactivo ]
3
[ C menos reactivo ]
NO2
RESPUESTA 13.10
Secuencia 1: NH2
HNO3
(MeCO)2O
N2+Cl
NH2
NHCOMe
NHCOMe
:B
H2SO 4
NO2
NaNO2
NaNO2
HCl
Cu NO2
NO2
NO2
_
NO2
Secuencia 2: CO2H
CO2H
CO2H HNO3
CO2H
H2
H2SO4
NO2
NaNO2
Pd / C
NH2
CO2H H3O
CuCN _ N2+Cl
HCl
CO2H +
CO2H
CN
Secuencia 3: NH2
N2+Cl
NH2 Br
Br2
Br
NaNO2
Br
Br
Cl CuCl
Br
Br
HCl
H2O NO2
NO2
NO2
Cl Sn HCl
_
Br
NO2
Cl
Cl Br
NaNO2
Br
Br
H3PO2
Br
Br
HCl NH2
N2+Cl
_
RT-12,13
446
Secuencia 4: Cl
Cl
Cl
NaNO2
Cl H2
CuCN
HCl
Pd / C N2+Cl
NH2
_ CN
CH2NH2
Secuencia 5: CMe3
CMe3
CMe3
CMe3 HNO3
H2
NaNO2
H2SO4
Pd / C
HCl
H3O+
CuCN N2+Cl
NH2
NO2
CMe3
CMe3
_
CO2H
CN
Secuencia 6: Et
Et CH3CH2Cl
HNO3
AlCl3
H2SO4
Et
Et
Et NaNO2
Sn HCl
H2O
H2SO4
NO2
N2+SO4H
NH2
_
OH
Secuencia 7: NO2
NO2
HNO3
HNO3
H2SO4
H2SO4
NO2
NO2
Sn HCl
Cl
NaNO2 HCl
NH2
Cl
_
Br
NaNO2
Sn HCl
N2+Cl
_
N2+Cl
NH2
CuCl
NO2
NO2
CuBr
HCl
Cl
Cl
Secuencia 8: NO2
N2+SO4H
NH2
HNO3
H2
NaNO2
H2SO4
Pd / C
H2SO4
OH HNO3
NO2
OH H2O
OH
OH H2
NaNO2
Pd / C
HCl NH2
_
OH CuI
N2+Cl
_ I
RT-12,13
447
RESPUESTA 13.11
[C más reactivo] + _ N2Cl
O2 N
HO
OH O2 N
+
N
N
cloruro de p-Nitrobencenodiazonio
Síntesis del cloruro de p-nitrobencenodiazonio:
NH_COMe
NH2
NH_COMe HNO3
(MeCO)2O
_ + N2Cl
NH2 NaNO2
:B
HCl, H2O Acetanilida
NO2
NO2
NO2
RESPUESTA 13.12
H2N Me
HCl, H2O
Me
Me
HO3S H2N
_ + N2Cl
_ + Cl N2
NaNO2 (2eq.)
NH2
(A)
Me
SO3H SO3H
HO N
HO3S + N
+ N Me
NH2 OH
N
Me
HO3S
SO3H
H2N
SO3H
HO
N
HO3S N
N Me
(B)
N
NH2 OH
Me
[colorante azul]
RT-12,13
448
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS ADICIONALES
1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS
RESPUESTA 1.1
CH3 CH3CH2 CH__CH2CH2CH3 __
3-Metilhexano (1)
H Me
Pr
Pr
H
H
H 3
Me
Et
Et
(1)
(3S)
Et Pr
Me
Et Me
Pr
CH3 CH3CH2__CH__CH2CH2CH2CH3 3-Metilheptano (2)
Et Bu
Me
Me
3
H
H
(2)
(3S)
Et
Et
Et Bu
H Me
Bu
H Bu
Me
CH2CH3 CH3CH2CH2__C__CH2CH2CH2CH3 CH3 4-Etil-4-metiloctano (3)
Me Pr
Et Bu (3)
Et
4
Bu
Me
Me
Me Pr
Bu Et
Pr
Et
Bu Pr
(4S)
RA-1,2,3,4
449
CH3 CH3CH2CH2 CH__CH2CH2CH2CH3 __
4-Metiloctano (4)
Pr Bu
H
H
Bu
4
Me
Pr
Pr
Pr Me H
Me
Me Bu
H
Bu
(4R)
(4)
RESPUESTA 1.2
Me __
Me __ __
CH3CH2 CH C CH2CH2CH3 Et 4-Etil-3,4-dimetilheptano
Me
H Et Pr
3 4
Pr
Me
4
Me
Me
H
3
Et
Me
H
Et
3 4
Et Et
H
Me
Pr
3 4
Me
Et
Et
Pr
(3R,4R)
(3S,4R)
(3S,4S)
(3S,4S)
(2)
(3)
(4)
(1)
Et
Me
Iguales (superponibles): (3) y (4) Enantiómeros:
(1) y (3) ; (1) y (4)
Diastereoisómeros:
(1) y (2) ; (2) y (3) ; (2) y (4)
RESPUESTA 1.3
Me __
Me __
CH3CH2 CH CH__CH2CH3 3,4-Dimetilhexano
Me Et Et
3 4
H (3S,4S) (1)
H H Me
Et
3
Me
Me
4
H
Et (3R,4S) (2) MESO
RA-1,2,3,4
450
Me
Me __
CH3CH2CH2CH2 CH CH__CH2CH2CH2CH3 __
Pr
Pr
5,6-Dimetil-5,6-dipropildecano
Bu Me
5 6
Bu
Pr Pr
Bu
Pr
Me
5 6
Me
(5S,6R) (4) MESO
H
Me 3 4
Et
Pr
Bu
(5S,6S) (3)
Et
Me
Me
5
Pr [plano de simetria]
6
Pr
Me
Bu Bu
Me
H
(5S,6R)
(3R,4S) (2)
(4)
RESPUESTA 1.4
Me
Me __
CH3CH2 CH CH__CH2CH2CH3 __
3,4-Dimetilheptano (1) H Pr Me
H 3
H(H) H
Me
600 (Pr)Me
Et
3
Pr
Et(Me)
3 4
H Et
Et
Me
Me
H
Me
Pr
(3R,4R)
Et __
Me
H
(1)
(1)
3 4
Me __
CH3CH2CH2 CH CH__CH2CH2CH3 4-Etil-5-metiloctano (2) H Et H
Pr 5
H(H) H Me
Me
600 (Et)Me
5
Pr(Pr)
Et
5 4
Pr Pr
Pr
H
(2)
(4R,5S)
Diastereoisómeros de (2): (4R,5R) y (4S,5S)
RA-1,2,3,4
451
H
H Pr Et
5 4
Me
Me
4
Pr
Pr
Pr
5
H
H
(4R,5R)
(4S,5S)
Et
RESPUESTA 1.5 OH Cl CH3__CH__C__CH2CH3 Me 3-Cloro-2-hidroxi-3-metilpentano
Me H
Me
Et
Me(H)
OH
600
Cl
(Me)Et
Cl(OH)
3
Et Me
2
Cl OH
H
Me
(2S,3R)
(1)
Cl Me HO
H
Et
Cl
Me
600
(Et)HO
3
Et
H(Me)
HO
Me H
2
Me
Me(Cl)
(2S,3S)
(2)
H Et
OH
H
H(Me)
Cl
600
Me
(Cl)Me
2
Me Cl
OH(Et)
3
OH Et
Me
Me
(2R,3R)
(3)
H H Cl
Et
Me
OH
Me
600
(HO)Cl
Et(Me)
HO Cl
Me(H)
2
Me 3
Et
Me (2S,3R)
(4)
Iguales (superponibles): (1) y (4) Enantiómeros:
(2) y (3)
Diastereoisómeros:
(1) y (2) ; (1) y (3) ; (2) y (4) ; (3) y (4)
RA-1,2,3,4
452
RESPUESTA 1.6
Prioridades: radicales primarios < radicales secundarios < radicales terciarios Radicales primarios: 1.
CH3-
C1(HHH)
2.
CH3CH2-
C1(CHH)
C2(HHH)
3.
CH3CH2CH2-
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(HHH)
4.
CH3CH2CH2CH2-
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
5.
(CH3)2CHCH2-
C1(CHH)
C2(CCH)
6.
(CH3)3CCH2-
C1(CHH)
C2(CCC)
Radicales secundarios: 7.
(CH3)2CH-
C1(CCH)
C2(HHH)
8.
CH3(CH2)4-CH(CH3)-
C1(CCH)
C2
C1(CCC)
C2(HHH)
C1(CCC)
C2
(HHH) (CHH)
Radicales terciarios: 9.
(CH3)3C-
(HHH) 10. (CH3)2CHCH2C(CH3)2-
(CHH)
RESPUESTA 1.7
Energía de enlace H−CMe3
H
CH2CH2CH3(g)
D0(H_C1)
CH2CH2CH3 (g) + H (g)
1/2D0(H2) + Δ H 0f ( CH2CH2CH3)
Δ H0f (CH3CH2CH3)
3C (grafito) + 4H2 (g)
Δ H 0f (CH3CH2CH3) + D0(H_C1) = 1/2D0(H2) + Δ H 0f ( CH2CH2CH3) D0(H_C1) = _ Δ H 0f (CH3CH2CH3) + 1/2D0(H2) + Δ H0f ( CH2CH2CH3) = = +24.8 + 104.2/2 + 22.8 = 99.7 kcal/mol
RA-1,2,3,4
453
Energía de enlace CH3−CH2CH3
CH3
CH2CH3 (g)
D0(C1_C2)
CH2CH3 (g) + CH3 (g)
Δ H 0f (CH3CH2CH3)
0 Δ H0f ( CH3) + Δ H f ( CH2CH3)
3C (grafito) + 4H2 (g)
0 Δ H0f (CH3CH2CH3) + D0(C1_C2) = Δ H 0f ( CH3) + Δ H f ( CH2CH3) 0 D0(C1_C2) = _ Δ H0f (CH3CH2CH3) + Δ H 0f ( CH3) + Δ H f ( CH2CH3) =
= +24.8 + 34.8 + 28.0 = 87.6 kcal/mol
RESPUESTA 1.8
Energía de enlace H−C2: CH3 C CH3
H
CH3
D 0 (H − C)
C CH3
CH3
+
H
CH3
1 0 D (H2 ) + ΔH0f ( CMe3 ) 2
ΔH0f (H − CMe 3 )
4C (grafito) + 5H2 (g)
ΔH0f (2 − Metilpropano) + D 0 (H − C1 ) = 1/ 2 D 0 (H2 ) + ΔH0f ( t − Butilo)
D 0 (H − C1 ) = − ΔH0f (2 − Metilpropa no ) + 1/ 2D 0 (H2 ) + ΔH0f ( t − Butilo ) = = 31.4 + 9.0 + 52.1 = 92.5 kcal / mol
Energía de enlace C1−C2: CH3 CH3
CH CH3
D 0 (C1 − C 2 )
H CH3 +
ΔH0f (H − CMe 3 )
CH3
C CH3
ΔH0f ( CH3 ) + ΔH0f ( CHMe 2 ) 4C (grafito) + 5H2 (g)
D 0 (C1 − C 2 ) = − ΔH 0f ( 2 − Metilpropa no ) + ΔH 0f (Metilo ) + ΔH 0f (i − Pr opilo ) = = 31.4 + 34.8 + 19 = 85.2 kcal / mol
RA-1,2,3,4
454
2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS
RESPUESTA 2.1
Me
Me Me
4
3
Me
1
(CCH)C2
C4(CHH)
2
(CHH)C3
C1(CCH)
2
1
H
H
cis 1,2-Dimetilciclobutano (1)
H
H
(1S)
(2R)
Las configuraciones absolutas de (2), (3) y (4) se obtienen empleando como referencia la configuración absoluta de (1): (1): cis (1S,2R)
Enantiómeros:
(1) = (2) ; forma MESO (2): cis (1R,2S)
(3) y (4)
Diastereoisómeros:
(1) y (3) ; (1) y (4)
(3): trans (1S,2S) (4): trans (1R,2R)
Me
Me
Me 2
1
3
5
H
4
1
(CHH)C5
H
cis 1,2-Dimetilciclopentano (5)
Me 2
(CCH)C1
C2(CCH)
C3(CHH)
H
H
(1R)
(2S)
Las configuraciones absolutas de (6), (7) y (8) se obtienen empleando como referencia la configuración absoluta de (5): (5): cis (1R,2S) (6): trans (1R,2R) (7): trans (1S,2S)
Formas meso:
(5) y (8) (iguales)
Enantiómeros:
(6) y (7)
Diastereoisómeros:
(8): cis (1S,2R)
(5) y (6) ; (5) y (7)
RESPUESTA 2.2
1,2-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros): plano de simetria 6
Cl
Cl 2
1
H
3
H
cis (1S,2R) (MESO)
Cl (CHH)C6
1
Cl C2(ClCH)
2
(ClCH)C1
H
H
(1S)
(2R)
C3(CHH)
RA-1,2,3,4
455
H
Cl
6
3
2
1
H
Cl
H
3
1
2
Cl
Cl
trans (1S,2S)
6
H
trans (1R,2R)
1,3-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros): Cl 1
2
3
H
6
Cl
Cl 4
5
1
(CHH)C5
H
cis (1R,3S) (MESO)
Cl
2
1 6
Cl
H
H
(1R)
(3S)
H 3
5
Cl
4
1
3
H
Cl
trans (1R,2R)
C5(CHH)
Cl
2
H
H
3
(ClCH)C1
C3(ClCH)
4
6
5
trans (1S,2S)
1,4-Diclorociclohexano (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans): centro de simetria
plano de simetria Cl
Cl
Cl
1
4
H
H
1
4
H
H
Cl
cis
trans
Los carbonos C1 y C4 no son estereogénicos, ya que ambas moléculas tienen un elemento de simetría. No se puede asignar configuración absoluta a ninguno de los dos carbonos, puesto que cada uno de ellos tiene unidos dos sustituyentes iguales. No son formas meso.
1-Bromo-2-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros): Cl
Br 6
Br
Cl
3
1
(CHH)C6
2
1
H
6
Br
Cl 2
1
H
H
cis (1S,2R)
3
3
Cl 2
H
2
(BrCH)C1
H
H
(1S)
(2R)
H
cis (1S,2R)
C2(ClCH)
Br 1
H
cis (1R,2S)
6
6
Br 1
H
H 2
Cl
trans (1S,2S)
3
3
H 2
Cl
C3(CHH)
Br
6
1
H
trans (1R,2R)
RA-1,2,3,4
456
1-Bromo-3-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros):
6
Br
Cl
1
H
1
(ClHH)C3
4
3
2
cis (1S,3R)
6
Cl
1
H
5
2
5 4
3
H
H
6
Br
1
5
H
1
H
H
5 4
3
Cl
cis (1R,3S)
6
Br
H
4
3
2
H
cis (1S,3R)
C1(BrCH)
(3R)
Br 2
(CHH)C5
H
Cl
4
3
6
C5(CHH)
3
(1S)
H
Br
Cl
Br
5
1 2
H
Cl
trans (1S,3S)
trans (1R,3R)
1-Bromo-4-clorociclohexano (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans): centro de simetria
plano de simetria Br
Br
Cl
1
H
H
1
4
4
H
H
Cl
cis
trans
Los carbonos C1 y C4 no son estereogénicos, ya que ambas moléculas tienen un elemento de simetría. No se puede asignar configuración absoluta a ninguno de los dos carbonos, puesto que cada uno de ellos tiene unidos dos sustituyentes iguales. No son formas meso.
3. HIDROCARBUROS CON ENLACES MÚLTIPLES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO RESPUESTA 3.1
Me HC
C__CH2_
CH_CH2_
H2C
2-propinilo
alilo
CH_CH2_
(2) H2C (1) HC
C__CH2_
CH_
(5) H2C
HC
C_
etinilo
H2C
C_
isopropenilo
H2C
CH_
vinilo
C1(CHH)
C2(CCH)
C1(CHH)
C2(CCC)
CH3_C
C_
1-propinilo
C1(CCH)
Me C_
(4) H2C (3) HC
C_
_ (6) CH3 C
C_
C1(CCC)
C2(CHH)
C1(CCC)
C2(CCH)
C1(CCC)
C2(CCC)
RA-1,2,3,4
457
RESPUESTA 3.2
Cl
Cl ClCH
CH_CH2CH2CH3
CH2
1-cloro-1-penteno
_
_
CH CH CH2CH3
3-cloro-1-penteno
Cl
CH_CH2CHCH3
CH2
_
CH3 CH
4-cloro-1-penteno
_
CH CH_CH3
4-cloro-2-penteno
1-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros Z / E): ClCH
CH_CH2CH2CH3
1-cloro-1-penteno
C3H7
Cl H
H
Cl
H
C 3H 7
H
(Z) 1-cloro-1-penteno
(E) 1-cloro-1-penteno
3-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros): Cl CH2
CH_CH_CH2CH3
3-cloro-1-penteno
CH=CH2
CH=CH2 Et
3
Cl
H Et
H
CH=CH2
Cl
Cl
H Et
(3S)
CH=CH2 Cl
Et
3
H (3R)
4-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros): Cl CH2
CH_CH2CHCH3
4-cloro-1-penteno
Me
4
H (4S)
Cl
CH2_CH=CH2
CH2_CH=CH2
CH2_CH=CH2 H Me
Cl
Cl
H Me
CH2_CH=CH2 Cl
4
Me
H (4R)
RA-1,2,3,4
458
4-Cloro-2-penteno (cuatro estereoisómeros: dos pareja de enantiómeros) Cl CH3 CH CH CH CH3 4-cloro-2-penteno
H H
Me
4
Cl
Me
4
Cl
Cl
Me
(4R)
(4S)
CH=CH_CH3 Cl
Cl
4
4
H
H
(4S)
(4R)
H
H
(E) (4R) 4-cloro-2-penteno
CH=CH_CH3
Me
4
H Me
Cl
Cl
CH=CH_CH3
CH=CH_CH3
4
4
(E) (4S) 4-cloro-2-penteno
(Z) (4R) 4-cloro-2-penteno
H
H
H
H Me
H Me
Cl
(Z) (4S) 4-cloro-2-penteno
H
H
Me
4
H Me
Me
Me
H
Me
RESPUESTA 3.3
2,3-Hexadieno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros) CH3_CH=C=CH_CH2CH3 2,3-hexadieno
Et C
Et
C
H
C H
C
()
C
()
Me
Me H
H
(S) 2,3-hexadieno
(R) 2,3-hexadieno
Et [3]
Et [3]
H [2]
[1] Me
C
Me [1]
[2] H
H [4]
H [4]
(S)
(R)
2,4-Dicloro-2,3-pentadieno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros): Cl
Cl
CH3_C=C=C_CH3 2,4-dicloro-2,3-pentadieno
Me [4]
Cl [3] (S)
Cl
C
C
Me
Me
Cl
Cl
C
[4] Me C
(S) 2,3-hexadieno
C
()
Cl [1]
()
[2] Me
Me
C
Me Cl
(R) 2,3-hexadieno
Me [2]
[1] Cl [3] Cl (R)
RA-1,2,3,4
459
2,3,4-Hexatrieno (dos estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros Z / E) CH3_CH=C=C=CH_CH3 2,3,4-hexatrieno
C
C
C
Me
H
H
C
C
()
C
()
H
C
Me
C
Me
Me (Z) 2,3,4-hexatrieno
H (E) 2,3,4-hexatrieno
RESPUESTA 3.4
Cl
Me
_
_
CH3 C
C_CH2CH3
CH CH
2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno
Me
H Et
2
4
Cl H
Me
(2Z,4Z) 2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno
Cl
Me
H Me
2
Me
2
4
Me
4
Cl H
Et
H
(2E,4E)
Cl
H
H Et
2
4
Me Et
H
Me
(2E,4Z)
(2Z,4E)
RESPUESTA 3.5 H [4] [2] (CCC)(CHH)C2
3
1
[2] (CHH)(CHH)C6
C4(CHH)(CHH) [3]
4'
C
C
[1] (BrCH)(CHH)C2
Br [1]
Et [1] H [2]
trans
(3R)
4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES RESPUESTA 4.1
O _ _
CH3 C O
O _
Acetoxi
N C O
_
Cianato
CH3_C_NH_
Acetilamino
O Cl C
_
Cloroformilo
O CH3CH2_N
CH2CH3
Dietilamino
_ Me3C O C _
_
ter-Butoxicarbonilo
O C_O_ RA-1,2,3,4
460
O
HO_NH_
H C_O_
Formiloxi O
Benzoiloxi O
Hidroxiamino
+
_
CH3 C CH2 C_
H 3N _
O=N_
Acetoacetilo
Amonio
Nitroso
Orden creciente de prioridad: O
O
_
CH3 C CH2 C_
C1(OOC)
O _ Me3C O C _
_
C1(OOO)
O Cl C_
C1(ClOO)
+
H 3N _
N1(HHH)
O _ _
CH3 C NH_
N1(CH)
CH3CH2_N CH2CH3
N1(CC)
HO_NH_
N1(OH)
O=N_
N1(OO)
N C O_
O1(C)
C2(NNN)
O1(C)
C2(OOH)
O1(C)
C2(OOC)
C3(HHH)
O1(C)
C2(OOC)
C3(CCC)
O H C_O_ O _ _ CH3_C O
O C_O_
RESPUESTA 4.2
RA-1,2,3,4
461
(1) y (2) son enantiómeros:
H Cl HO
H
1 2
OH
HO
Me
Me
H
1 2
Cl OH
(1)
H (2)
(1R,2R) 1-Cloro-1,2-propanodiol
(1S,2S)1-Cloro-1,2-propanodiol
(3) y (4) son iguales: H Et HO
H 3
4
OH
Et
Et
HO
H (3)
3
OH Et
4
H (4)
(3R,4R) 3,4-Hexanodiol
(3R,4R) 3,4-Hexanodiol
(5) y (6) son diastereoisómeros: H Me Et
H 2 3
NH2
H 2N
Me
Et
H (5)
2 3
Me Me
H (6)
(2R,3S) 3-Metil-2-pentanamina
(2S,3S) 3-Metil-2-pentanamina
(7) y (8) son iguales (forma MESO): Cl 1
(ClCH)C2
C4(C3HH)
H
Cl
Cl
1
(7) (1S)
2
H
H
H
H 1
2
Cl
Cl
(7)
(8)
cis (1S,2R) 1,2-diclorociclobutano
cis (1R,2S) 1,2-diclorociclobutano
Cl (CHH)C3
2
C1(ClCH)
H
(MESO)
(MESO)
(7) (2R)
(9) y (10) son diastereoisómeros:
RA-1,2,3,4
462
H
H (CHH)C5
Me
1
C2(CCH)
1
Me
2
5
3
Me (1S)
Me
4
(CCH)C1
H
2
C3(CHH)
H
(9)
(2S)
trans (1S,2S) 1,2-Dimetilciclopentano
H
H
1
2
5
3
Me
4
Me (10)
cis (1S,2R) 1,2-Dimetilciclopentano (MESO)
(11) y (12) son iguales (forma MESO): Cl
6
1
Cl
Cl
H
(CHH)C6
1
H
H (11)
Cl
1
H
2
3
2
Cl
Cl
C2(ClCH)
(ClCH)C1
2
H
H
(1R)
(2S)
H
H
C3(CHH)
(11)
cis (1R,2S)-1(a), 2(e)-Diclorociclohexano
H
6
1
2
H
H
Cl
2
3
H (CHH)C6
1
Cl
Cl
Cl (12)
C2(ClCH)
1
(ClCH)C1
2
Cl
Cl
(1S)
(2R)
C3(CHH)
(12)
cis (1S,2R)-1(e), 2(a)-Diclorociclohexano
(13) y (14) son iguales (no es una forma MESO): H
Cl
4
1
Cl
Cl
4
H
1
Cl
H Cl
H
H
4
H
Cl 4
1
H
Cl
1
H
Cl (13)
(13)
trans 1(e), 4(e)-Diclorociclohexano
(14)
(14)
trans 1(a), 4(a)-Diclorociclohexano
(15) y (16) son diastereoisómeros: Me H
(15)
CO2H
Me
Me
H
Ác. (Z) 2-Metil-2-butenoico
Me (16)
CO 2H
Ác. (E)2-Metil-2-butenoico
(17) y (18) son iguales:
RA-1,2,3,4
463
C
C
Me H
C
Br Et
C
C
C
H Me
C
()
C
()
Et Br
(17)
(18)
(E) 5-Bromo-2,3,4-heptatrieno
(E) 5-Bromo-2,3,4-heptatrieno
(19) y (20) son enantiómeros: H C
Et Et Me
C
C
C
C
()
C
()
Et Me
Et
H
(19)
(20)
(R) 3-Metil-3,4-heptadieno
(S) 3-Metil-3,4-heptadieno
Et [3]
H [4] [1] Et
Me [2]
Me [2]
[1]Et H [4] (S)
Et [3] (R)
RESPUESTA 4.3
3-Cloro-2-butanamina Cl NH2 CH3 CH_CH_CH3 * * _
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros:
H Me Me
3
2
Cl NH2
Cl H2 N
2
H
H
H 3
Me
Cl
Me
Me
3
2
Me
Me
NH2
H2N
2
Cl Me
H
H
H
(1)
(2)
(3)
(4)
(2R,3S)
(2S,3S)
(2R,3R)
(2S,3R)
H
3
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4) 3-Hexen-2-ol OH CH3_CH2_CH=CH_CH_CH3 *
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros Z / E:
RA-1,2,3,4
464
C3(CCH) HO
2
C3(CCH)
Me
Me
C3(CCH)
OH
2
HO
2
C3(CCH)
Me
Me
OH
2
H
H
H
H
(2R)
(2S)
(2R)
(2S)
H H
H
3
Et
3
Et
2
H HO
Et
2
Me
Me
(1)
H
H
H OH
3
(Z)(2S) 3-Hexen-2-ol
H
3
H
2
H HO
2
Me
(2)
(Z) (2R)3-Hexen-2-ol
Et
Me
H
H OH
(3)
(4)
(E)(2R)3-Hexen-2-ol
(E)(2S) 3-Hexen-2-ol
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4) 5-Metoxi-2,3-hexadieno OMe CH3 CH=C=CH CH_CH3 * _
_
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
2
4
C
(1)
H
H
C
MeO Me
H
5
H
(S)(5R) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
H [4] MeO
C5 [3] (S)
2
(3)
4
C
OMe Me
Me
5
H
H
(5R)
(5S)
H
H
C
MeO Me
H
(R)(5R) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
(2)
[4] H
H
5
[1] Me
OMe
H[2]
[3] C5 (R)
2
4
C 5
H Me
C
C4(CCH)
()
C
()
Me H
Me
5
5
C
(R)(5S) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
C4(CCH)
Me [1]
[2]H
2
4
C
()
C
()
H Me
OMe Me
C
C
Me H
(4)
(S)(5S) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4)
RA-1,2,3,4
465
RESPUESTA 4.4
1-Bromo-2-clorociclobutano Br H H Cl
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros:
Br 1
Cl
Cl
(1)
Br
1
H
H
H
Br
2
2
1
H
Br 1
2
Cl
H
(cis) (1S,2R)
H
2
(2)
(cis) (1R,2S)
H
Cl
H
(3)
(4)
(trans) (1R,2R)
(trans) (1S,2S)
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4)
1,4-Dimetoxiciclohexano H
OMe
H
OMe
Dos estereoisómeros cis / trans ópticamente inactivos (no son formas MESO)
OMe
OMe
OMe
1
1
4
H
H 4
H
H
OMe (trans)
(cis)
1,1-Ciclopropanodiol
HO
OH
Ningún estereoisómero (plano de simetría): OH
OH
RA-1,2,3,4
466
3-Penten-2-ona 3
2
CH3_CH=CH_CO_CH3
Dos estereoisómeros Z / E: COCH3
H 3C H
H
H3 C H
H (Z)
COCH3 (E)
1-(sec-butil)-2-Metilciclohexeno 1 2
CH3 CHCH2CH3
CH3
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
C(CCC)
C(CCC) 1
Me
Et
H
Me
Me H Me
1
H Me
1
Et
Et
1
Et
Me
H
(1S)
(1R)
3-Cloro-2-metilbutanal Cl
Me
O
CH3 CH CH C H
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros H Me
H CHO
2
Me
3
Cl
OHC Cl
2 3
H Me
Me
Me
Cl
H CHO
2 3
Me
OHC Me
2 3
H
H
H
H
(1)
(2)
(3)
(4)
(2S,3S)
(2R,3R)
(2S,3R)
Me Cl
(2R,3S)
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4) 1-Bromo-3-cloro-1,2-butadieno H Br
C
Cl C
C
Me
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros:
RA-1,2,3,4
467
Cl
Cl
C
H
C Me
(1)
()
C
C
()
Br
Br
C
H
Me
(2)
Cl [3] [1] Br
C
[3] Cl
H [2]
Br[1]
[2] H
Me [4]
Me[4]
(S)
(R)
2-Amino-2,3,4-heptatrieno NH2 CH3 C C C CH CH2CH3
Dos estereoisómeros Z / E: H Et
C C
Me H 2N
C C
()
C C
()
Me H 2N
C C
Me H
(E)
(Z)
2,6-Diamino-espiro[3.3]heptano 1
H2N
6
H
NH2 2
4
H
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros NH2
H H2N
H 2N
H
H NH2
H
(1)
(2)
[3] NH2
[3]NH2 NH2 [1]
[2] H
H [2]
[1] H2N [4] H
H [4]
(S)
(R)
2,4-Hexadieno H CH3
H
C CH C CH CH3
Tres estereoisómeros Z / E: H
Me 2
H
2
Me
4
H
H
H H
Me
2
Me
4
H
H
H Me H
2
H
4
H
H
Me H Me
Me 4
H
(1)
(2)
(3)
(3)
(2E,4E)
(2Z,4Z)
(2Z,4E)
(2E,4Z)
H
RA-1,2,3,4
468
RESPUESTA 4.5
2-Clorociclopentanona 1
O 2
Cl
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
1
H
O
3
2
O
2
Cl
(CHH)C3
1
H
3
(1)
Cl (2)
H
H
2
C1(OOC)
(OOC)C1
(CHH)C3
2
Cl
Cl
(2S)
(2R)
4-Amino-2-penteno NH2 CH3 CH CH CH CH3
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
H
C3(CCH) Me
4
H
NH2
H
H Me
(4S)
3
4
H Me
NH2
Me
Me
4
NH2
H
H Me
(4S)
4
H2 N
4
Me
H
H Me
(4R)
(Z) (4R) 4-Amino-2-penteno
Me 3
H
(2)
(Z) (4S) 4-Amino-2-penteno
H
4
H 2N
(1)
C3(CCH)
C3(CCH) 3
Me H
NH2
(3) (E) (4S) 4-Amino-2-penteno
H
H 2N
C3(CCH) 3
4
H
H Me
H2 N
4
Me
H (4R)
(4) (E) (4R) 4-Amino-2-penteno
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4)
RA-1,2,3,4
469
Acido 4-Hidroxiciclohexanocarboxílico CO2H
1
4
OH
Dos estereoisómeros cis / trans OH
CO2H
H
1
4
H
CO2H 1
4
H
H
OH (trans)
(cis)
3-Metilciclobuteno 2
3
Me
1
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros 2
Me 3
2
1
1 4
H
3
4
(1)
(CHH)C4
H
(2) Me
Me 3
Me
C2(CCH)
(CCH)C2
3
H
H
(3R)
(3S)
C4(CHH)
5-Nitro-2,3-hexadieno NO2 CH3 CH C CH CH CH3
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
C
C
4
4
H Me
O2N
NO2
5
5
C
H [4]
C5 [3] (S)
H Me
(2)
(S)(5S) 5-Nitro-2,3-hexadieno
[2]H
2
C
H Me
(1)
Me [1]
C
()
C
H
H ()
2
H Me
(R)(5R) 5-Nitro-2,3-hexadieno
C4(CCH) Me
5
NO2
C4(CCH) O2 N
5
H
H
(5S)
(5R)
Me
[4] H [1] Me
H[2] [3] C5 (R)
RA-1,2,3,4
470
H
H C
(3)
C
4
4
H Me
5
O 2N
NO2
(R)(5S) 5-Nitro-2,3-hexadieno
5
C
H Me
C
()
C
()
2
Me H
2
Me H
C
(4)
(S)(5R) 5-Nitro-2,3-hexadieno
3-Metoxicarbonil espiro[5.5]undecano CO2Me
Ningún estereoisómero (plano de simetría): CO2Me plano de simetria H
1,6-Dibromo-2,4-hexadieno BrCH 2 CH CH CH CH CH2Br
Tres estereoisómeros Z / E: H BrCH2
H CH2Br
2
H
H
H
CH2Br
4
H
4
H BrCH2
H
2
H H
H
2
H
H
BrCH2
CH2Br
4
H
H
4
CH2Br
2
H
BrCH2
(1)
(2)
(3)
(3)
(2Z,4Z)
(2E,4E)
(2Z,4E)
(2E,4Z)
2,3-Dimetilpentanal CH3 CH3 CH3 CH2 CH CH CHO
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
2
Me Me
3
Me
H
H CHO Et
OHC Et
2
Me 3
Me
2
H Me
3
Me CHO Et
OHC Et
2
H 3
Me
H (1)
H (2)
H (3)
H (4)
(2R,3R)
(2S,3S)
(2S,3R)
(2R,3S)
RA-1,2,3,4
471
5-Metil-1,3-ciclohexanodiona O
1
3
O
5
CH3
Ningún estereoisómero (plano de simetría): O
Me
O
H
plano de simetria
1-Metil espiro[4.4]nonano Me
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
Me (CHH)C2
1
5
C5(CCC)
Me
Me 2
2
H
(1R)
(CCC)C5
1
1
H
Me 5
(1)
1
H
H
(2)
(1S)
C2(CHH)
RESPUESTA 4.6
2-Cloro-1,3-ciclopentanona
O
O Cl
Ningún estereoisómero (plano de simetria) 1,3-Ciclohexanodiol HO
OH
Tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma meso.
OH OH 1
H
3
H
(1) cis (1S,3R)
H
H OH 1
H
3
OH
(2) trans (1S,3S)
3
OH
OH 1
H (3) trans (1R,3R)
RA-1,2,3,4
472
1,2-Dimetilciclobuteno Me
Me
Ningún estereoisómero (plano de simetria) 4-Amino-2,3-butadieno CH3 CH
C
CH NH2
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros (eje quiral)
NH2 C
C
C
C
()
C
H 2N
()
H CH3
C
H
H (R)
H CH3
(S)
2-Metil-1,3,butadieno CH3 CH2
C
CH
CH2
Ningún estereoisómero: Me
H
H H H
H
2-Metoxicarbonil-1,3-ciclohexadiona
O
O CO2Me
Ningún estereoisómero (plano de simetria) 2-Metoxi espiro[3,3]heptano OMe
Ningún estereoisómero (plano de simetria) OMe
H
RA-1,2,3,4
473
3-Nitro-1-penteno NO2 CH3CH2 CH CH CH2
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros H
H
3
3
NO2 CH CH2
Et
O2N H2C CH
(3S)
Et (3R)
1,2,3-Pentatrieno CH2 C C CH CH3
Ningún estereoisómero:
H
C C
()
H
H
C C
CH3
Ciclohexilamina NH2
Ningún estereoisómero (plano de simetria): H
NH2
RESPUESTA 4.7
a) 3-Nitrociclobuteno
Dos estereoisómeros: una pareja de enentiómeros (3R)/(3S).
NO2 2
1
1
NO2
2
3
3
H
H (3R)
(3S)
b) 3-Metilclorociclohexano
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros. Me 3
Cl 1
H
H cis (1S,3R)
H
H
1
3
Cl
Me cis (1R,3S)
Cl
H
1
3
H
Me trans (1S,3S)
Me 3
H 1
Cl H trans (1R,3R)
RA-1,2,3,4
474
c) Ácido 1,3-ciclopentanodioico
Tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma meso.
CO2H
H 1
3
CO2H
H
3
1
CO2H
trans (1S,3S)
CO2H
CO2H
CO2H
H
1
3
H
H
H
trans (1R,3R)
cis(1R,3S) (MESO)
d) Espiro [3.3] 2-metoxicarbonil-6-formilheptano
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros (eje quiral)
CO2Me H OHC
6
2
MeO2C 6
2
H
H
(R)
H CHO
(S)
e) 5-Fenil-2,3-hexadieno
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros.
C
C
C
H 5
H
Me
C6 H 5
Me
C
5
C6H5
C
()
Me
H ()
H
H 5
H
Me
C6H5
Me
5
C 6H 5
C
C
()
C
()
H
C
Me
(R)(5S)
H C
H
H
(S)(5R)
Me
C
C
Me H
H
(R)(5R)
(S)(5S)
f) 3-Metil-4-hexen-2-ona
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros (Z)/(E)
H
H H H MeCO
Me
Me H
Me
3
3
Me
(Z) (3R)
Me
H COMe
(Z) (3S)
H H Me
Me H
H
H
3
3
COMe
(E) (3S)
MeCO
H Me
(E) (3R)
RA-1,2,3,4
475
g) Metilciclopropano
Ningún estereoisómero. Me
H RESPUESTA 4.8
Apartado 1: C(CHH)[3] Me
Et 1
Cl
2
1
[4](HHH)C
OH
C(CHH)(ClCC)[3]
Cl[1]
2
[1](O)C
C(OCC)[2]
(1)
C(CHH)(HHH)[4]
C(ClCC)[2]
(1S)
(2R)
(1S,2R) 1-Cloro-2-etil-2-hidroxi-1-metilpropano
1
[1](ClHH)C
H
MeO 2
H
C(CHH)[3]
C(OOC)[2]
O
CH2Cl
2
[1](O)
H[4]
3
C(CCH)[2]
C(OCH)[3]
(2)
H[4]
(3R)
(2S)
(2S,3R) 2-Clorometil-3-metoxiciclobutanona
Et
Me
O
3
[4]H
OH H
3
1
C(CHH)(HHH)[3]
C(CHH)(CCC)[3]
5
OH[1]
[1](OOC)(CHH)C
C(CHH)(OCH)[2]
C(HHH)[4]
C(CHH)(OOC)[2]
(3)
5
(5S)
(3S)
(3S,5S) 4-Etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona
Apartado 2: Cl
Cl
1
H[4]
H 2
8
5
H
[2](CCC)(CHH)C
3
H2C
CH CH
C(CHH)(CHH)[3]
Cl[1] (2R)
(Z)(2R) 2,8-Dicloro espiro [4,5] decano
Cl
2
C H
H CHO
H2C=HC 2-Cloro-3-butenal
Cl[1]
Cl
O
(2R)
[3](CCH)C
2
C(OOH)[2]
Hl[4] (2R)
RA-1,2,3,4
476
C 6H 5
C6 H5 CH3 CH
CH C
C CH
CMe3
C(CCC)(CCH)(CCH)[1]
CH CH2 C CH
Me3C
[3](HHH)(CCC)C
3
C(CCC)(CCH)[2]
C(CCH)[4] (3R)
3-Fenil-3-t-butil-4-hexen-1-ino
Apartado 3: CH2NH2 CH3CH2 CH CH CH3 OH 3-Metilamino-2-pentanol
H NH2CH2
3
HO
2
NH2CH2
Et
H
Et
Et
3
3
H HO
H
Et
2
2
Me
H
H CH2NH2
Me
H OH
Me
Me
(2S,3S)
H
HO
OH
2
H
(2R,3R)
Et
CH2NH2
3
3
CH2NH2
2
Me
Et
H
CH2NH2 3
3
2
2
H HO
Me
H
H Et
NH2CH2
NH2CH2 Me
H OH
Me
Et
3 2
OH
H
H
(2S,3R)
(2R,3S)
RESPUESTA 4.9
1. (3-Metil-2-ciclohexenil)amina NH2 1 2 3
CH3
Dos estereoisómeros (una pareja de enantiómeros): 5
6
NH2 1
4
Me
3
2
H
NH2
6
5 4
1
H
2
3
Me
RA-1,2,3,4
477
NH2[1] [3](C5HH)C6
1
NH2[1]
C2(C3CH)[2]
1
[2](C3CH)C2
H[4]
C6(C5HH)[3]
H[4]
(1R)
(1S)
2. 5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido CHO 1 2 3
CH3
5
Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros): Me 4
CHO[1]
CHO
6
5
H 3
1
[3](C5HH)C6
1
H
2
Me[3]
C2(C3CH)[2]
5
[2](C1 CH)(C2CH)C3
H[4]
H[4]
(1R)
Me 5 4
CHO
6
1
H 3
H
cis(1R,5R)
H
5
1
H
2
(5R)
Me
CHO 6
4
4
1
Me
3
H
2
3
cis(1S,5S)
CHO
6
5
H 2
C1(C2CH)(OOH)[1]
H
CHO 6
5
1
Me
H
trans(1R,5S)
4
3
2
trans(1S,5R)
3. Ácido 2-Metil-3-pentenoico CH3 CH3
CH CH CH CO2H
Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros): H 4
H
3
Me
H
C3[2]
H [4]H
2
Me
H
Me
CO2H
CH CO2H
Me[3]
Me (Z)
H 4
Me
H
2
Me
(2R)
H H
3
H
(Z)(2R)
3
Me 4
4
Me
H
HO2C
Me H
3
H
2
2
CO2H
CO2H[1]
2
H (Z)(2S)
Me
Me
H
(E)(2R)
3
4
H
2
CO2H
HO2C
H
Me
(E)(2S)
RA-1,2,3,4
478
4. 2-Cloro-1-etilidenciclohexano CH CH3 Cl
1
2
Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros) Cl
Cl Me
H
H
Me
(Z)
(E)
Cl
3
Cl[1]
2
1
Me
H
2
[3](C4HH)C3
H
C1(CCC)[2]
H[4] (Z)(2R)
3
(2R)
Cl
Cl
2
H
2
1
Me H
Me
1
3
Cl
3
H
H
(Z)(2R)
Cl
2
2
1
H
(Z)(2S)
H
1
H
Me
Me
(E)(2R)
3
H
(E)(2S)
5. (9-Acetil-3-ciano-2-hidroxi) espiro[5.5]undecano
10
MeCO
11
OH
1
2
6
9 8
CN
3
7
5
4
Ocho estereoisómeros (cuatro parejas de enantiómeros): OH
1
H MeCO
2
H
6
3
H
4
OH[1]
C1(C2HH)C 2(OC3H)[1]
[2]H [1]MeCO
6
C5(C4HH)C4(C 3HH)[2]
[3](C6HH)C1
2
H[4] trans
CN
(2R)
C3(C4CH)[2]
C(NNN)[2] [1](OC1 H)C2
3
C 4(C5HH)[3]
H[4] (3R)
RA-1,2,3,4
479
1
H MeCO
OH
OH 2
CN
H
6
H
4
H
3
3
1
2
CN H
6
4
trans- (2R,3R)
1
H MeCO
trans- (2S,3S)
OH
OH 2
H
H
6
3
H
3
CN
6
trans- (2S,3R)
OH
OH 2
CN
H
6
2
CN
H
H
6
6
COMe H
4
cis- (2R,3R)
MeCO H
1
H
3
3
4
1
H COMe
4
trans- (2R,3S)
MeCO H
1
2
H
CN
4
1
H COMe
cis- (2S,3S)
OH
OH 2
H 4
H
2
H 3
3
CN
CN
cis- (2R,3S)
H
1
6
COMe H
4
cis- (2S,3R)
Este espirano tiene un eje quiral, es decir, se puede emplear la nomenclatura (R)/(S) en lugar de los descriptores cis y trans: trans-(2R,3R) = (R)(2R,3R)
trans-(2R,3S) = (S)(2R,3S)
trans-(2S,3S) = (S)(2S,3S)
trans-(2S,3R) = (R)(2S,3R)
cis-(2R,3R) = (S)(2R,3R)
cis-(2R,3S) = (R)(2R,3S)
cis-(2S,3S) = (R)(2S,3S)
cis-(2S,3R) = (S)(2S,3R)
6. 1,2,3-Trimetilciclobuteno Me
Me
Me
Dos estereoisómeros (una pareja de enantiómeros):
RA-1,2,3,4
480
Me
Me
3
3
H 2
1
Me
H
Me
1
2
Me
Me
Me[3] 3
[2](C1HH)C4
Me[3]
C2(C1CC)[1]
3
[1](C1CC)C2
H[4]
C4(C1HH)[2]
H[4]
(3R)
(3S)
RESPUESTA 4.10
(1) Ácido 2-Amino-3-metilpentanoico
Me
H
H(Et)
NH2
H2 N
CH3CH2 CH CH CO2H (H)H2N
CO2H(Me)
H
CO2H
2 3
Me
Et (2R,3R)
(2) 1-Cloro-2-metil-1,3-butadieno Me
Cl
Cl
Me
H
CH CH2
H H H
H
(E)
(3) 1-Etoxicarbonil-1,2-propadieno H
H C
C C CO2Et
H
(ópticamente inactiva)
(4) 1,2-Dimetilciclohexano H 6
1
Me
Me Me 2
H
3
2
H trans (1S,2S)
H[4]
H 1
Me
[2](CHH)C6
1
Me[3] C2(CCH)[1]
Me[3] (1S)
[1](CCH)C1
2
C3(CHH)[2]
H[4] (2S)
RA-1,2,3,4
481
(5) 1-Ciano-2-metil-2-vinilciclobutano
1
CN H
CH2 CH
H
2 2
[3](CHH)C4
1
C(CCH)[2] C2(CCC)[2]
[1](CCH)C1
2
C3(CHH)[3]
1
Me
Me CH CH2
H[4]
4
3
C(NNN)[1]
CN
trans (1S,2R)
C(HHH)[4]
(1S)
(2R)
(6) 3-Cloro-9-hidroxi espiro[5,5]undecano Cl[3]
Cl HO H
[1]HO H
H[2] H[4] (R)
(7) 1,4-Dimetilciclohexano Me
H 1
H
Me
Me
H
4
Me
H trans (ópticamente inactiva; no es MESO)
(8) 3-Amino-4-metil-3-nitro-1-hexen-5-ino
C Me
NO2
1
HC C CH C CH CH2 NH2
H 2N
C
CH NO2
Me
H CH CH2
Me
CH H
4
H 2N
CH CH2
3
NO2 (3S,4R)
(9) Ácido 2-amino-3-metilpentanoico H Me CH3CH2
NH2
CO2H NH2
Me 3
C CH CH CO2H Et
H
2
H
HO2C
H
2
3
NH2 Et
Me (2S,3S)
RA-1,2,3,4
482
(10) 2,3-Diclorobutano
Cl
Cl
Me
Me H
Cl
Cl
2
CH3 CH CH CH3
3
Me
Me
H Cl
2
3
H Cl
H (2R,3S) (MESO)
RESPUESTA 4.11
Los radicales están ordenados de menor a mayor.prioridad:
CARBONO CH3 CH2
C CH2CH2
CH3−CH=CH−CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(HHH)
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CHH)
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CHH)
C1(CHH)
C2(CCH)
C3(CCC)
C1(CHH)
C2(CCC)
C3(CHH)
C1(CHH)
C2(CCC)
C3(CCH)
C1(CHH)
C2(OOC)
C1(CCH)
C2(CHH)
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CHH)
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CHH)
CH3 CH2
CH CH CH2
CH3CH2 CH CH CH2
C5(HHH)
CH3 CH3
C
CHCH2
CH3 CH2
C CH2
CH 3 CH 3 CH
C
CH 2
CH3−CO−CH2− CH 3 CH2
CH CH 2 CH CH 3
CH 2
CH
CH
CH 3CH2 CH CH
C4(HHH)
RA-1,2,3,4
483
CH 3 CH 3 CH
CH
CH
H2C=CH−CH=CH−
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(HHH)
C1(CCH)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CHH)
C1(CCH)
C2(CCC)
C6H5 C6H5
CH
CH2CH3 CH2
C1(CCC)
C
N C
C1(NNN)
Me−CO−CH2−CO−
C1(OOC)
H2N C
C1(OON)
O Me C
C1(SSC)
C2(HHH)
C1(SSC)
C2(CCC)
S C6H5 C S H2N C
C1(SSN)
S
C1(BrOO)
Br C O
NITRÓGENO
H2N−CH=N−
N1(CC)
HO−NH−
N1(OH)
O C6H5
S NH
N1(SH)
O
OXÍGENO
H2C=CH−CH2−O−
O1(C)
C2(CHH)
N
O1(C)
C2(NNN)
H2N−O−
O1(N)
N2(HH)
C6H5−N=N−O−
O1(N)
N2(NN)
C O
RA-1,2,3,4
484
AZUFRE
C6H5 S
S1(C)
C6H5 S
S1(OOC)
O O
S1(OOOOC)
C6H5 S O
RESPUESTA 4.12
1,2-Ciclohexanodiol (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros): plano de simetria OH
OH OH HO
6
1
H
3
(CHH)C6
2
H
1
(ClCH)C1
C2(ClCH)
2
H
H
(1S)
(2R)
C3(CHH)
cis-(1S,2R) (meso)
6
OH
H
3
3
2
1
H
H
HO
2
OH
1
OH
trans-(1S,2S)
6
H
trans-(1R,2R)
1,3-Ciclohexanodiol (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros): plano de simetria OH
1 6
2
5
(CHH)C5
3
H 4
OH
OH
OH H
1
(ClCH)C1
C3(ClCH)
3
H
H
(1R)
(3S)
C5(CHH)
cis-(1R,3S) (meso)
OH 1 6
OH 2
H 3
H 5
4
OH
trans-(1R,2R)
H
2
3
1
H
OH 4
6
5
trans-(1S,2S)
RA-1,2,3,4
485
1,4-Ciclohexanodiol (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans): centro de simetria
plano de simetria OH
OH 1
4
1
H
H
H
HO
4
H
OH
cis
trans
Los carbonos C1 y C4 no son estereogénicos, ya que ambas moléculas tienen un elemento de simetría. No se puede asignar configuración absoluta a ninguno de los dos carbonos, puesto que cada uno de ellos tiene unidos dos sustituyentes iguales. No son formas meso. 2-Bromociclohexanol (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros): Br
OH OH
6
Br
1
3
1
(CHH)C6
2
H
H
C2(BrCH)
2
(OCH)C1
C3(CHH)
H
H
(1S)
(2R)
cis (1S,2R)
OH
6
Br
1
3
3
2
2
H
Br HO
cis-(1S,2R)
OH
6
1
H
H
6
H
1
H
2
H
cis-(1R,2S)
H
3
3
HO
2
Br
Br
trans-(1S,2S)
6
1
H
trans-(1R,2R)
3-Bromociclohexanol (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros):
OH 6 1
H 2
5
OH
Br
1
4
(BrCH)C3
3
Br 3
(OCH)C1
C5(CHH)
H
H
(1S)
(3R)
H
C5(CHH)
cis (1S,3R)
Br 6 H
5
Cl
1 2
5 4
3
6
Cl
4
Br 1
3
2
H
Br 6 H
cis (1S,3R)
4
3
Br 1
2
H
Cl
Cl
cis (1R,3S)
6
H
4
3
2
H
H
5
5
H
1
trans (1R,3R)
trans (1S,3S)
4-Bromociclohexanol (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans): plano de simetria
plano de simetria
OH
OH
Br
1
4
H
H cis
H
1
4
H
Br trans
RA-1,2,3,4
486
Los carbonos C1 y C4 no son estereogénicos, ya que ambas moléculas tienen un elemento de simetría. No se puede asignar configuración absoluta a ninguno de los dos carbonos, puesto que cada uno de ellos tiene unidos dos sustituyentes iguales. No son formas meso. RESPUESTA 4.13
NH2[3]
NH2
H
NH2[1]
[2]H
H2N
H
H[4]
(1)
(R)
(R)-2,6-Diamino espiro[3.3]heptano
HO2C
CO2H[3]
CO2H
6
[1]HO2C
2
H
H[2]
H
H[4]
(2)
(S)
Ác. (S)-espiro[3.3]Heptano-2,6-dicarboxílico
H[4]
H H
7
2
Me
[2]H
Me[1]
CH2OH
CH2OH[3]
(3)
(S)
(S)-2-Hidroximetil-7-metil espiro[3.5]nonano
En la molécula (4) C6 no es estereogénico, pero presenta isomería cis-tras respecto a C1 (en este caso, el estereoisómero es cis) H CO2H
CO2H[1]
H 1
6
[3]CH2
CO2H
1
C4[2]
H[4]
(4)
(1R)
Ác. cis-(1R)-espiro[3.3]heptano-1,6-dicarboxílico
RESPUESTA 4.14
Molécula (1) C6H5
H
C6H5
2
H O H
5 1
Me
Me (R)-(5S)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
H[4]
H[4]
H
3
O
[1]C6H5
H[2] Me[3] (R)
[2](CHH)C3
5
C1(OOC)[1]
C(HHH)[3] (5S)
(1)
RA-1,2,3,4
487
Molécula (2) C6H5
H
O H
2
Me
O
H
H
1
5
C1(OOC)[1]
H[4]
H[4]
(5R)
(R)
(R)-(5R)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
(2)
[2](CHH)C3
C6H5[1]
[2]H
5
C6H5
C(HHH)[3]
Me[3]
Me
Para nombrar las moléculas,(1) y (2) se puede emplear también la geometría del doble enlace:
C6H5
H
2
H O
H
5
C6H5
Me
1
Me
2
O
5
H
1
(1)
(2)
E-(5S)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
Z-(5R)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
Molécula (3) Me[3] CO2H[1]
[2]H H[4] (R)
H[4] [2]CH2
Me[3] C=C[1]
2
4
[1]MeCH
Me[3]
CH2[2]
H[4] (4S)
(2S)
Me[3] [2]CH2
5
CHMe[1]
H[4] (5R)
Me Me
5
H
1
HO2C
H
4
H
H
2
Me Ác. (R)-(2S,4S,5R)-2,4,5-trimetilciclohexilidenacético
RESPUESTA 4.15
H Me
1
C
4
2
CH
H Me
(1) (Z)-1-(4-Metilciclohexiliden)-1-propeno
H Me
4'
4
Me H
(2) (E)-4-Metil-1-(4-metilciclohexiliden) ciclohexano
RA-1,2,3,4
488
H
Me
H
3'
1' 1
5'
Me
3 5
(3)
(3S,3'R)-1-(3'-Metilciclohexiliden)-3-metilciclohexano
Me[3] [1](CCC)C1
3
Me[3]
C5(CHH)[2]
3'
[2](CHH)C'5
H[4]
C1'(CCC)[1]
H[4]
(3S)
(3R')
Me
H 3
1
1
4'
Me H
6
(4)
(R)(3R)-1-(3-Metilciclohexiliden)-4-metilciclohexano
C3(CCH)[3] [2]H
Me[3]
Me[1]
3
[2](CHH)C6
C6(CHH)[4]
C1(CCC)[1]
H[4]
(R)
(3R)
(eje quiral)
5
6 1
H 3
Me
2
C
C
4'
H Me
(5) (Z)-(3R)
H[4] [2](CHH)C5
C
C
H[2]
4'
[1](CCC)C1
Me[1]
[1](CCH)C3
Me[3] (Z)
(3R)
Me[3]
Me 4
H
C5(CHH)[2]
3
C
C
4'
H Me
[1]Me
H[2]
(6)
H[4]
(R)
(R) (eje quiral)
RA-1,2,3,4
489
RESPUESTA 4.16
Me 1
2'
Me
Me 6
7 8
H
2 5
3
10
4
O
9
Me β−Vetivona (5S,10S)
C1(CHH)C2(CCC)[3] 5
[2](CCH)C10
H[4]
C6(CCC)[1]
[2](CHH)C9
C5(CCC)[1]
10
C4(CHH)C3(CHH)[4]
C(HHH)[3]
(5R)
(10S)
Me 3 3'
Me
5
H
3'
6
4 2
Me Me
H 1
Me Me
2
OH
1
Me
3
OH
H
H 4
6
5
Elemol (1S,3R,4R)
C(OCC)[1] [2](CCH)C3 (CHH)C2
1
C3'(CCC)[2]
C6(CHH)C5(CHH)[3]
[1](CCC)C4
C2(CHH)[3]
3
H[4]
C(HHH)[4]
H[4]
(1S)
Me OH
H 4
4
(4R)
Me
3
2 1
C3(CCH)[1]
C(CCH)[2]
(3R)
3
4
[3](CHH)C5
1
2
CH2CH2OH
H Me Grandisol (1S,2R)
H[4] [1](CCC)C2
1
C(HHH)[4] C4(CHH)[3]
C(CCC)[2]
(1S)
[3](CHH)C4 (CHH)C3
2
C1(CCH)[1]
C(CHH)C(OHH)[2]
(2R)
RA-1,2,3,4
490
O 1
N
Me
6 2
H
OMe
H
5
HO
3
O
4
7
H
8
Cocaina (1S,2S,4S,5R,6R)
[4] [2](CHH)(CCH)C2
N
H [4]
C6(CCH)C5(CCH)[1]
2
[1]N
CH3[3]
O [1] C8(CHH)C7(CHH)[3]
C3(CHH)C4(OCH)[2]
(1S)
5
4
C3(CHH)[3]
H[4]
(2S)
(4S)
H [4]
C(OOO) [1] [3](NCH)C6
[2](CCH)C5
[1]N
C4(OCH)[2]
6
C5(CCH)[2]
C7(CHH)[3]
H[4]
(6R)
(5R)
Me Me H1
OH
2
5
3
4
10
9 8
6
Me
7
Me H β−Acorenol (1R,4R,5S)
C3(CHH)[2]
C(OCC)[1] [3](CHH)C2
1
C5(CCC)[2]
[3](HHH)C
C(OCC)[1]
H[4]
4
[3](CCH)C7 (CHH)C6
C5(CCC)[1]
H[4]
(5S)
Me
H
4
3
H
C10(CHH)C9(CHH)[4]
C4(CCH)[2]
(4R)
(1R)
5
10
5 2 1
OH Me
Me
9
Me 6
8 7
Agarospirol (2R,5R,10R)
RA-1,2,3,4
491
C3(CHH)C4(CHH)[3] 2
[4]H
C4(CHH)C3(CHH)[4]
C(OCC)[1]
[1](CCC)C6
C10(CCH)[2]
5
C1(CHH)C5(CCC)[2]
H[4] [1](CCC)C5
C1(CHH)C2(CCH)[3]
(2S)
C(HHH)[3]
(5R)
Me
(10R)
6
5 11
H 7
4 3
8
Me
H
2
Me H
9
Me
C9(CHH)[2]
10
1
10
Cedreno (2S,3S,7S,9R)
C4(CHH)C5(CCH)[4]
C3(CCC)[1] [3](HHH)C
2
[3](CCH)C7 (C7HH)C11
H[4]
C1(CHH)[2]
(3S)
C3(CCC)C11(CHH)[2]
C6(CCC)[2] 7
C2(CCH)C1(CHH)[2]
C9(CCH)C8(CCC)[1]
(2S)
[4]H
3
[1](CCH)C7 (CCC)C8
C11(CHH)[3]
C8(CCC)[1]
9
C10(CHH)[3]
H[4]
(7S)
(9R)
3
2
4
Me Me
Me 11 H Me
5
7
6
HH
OH
1 8
10 9
Alcohol de Patchouli (1S,2R,5S,6S,8R)
C2(OCC)[1] [2](CCH)C6
1
C10(CHH)[3]
C(HHH)[4] (1S)
C4(CHH)[2]
C3(CHH)[4] [3](CHH)C7 (CCH)C8 (CCC)C11
2
O[1]
C1(CCC)C6(CCH)C5(CCH)[2] (2R)
[4]H
5
C(HHH)[3]
C6(CCH)[1] (5S)
RA-1,2,3,4
492
C1(CCC)[1] [2](CCH)C5
6
H[4]
C7(CHH)[3]
[2](CCH)C6 (CHH)C7
C9(CHH)C10(CHH)[3]
8
C11(CCC)[1]
H[4] (6S)
(8R)
Me HO
O 7
1
6
2 3
Me
5
4
Me Me
H OH
Illudin-s
C(OO)[1] 1
[4](HHH)C
C4(CCC)[3] 5
[4]H
O[2]
C2(CCC)[3]
O[1]
C6(CCC)[2]
(1S)
(5S)
Me O 12
11
H
Me
O
13
12
11 13
H
9
H
16
14 8
H
15
7
HO
10 9
HO
8
14
16
15
H
5 6
7
H
6
Estrona (8R,9S,13S,14S)
C7(CHH)[3] 8
[2](CCC)C10 (CCH)C9
C14(CCH)C13(CCC)[1]
C11(CHH)[3] [1](CCC)C10
H[4]
(9S)
C12(CHH)[3] 13
C(HHH)[4]
C(OO)[1] (13S)
C8(CCH)[2]
H[4]
(8R)
[2](CCH)C14
9
C13(CCC)[1] [2](CCH)C8
14
C15(CHH)[3]
H[4] (14S)
RA-1,2,3,4
493
HO
H 9
7
8 12
10 11
HO
H
H
H 13
2
4 6 14
15
16
18
17
H
9
CO2H
3
5
H
1
8
C13
H
10
Me 20
12
11
OH OH C7
19
HO H
H
Prostaglandina PGF 2α (8R,9S,11R,12S,15S)
PG quiere decir prostaglandina; F denota el hidrógeno C9; α significa que el OH en C9 está hacia abajo; 2 indica que hay dos dobles enlaces H[4] [1](OCH)C9
H[4] C12(CCH)[2]
8
[3](CHH)C10
H[4] C8(CCH)[2]
9
C7(CHH)[3]
[2](CCH)C12
O[1]
(8R)
O[1] (11R)
(9S)
C13(CCH)[3] 12
[2](CCH)C8
C10(CHH)[3]
11
C14(CCH)[2] [1](HO)
C11(OCH)[1]
H[4]
15
C16(CHH)[3]
H[4]
(15S)
(12R)
5
O
H
15
H
14
H
7
6
N
16
13
8
12
H
Me
9 10
OH 11
HO Morfina (5R,6S,9R,13S,14R)
H[4] [2](OCH)C6
5
O[1] (5R)
H[4] C13(CCC)[3]
[3](CCH)C7
6
O[1] (6S)
N[1] C5(OCH)[2]
[2](CCH)C14
9
H[4]
C10(CHH)[3] (9R)
RA-1,2,3,4
494
C15(CHH)[4] 13
[1](OCH)C5
C8(CCH)[3]
C14(CCH)[3]
14
[2](CCC)C13
C12(CCC)[2]
H[4]
(13S)
Me
12
(14R)
H
11
Me
H
9
1
10
O
4
H 5
8
COMe 17
13
2
15
H
11
Me
16
14
2
C9(NCH)[1]
4
O
7
1
10
9 6
5
H
6
H 8
7
Me
COMe
13
12
17 14 15
H
16
H
Progesterona (8S,9S,10R,13R,14R,17S)
H[4] [3](CHH)C7
C11(CHH)[3] 9
[1](CCC)C10
C14(CCH)C15(CHH)[2]
8
C9(CCH)C10(CCC)[1]
C17(CCH)C16(CHH)[2]
(10R)
14
[3](CCH)C8
(13R)
H
4
5
6
2
N1
(14R)
(17S)
17 10
C6(CCH)C7(CCH)[2]
[4] (1S)
C16(CHH)[3]
8
H
H 11
9
H
15
N
(1S,6R,7S,9R,11R,16R)
C9(CCH)C11(NCH)[1]
17
H[4]
Esparteina
1
[2](CCC)C13
H[4]
16
N
COMe[1]
C15(CHH)[2]
7 3
C9(CCH)[2]
C(HHH)[4]
C13(CCC)[1]
C(HHH)[4]
[3](CHH)C3
10
[3](CHH)C1
(9S)
C14(CCH)C8(CCH)[1] 13
C8(CCH)[2]
H[4]
(8S)
[3](CHH)C12
C5(CCC)[1]
13 12 14
C17(CHH)(N)[2]
N[1] [3](CHH)C5
6
H[4] (6R)
C7(CCH)[2]
[4]H
7
C8(CHH)C9(CCH)[3]
C6(NCH)[1] (7S)
RA-1,2,3,4
495
C8(CHH)[3] 9
[2](NHH)C10
C11(NCH)[1]
[2](CCH)C9
11
H[4]
Me
17
13
H
16
C11(CCH)[1]
[4] (16R)
H 11
Me
16
14 8
H
2
15
3
4
5
14
7 6
18
13 17
12
10 9
1
H
6
H
Me
8
HO
7
5
4
H
9
10
3
N
H Me
Me
12
H HO
[2](CCH)C7 (CHH)C17
(11R)
11 2
C12(CHH)[3]
N[1]
(9R)
1
C15(CHH)C14(CHH)[3]
H[4]
16
15
H
H
H
Colesterol
(3S,8S,9S,10R,13R,14S,17R,18R)
C1(CHH)[3] 3
[4]H
O[1]
H[4] [3](CHH)C7
C5(CCC)[2]
8
C14(CCH)C15(CHH)[2]
[1](CCC)C10
C9(CCH)C10(CCC)[1]
(3S)
10
9
(9S)
C13(CCC)[1]
C14(CCH)C8(CCH)[1]
C9(CCH)[2]
[3](CHH)C12
C(HHH)[4]
13
[2](CCH)C8
C17(CCH)C16(CHH)[2]
(13R)
17
H[4] (17R)
C16(CHH)[3]
C15(CHH)[3]
(14S)
C18(CCH)[2] [1](CCC)C13
14
H[4]
C(HHH)[4]
(10R)
C8(CCH)[2]
H[4]
(8S)
C5(CCC)[1] [3](HHC)C1
C11(CHH)[3]
H[4] [1](CCH)C17
18
C(CHH)[2]
C(HHH)[3] (18R)
5. ENLACE QUÍMICO EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS RESPUESTA 5.1
Apartado 1:
1.1) Los dos primeros dibujos son representaciones distintas (estructuras resonantes) del mismo catión pentadienilo. Este catión no es cíclico; por consiguiente, carece de sentido utilizar los términos aromático, no aromático o antiaromático.
RA-1,2,3,4
496
+ * * H2C CH CH CH CH2 * (1)
+ H2C CH CH CH CH2
+ H2C CH CH CH CH2
(2)
El catión ciclopentadienilo es antiaromático, con enlaces sencillos y dobles no localizados. Como el número de dobles enlaces conjugados del catión pentadienilo y del catión ciclopentadienilo es el mismo, la energía de enlace π del primero será mayor que la del segundo: > +
+
(2)
(3)
1.2) El catión (4) es un catión pentadienilo (ver 1.1) Los cationes (5) y (6) son aromáticos. Un sistema con dobles enlaces conjugados, unidos directamente a un átomo de carbono con carga positiva, es tanto más estable cuanto mayor es el número de átomos de carbono que lo constituyen. Un sustituyente que cede electrones (en este caso el Me) unido a una de las posiciones con carga, estabiliza el catión. Energía de enlace π: + * CHMe *
+ * CH2
*
*
>
*
*
*
(6)
(5)
>
+ H * H
*
* H (4)
1.3) El radical (7) es un radical heptatrienilo (ver 1.1) El radical (8) es no aromático y el anión (9) es antiaromático. Energía de enlace π:
(7)
>
=
(8)
(7)
(9)
Apartado 2: El anión bromuro se unirá al átomo de carbono del sistema conjugado que tenga mayor carga (Q = ai2): -a *
a* + -a *
Br
_
* 2a
Br
Q(max.) = 4a2
a * -a * +
Br
-2a * *a
Br CH2 * 2a
_ CH2
+
CH2Br
Q(max.) = 4a2
RA-1,2,3,4
497
-a +*
Br Br
H2C a*
_ +
CH2 a*
H2C
a*
H2C
-3a * CH2
a *
-a * +
CH2
CH2Br
CH2Br * 2a
Br
_
* -2a
Q(max.) = 9a2
a *
-a * + a*
-3a * CH Me
Br CH Me
* 2a
Br
_
* -2a
Q(max.) = 9a2
RESPUESTA 5.2
Apartado 1: (1) (C11H9)(g)
ΔHa
11C(g) + 9H(g)
11ΔHa(C) + 4.5 ΔHa(H2)
ΔHf (C11H9)
11C(grafito) + 9/2 H2(g)
ΔHa(C11H9) = 11ΔHa(grafito) + 4,5 ΔHa(H2) - ΔHf (C11H9) = = 11×171,3 + 4,5×104,2 - 60,4 = 2 292,8 Kcal/mol ∑D0(C11H9) = 5D0(C=C) + 7D0(C-C) + 9D0(C-H) = = 5×148 + 7×89 + 9×97 = 2 236 Kcal/mol
Δ = (ΔHa - ∑D0) = 56.8 Kcal/mol
El anión no se puede describir mediante el modelo de enlace localizado.
RA-5,6,7
498
Apartado 2: El protón del agua se unirá al átomo de carbono con mayor carga negativa: H3O+ (electrófilo) +
2H2O
-a *
a* _ -a*
3a * CH2
HO
_
(nucleófilo)
_ CH2
CH3
* -2a
H+
* 2a
Q(max.) = (3a)2 = 9a2
RESPUESTA 5.3
Reacción 1:
-a *
2a *
-2a *
a=
a*
+ * 2a
* -a
+0,07 *
Qi = a02i
1 15
+0,07 *
+0,27 *
+0,27 *
Σ Qi = 1 * +0,07
* +0,27
El anión cloruro se unirá a los átomos de carbono con mayor carga formal:
+0,07 * +0,07 *
+0,27 *
Cl
+0,27 *
+ Cl * +0,07
_
+
* +0,27
Cl
+
Cl
Reacción 2: 2a _* a *
-a * * a
-a *
-a * * 3a
* -2a
a * * -2a
* -a a*
Q(max.) = 9a2
Ni siquiera es necesario calcular el valor numérico de la carga, ya que ésta será máxima en el átomo de carbono con mayor coeficiente a0i. _ CH2
CH2
CH2
H3O+
_ H
H
H
RA-5,6,7
499
RESPUESTA 5.4
Apartado 1: Subapartado a): Los radicales (1) y (2) son representaciones distintas de la misma molécula (estructuras resonantes) Al ser una molécula no cíclica carece de sentido aplicarla los calificativos de no aromática aromática o antiaromática.
El radical (3) es no aromático y tiene tres enlaces localizados: dos sencillos y uno doble, de diferentes longitudes y energías. Debido a que ambas moléculas tienen un sistema conjugado de tres carbonos, es posible comparar sus energías de enlace π. Me CH CH CH2
CH3
CH3
CH CH CH2 H
(1)
(2)
(3)
Orden de estabilidad: (1) = (2) = (3) Subapartado b): A los cationes (4) y (5) les sucede los mismo que a los radicales (1) y (2) ; son representaciones diferentes de la misma molécula (estructuras resonantes) Sin embargo el catión (6) es antiaromático, con enlaces sencillos y dobles no localizados, pero de diferente longitud y distinta energía. Ahora, el sistema conjugado es de cinco carbonos en los tres casos:
CH3
CO2Et
CH3
+ H2C C CH CH CH CO2Et
H2C C CH CH CH CO2Et +
CH3
(6)
(5)
(4)
+ H
Orden de estabilidad: (4) = (5) > (6) Subapartado c): La molécula (7) es un catión pentadienilo (sistema conjugado de cinco carbonos no cíclico) De nuevo carece de sentido aplicarla los términos de aromática, no aromática o antiaromática. Los cationes (8), (9) y (10) son aromáticos y todos tienen mayor energía de enlace π que (7) La molécula (10) es un sistema conjugado de once carbonos, mientras que (9) y (8) tienen sistemas de 9 y 7 carbonos conjugados respectivamente.
+ CH2
CH2
Me + H H H (7)
+ + H (8)
Me
H (9)
H
H
(10)
Orden de estabilidad: (10) > (9) > (8) > (7)
RA-5,6,7
500
Apartado 2:
El anión cloruro se unirá al átomo o átomos de carbono que tengan la máxima carga positiva: 2a * CH2
Q(max.) -a *
+ CH2 * -a
Me
+ *a
CH2Cl
_ Cl
Me
Me
Q(max.) = 4a2
Q(max.)
a * +
-a *
+ H
* 2a
Cl
H
_
Cl
* -2a
* a
+
Q(max.) Q(max.) = 4a2
Cl
_
+ H
2a * CH2 -a * -a *
Q(max.) a*
-a*
* 2a
a *+
Cl
H
+ CH2
CH2Cl Cl
_
-a* +
Q(max.) Q(max.) = 4a2
CH2Cl
CH2 Cl
_
+ H
H
Cl
RESPUESTA 5.5
C6H5 CH2CH3
ΔH 0a ( etilbencen o)
8C(g) + 10H(g)
8ΔH0a (C) + 5ΔH0a (H 2 )
ΔH0f (etilbencen o) 8C(grafito) + 5H2(g)
ΔH0f ( etilbencen o) + ΔH0a (etilbencen o) = 8 ΔH0a (C) + 5 ΔH 0a ( etilbencen o )
RA-5,6,7
501
ΔH0a (etilbenceno) = 8ΔH0a (C) + 5ΔH0a (H2 ) − ΔH0f (etilbenceno) = = 8 × 171 .3 + 5 × 104 .2 − 7.12 = 1884 .3 kcal / mol
∑D
0
(etilbencen o) = 3 × 148 + 5 × 89 + 10 × 97 = 1859 kcal / mol
[
Δ = ΔH 0a (etilbencen o) −
∑D
0
]
(etilbencen o) = (1884 .3 − 1859 ) = 25.3 kcal / mol
La molécula de etilbenceno no se puede describir mediante el modelo de enlace localizado.
6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD RESPUESTA 6.1
Reacción 1: ΔG = -1,36 ΔpKa = -1,36 (15,7-17) = 1,8 Kcal/mol
Keq. = antlog ΔpKa = antlog (15,7 – 17) = 0,05
La reacción no es válida; el equilibrio está desplazado hacia la izquierda: CH3CH2OH + NaOH
_ CH3CH2O Na+
pKa 17
Keq = 0,05
+ H2O pKa 15,7
Reacción 2: Reacción de oxidación-reducción. No es aplicable el concepto de pKa; tampoco es posible calcular ΔG0 porque no se dispone de datos.
La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado a la derecha (eliminación de H2): 2CH3OH + 2Na
_ 2CH3O Na+
+ H2
Reacción 3: ΔG = -1,36 ΔpKa = -1,36 (9,24-19) = 13,3Kcal/mol
Keq. = antlog ΔpKa = antlog (9,24 – 19) = 1,7x10-10
La reacción no es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la izquierda:
Me3C_OH + NH3(liq.) pKa 19
_ Me3C_O + NH4+
Keq = 1,7 x 10-10
pKa 9,24
RA-5,6,7
502
Reacción 4: ΔG = -1,36 ΔpKa = -1,36 (35-16,5) = -25,2 Kcal/mol
Keq. = antlog ΔpKa = antlog (35-16,5) = 3,2x1018 La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la derecha:
2Me2CH_OH + 2Na+ H
_ 2Me2CH_O Na+ + H2
_
Keq = 3 x 1018
pKa 35
pKa 16,5
RESPUESTA 6.2
Reacción 1:
H
O
O
C CH2
C H
+
HO
_
O
_
H
C CH
O
pKa 5
Keq = antlog(15,7-5) = 5.01x10 10
H2O
C H +
pKa 15,7
La reacción si es útil en síntesis (equilibrio muy desplazado hacia la derecha) Reacción 2: _ CH4 + CH3CH2O
_ :CH3 + CH3CH2OH
pKa 49
Keq = antlog(17-49) = 10-32
pKa 17
La reacción no es útil en síntesis (equilibrio desplazado totalmente hacia la izquierda) Reacción 3: _ CH3
CN + CH3O
_ :CH2
CN + CH3OH
pKa 25
Keq = antlog(15.2-25) = 1.58x10-10
pKa 15.2
La reacción no es útil en síntesis (equilibrio desplazado totalmente hacia la izquierda) Reacción 4: _ CH3
:NH2
NO2 +
_ :CH2
:NH3
NO2 +
pKa 10.2
Keq = antlog(36-10.2) = 6.31x1025
pKa 36
La reacción si es útil en síntesis (equilibrio muy desplazado hacia la derecha) Reacción 5: CH3
CO CH2 pKa 11
CO2C2H5
+
_ HCO3
_ CH3
CO CH CO2C2H5
+ H2CO3
Keq = antlog(6.35-11) = 2.2x10-5
pKa 6.35
La reacción no es útil en síntesis (equilibrio desplazado totalmente hacia la izquierda)
RA-5,6,7
503
RESPUESTA 6.3
Apartado 1: CH3(a) H
ΔG 0298 = −1700 cal / mol
CH3(e) H
ΔG 0298 = −2.3 R T log K eq
log K eq = −
ΔG 0298 2. 3 R T
=−
ΔG 0298 2.3 × 1.987 T
=−
ΔG 0298 4.57 T
⎛ ΔG 0 ⎞ 1700 298 ⎟ K eq = ant log ⎜ − = ant log = 17.7 ⎜ 4.57 T ⎟ 4.57 × 298 ⎝ ⎠
Apartado 2: CH3(a) H
CH3(e)
(1_α)
α
K eq =
H
α = 17.7 ; α = 0.946 ; (1 − α ) = 0.054 (1 − α )
[(e)-Metilciclohexano] = 94.6 %
[(a)-Metilciclohexano] = 5.4 %
Apartado 3: En los ciclohexanos sustituidos existen interacciones de van der Waals entre los átomos de hidrógeno y los sustituyentes unidos a enlaces axiales (metilo en el ejemplo):
H
H
H H
H
H
H
H H
H
H H
Al aumentar la temperatura hasta 1500 C, el equilibrio se desplaza hacia la conformación menos estable, es decir, hacia la conformación en la que el metilo está en posición axial: CH3(a) H
1500 C
CH3(e) H
RA-5,6,7
504
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS RESPUESTA 7.1
La molécula A es una olefina. Después de la adición de HOCl, los grupos OH y Cl deben estar situados en los carbonos que en la olefina estaban unidos por el doble enlace: OH Cl
HOCl
CH3 CH CH CH3
CH3 CH CH CH3 3-Cloro-2-butanol
Como sólo se obtiene una pareja de enantiómeros, es razonable suponer que la reacción transcurre a través de cationes cloronio. Después de la adición, el Cl y el OH estarán situados en lados opuestos del plano molecular. Se trata de averiguar si el 2-Buteno de partida es Z o E. Me H Cl
Me OH
H
2
3
OH
2
Me
3
H 3
Me H
Cl
2
H Me
H Me
Cl
H
Cl
3
H Me
Me OH
Me HO Me
(2S,3R)
Me H
HO H
OH 3
3
Me
H
H
Me
OH 3
2
H Cl
H Cl
Me
H
Me
2
Cl
3
OH
(1)
(2S,3R)
2
2
2
Cl
H
(2)
(2R,3S)
Me
(2R,3S)
Fijándose en la pareja de enantiómeros, se ve bien que ambos provienen del (E) 2-Buteno:
1
+ Cl 1
H Me
Me H
H
Cl 2
Cl 2
Me H
Cl +
H Me
2
2
1
2
H Me
Cl +
3
H Me
_ Me
2
Me
Me H (2S,3R) OH
(1)
HO 1
(2S,3R) H
3
H Me
3
HO
_ HO
2
1
Me
Me H (2R,3S) Cl
HO
H Me
H
OH 2
3
(2R,3S)
2
Cl
(2)
H
Me
RA-5,6,7
505
RESPUESTA 7.2
H CH3 CH 2
HO
3
3
HO
Et
Et
2
Me OH
3
H
(2R,3R)
(2S,3S)
H
H
2
Et
3
OH
H
Me
OsO4
CH3 CH CH CH2 CH3 2
Me
HCO3H
CH CH2 CH3
H
2
3
OH
HO
OH
HO
2
Me Et
3
H
H
(2R,3S)
(2S,3R)
Con ácido peroxifórmico la adición al doble enlace es anti : H Me HO
H OH
Me
2
3
OH
2
Et
3
H Me
HO
Me
H Et
H Et
H OH
OH (2R,3R)
(2R,3R)
H 2
HO Et
H Me
HO Me
Et
OH
2
3
3
OH
3
2
3
2
3
H Et
HO
H
HO
H
H
Me
OH 2
3
2
H HO
H OH
Et
H
Et
HO
H
Me (2S,3S)
(2S,3S)
Fijándose en la pareja de enantiómeros, resulta obvio que la olefina de partida es el (Z)-2-Penteno: Et
H
OH 2
3
1
H O H
2
3
H Me
Et
1)RCO3H
+
H Et
2)H3O+
HO
HO
H Me
H2O
H Me 1
(Z) 2-Penteno
(2S,3S) H Me
anti
2
2
3 2
H Et
(2R,3R) OH
Con tetraóxido de osmio la adición al doble enlace es syn : H Me Et
H OH
Me
2
3
OH
2
OH
3
H (2R,3S)
Et
Et
Me 3
H OH
H HO
HO
OH 3
2
H OH
2
Et
Me H
H (2R,3S)
RA-5,6,7
506
H HO HO
H Me
HO
2
3
Me
2
Et
3
OH 2
3
H Et
H Et
HO
H
HO
H Me (2S,3R)
(2S,3R)
De nuevo es evidente que la olefina es el (Z)-2-Penteno: O
O Os O Et H Et H
3
O
3
2
HO
H 3O +
Me H
OH 2
3
Et H
(2R,3S) H
Me
Me OsO4 syn H
2
Et H
2
3
O
O
H
H3O+
Me H
Me H
Et 3
2
HO
(2S,3R)
OH
Os O
O
Reacción del (Z) 2-Penteno con ácido hipocloroso:
CH3 CH CH CH2 CH3
OH Cl
HOCl
Cl
CH3 CH CH CH2CH3
+
3-Cloro-2-pentanol
1
+ Cl 1
H Me
H Et 2
1
H Et
Me
H
Cl 2
3
H Et H
Cl 2
H Me
2-Cloro-3-pentanol
HO
_ HO
Cl +
H Me
(2R,3R) 2-Cloro-3-pentanol 2
3
OH
H Et
HO
2
H Me
2
Cl +
H Et
2
H Me
_ HO
Me
(2S,3S) 3-Cloro-2-pentanol
Et
1 1
OH
CH3 CH CH CH2CH3
(2R,3R) 3-Cloro-2-pentanol
3
Cl
H
2
Cl
OH 2
3
(2S,3S) 2-Cloro-3-pentanol H Et
RA-5,6,7
507
Se obtiene una mezcla de los siguientes estereoisómeros: (2S,3S) 3-Cloro-2-pentanol
(2R,3R) 2-Cloro-3-pentanol
(2R,3R) 3-Cloro-2-pentanol
(2S,3S) 2-Cloro-3-pentanol
Enantiómeros
Enantiómeros
RESPUESTA 7.3
Reacción con tetraóxido de osmio: Me
Me
OH
OsO4
OH
Me
Me
O
O Os
OsO4 syn Me
1
2
Me
O
O
1
2
H 3O +
OH
Me
H 3O + Me
1
2
O
O
2
1
Me
Me
Me
Me
Me
(2)(1R,2S)
2
1
Me
(1)(1S,2R)
OH
OH
OH
Os O
O
(1) cis (1S,2R) 1,2-Dimetil-1,2-Ciclohexanodiol (1) = (2) Forma MESO (2) cis (1R,2S) 1,2-Dimetil-1,2-Ciclohexanodiol Reacción con ácido peroxibenzoico: Me
Me
C6H5CO3H
OH OH
Me
Me
1
OH 1
1)R-CO3H 2)H3O Me
Me
H 2O
2
1
Me
(3) (1S,2S)
2
Me
OH
Me
OH
anti
+
Me
O+ H
Me 2 1
OH
(4) (1R,2R)
2
Me
Pareja de enantiómeros: (3) trans (1S,2S) 1,2-Dimetil-1,2-Ciclohexanodiol y (4) trans (1R,2R) 1,2-Dimetil-1,2-Ciclohexanodiol
RA-5,6,7
508
Reacción con ácido clorhídrico: Me
Me
HCl
Cl H
Me
Me
H
1
1
Cl
1
H
+
Me
Cl
1
_
2
Me
Me
H
Me
Me
2
2
1
Me
Me
1
2
2
1
Me
Cl
+
H
(6) (1R,2S)
2
H+
1
(5) (1R,2R)
Me
Cl
Me
Cl 2
1
_
(7) (1S,2R)
H
Me
Me
Me
Me
2
(8) (1S,2S)
2 2
1
H
Cl
(5) trans (1R,2R) 1,2-Dimetil-2-clorociclohexano Pareja de enantiómeros (8) trans (1S,2S) 1,2-Dimetil-2-clorociclohexano (6) trans (1R,2S) 1,2-Dimetil-2-clorociclohexano Pareja de enantiómeros (7) trans (1S,2R) 1,2-Dimetil-2-clorociclohexano RESPUESTA 7.4
Apartado 1: HBr
C6H5CH2 CH CH CH2CH3
H
Br
C6H5CH2 CH CH CH2CH3 3-Bromo-1-fenilpentano
Br +
H
C6H5 CH CH__CH2CH2CH3 1-Bromo-1-fenilpentano
Como se obtiene una mezcla de dos racémicos, la reacción debe transcurrir a través de carbocationes: 1 1
2
C6H5CH2 CH CH CH2CH3
H + C6H5CH2 CH CH CH2CH3 (1)
H+
2
H + C6H5CH2 CH CH CH2CH3 (2)
RA-5,6,7
509
Br 1 1
+ C6H5CH2 CH2 C (1)
H
Br
C6H5CH2 CH2
H Et
_
racémico del 3-Bromo-1fenilpentano
Et H Et
2 2
C6H5CH2 CH2 Br
En el carbocatión (2) tiene lugar una transposición, que conduce a otro carbocatión más estable (conjugado con con el núcleo bencénico): H C6H5CH
H + CH CH CH2CH3
+ C6H5 CH CH2CH2CH2CH3
(2)
(3)
El carbocatión (3) es el que da lugar al racémico del 1-Bromo-1-fenilpentano: Br 1
C 6H 5 H
1
C6H5
+ C
Bu
Br
_
Bu
racémico del 1-Bromo-1-fenilpentano
H C6 H5 H
2
Bu
2
Br
Apartado 2:
Reacción con ácido peroxibenzoico:
C6H5CH2
H
OH 2
1
3
H H C6H5CH2
Et H
1)RCO3H 2)H3O+
O
+
H C6H5CH2
Et H 1
Et
HO
H (2S,3R)
H 2O anti
2
Et H
HO 2 2
H C6H5CH2
3
OH (2R,3S)
RA-5,6,7
510
Reacción con tetraóxido de osmio: O
O Os O
HO
O
H C6H5CH2 H C6H5CH2
Et H
H 3O +
Et H
OH 2
3
H C6H5CH2
Et H (2R,3R)
OsO4 syn H C6H5CH2
O
O
2
H
3
OH
HO
Os O
Et
C6H5CH2 H
H 3O +
Et H
(2S,3S) O
RESPUESTA 7.5
C6H5 CH3 CH CH CH CH3
HBr
C6H5
C6H5
CH3 CH CH CH2 CH3
+
Br
CH3 CH CH2 CH CH3
Br 2-Bromo-4-fenilpentano
3-Bromo-2-fenilpentano
Durante la reacción tiene lugar un cambio en el esqueleto carbonado, ya que uno de los derivados halogenados que se obtiene no es el 3-Bromo-2-fenilpentano, sino el 1-Bromo-1-fenil-2-metilbutano:
Me
Br
C6H5 CH CH CH2CH3
Lo más razonable es pensar que en uno de los carbocationes formados tiene lugar una transposición:
C 6H 5
+ CH3 CH CH2 CH CH3 1
2
C 6H 5 CH3 CH
CH
CH CH3
Br
_
C 6H 5
Br
CH3 CH CH2 CH CH3
(1) H+ C6 H5
+ CH3 CH CH CH2 CH3
transp.
CH3 + C6H5 CH CH CH2 CH3 (2) _ Br Br
CH3
C6H5 CH CH CH2 CH3
RA-5,6,7
511
Estereoquímica de la reacción con el carbocatión (1): Me
Br
1
4
H C 6H 5
1
Me 4
H C6H5
Me
H___Br CH CH CH3
CH2
H C 6H 5
(4S)
H
+
Br
_
CH2
2
H CH3 (2S,4S)
CH3 2
H
Me 4 2
H C 6H 5
CH2
2
CH3
Br (2R,4S)
Estereoquímica de la reacción con el carbocatión (2): H Br
Me
1
H C 6H 5
1
Me H C6H5
+
Me
Et
H
H
C 6H 5
2
1
Br
+
Et H
C 6H 5
Br
1 2
H
Me
Et
_
(1S,2R)
Et H
2
H Me
C 6H 5 H 2
1 2
Et H
Br
Br
C 6H 5
1 2
H
Me
Et (1R,2R)
Br
Et H
1 1
C 6H 5 C 6H5 H
Me
Et H
C 6H 5
Me
H
1
+
2
Et
+
H
H
Br
C 6H 5 H Me
1 2
Br H
Et
_
(1R,2S)
Me
2
C 6H 5 H
Et H 1
2
Br
2
Me
C 6H 5 Br Me
1 2
H H
Et (1S,2S)
RESPUESTA 7.6
Teniendo en cuenta que la reacción transcurre a través de iones cloronio, la adición al doble enlace de los grupos HO y Cl (marcados en el dibujo con negrita) es anti : OH 1
H
H 2
OH
Cl 3
Cl
(1S,2R)-3,3-Dicloro-1,2-ciclohexanodiol
RA-5,6,7
512
La olefina se identifica también fácilmente en el resto de los estereoisómeros: OH
OH OH
1
H
Cl
H
2
H
Cl
3
Cl
2
OH
H
3
H
1
1
2
OH
H
(1S,2S)
OH
Cl
Cl
Cl
(1S,2R,3S)
(1R,2S,3S)
El compuesto A sólo puede ser: OH H H
Cl
(3S) 1-Cloro-3-hidroxiciclohexeno
OH 1
1
H 1
OH H H
+ Cl
1
HO
_
3 2
OH H H
2
(1S,2R)
3
OH
Cl
Cl
Cl
OH
Cl
2
Cl
H
H
Cl +
2
(1R,2S,3S)
1
H
OH
OH
Cl
OH
Cl 1
1
H OH 2
H H
2
1
HO
_
Cl
Cl +
(1S,2S)
2
H
Cl
H
OH
OH 2
3
H
2
Cl
(1S,2R,3S)
1
Cl
RESPUESTA 7.7
Apartado 1: Como la reacción transcurre a través de cationes cloronio, la adición al doble enlace de los grupos HO− y Cl+ (marcados en el dibujo con negrita) es anti: C6H5 1
H
Cl
2
OH
Cl 3
H
(1S,2S,3R) 1,3-Dicloro-1-fenil-2-hidroxiciclohexano
RA-5,6,7
513
La olefina A es: C6H5 3
Cl
2
1
A (3R) 3-Cloro-3-fenilciclohexeno
C6H5 Cl Cl
C6H5
+
C 6H 5
_ HO
+ Cl
Cl
Cl
A
H
1
2
OH
Cl 3
H
Apartado 2: La reacción de eliminación conduce a una olefina conjugada:
H
Cl
C6H5
C6H5 NaOH
+ HCl
H2O B(C12H12)
A
Esta olefina conjugada reacciona con HCl a través del carbocatión más estable:
C6H5
H H+
C6H5
C6H5
*+
H
+
* (2)
(1)
B
Cl
_
Cl
C6H5
Cl
_
C6H5 H Cl
(pareja de enantiómeros)
(pareja de enantiómeros)
Cl 1 1
C6H5
Cl
+ 2
_
3
(A) (3S)
C 6H 5
racémico I
C6H5 (1) 2
3
(3R)
Cl
RA-5,6,7
514
1
Cl
1
C 6H 5
+
C 6H 5
1
(3R)
Cl 3
_
H
H 2
2
C6H5
1
racémico II
H
(3S)
3
Cl
RESPUESTA 7.8
H
H
Cl
H +
+ H +
H (2)
(1)
carbocatión no estabilizado
carbocatión estabilizado
La reacción tiene lugar a través del carbocatión estabilizado (1): H
H +*
Cl
_
Cl (adición 1,2)
*
H
H Cl
_ (adición 1,4)
+
Cl
Las adiciones 1,2 y 1,4 conducen al mismo producto: el 3-Clorociclohexeno. Estereoquímica: Cl 1
1
3
_ +
(1)
H
H
Cl
H
2
H
3
2
1
1
(3R)-3-Clorociclohexeno
_
(3S)-3-Clorociclohexeno
Cl
Cl
(3R)-3-Clorociclohexeno
3
Cl
H
+ 2 2
H
(3S)-3-Clorociclohexeno
3
Cl
RA-5,6,7
515
La distinción entre control termodinámico y control cinético, hace referencia en este caso a que se obtiene la olefina más sustituida o la menos sustituida en el doble enlace. En el ejercicio, las adiciones 1,2 y 1,4 dan lugar al mismo producto. Esto quiere decir que, tanto si la reacción alcanza el equilibrio (control termodinámico) como si no (control cinético) se obtienen los mismos resultados. En consecuencia, no tiene sentido hablar de control cinético o termodinámico.
RESPUESTA 7.9
H
1
OH 3
H
CH2OH 3
CH2
1
OH
OH
3-Hidroximetil1,3-ciclohexanodiol
(1R)-3-Metilenciclohexanol
Apartado 1: O
O Os O
O
H
CH2
OH
H3O +
H
3
CH2OH
1 3
H 1
CH2
OsO4
OH
OH (1R,3R)
2
OH
H
(1R)-3-Metilenciclohexanol
CH2 O
OH
H3O +
O
3
OH
1
Os
OH
O
O
CH2OH
H
(1R,3S)
Se obtiene una mezcla de (1R,3R) y (1R,3S)-3-Hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol. Apartado 2: 1
H
H 3
H 1
CH2
2
OH
1)RCO3H
1
O+ H
CH2
2)H3O+ OH
1
(1R)-3-Metilenciclohexanol
CH2OH 3
OH
OH
H2O
(1R,3S)
2
OH H 2 1
3
CH2OH
OH (1R,3R)
Se obtienen los mismos estereoisómeros que en la reacción con OsO4.
RA-5,6,7
516
RESPUESTA 7.10
H
1
OH 3
3
H
CH2Cl
CH2
1
OH
OH
3-Clorometil-1,3ciclohexanodiol
(1R)-3-Metilenciclohexanol
+ Cl 1
H
CH2
HO
_ H 1
3
1
CH2
OH
(1R,3S)
carbocatión terciario incipiente
ClOH
3
OH
OH
H
CH2Cl
2
OH (1R)-3-Metilenciclohexanol H
CH2
2
OH
HO
_
OH H 1
Cl +
3
CH2Cl
OH (1R,3R)
carbocatión terciario incipiente
La reacción también puede transcurrir a través del carbocatión primario incipiente, pero los productos sólo aparecerán en cantidades muy pequeñas: + Cl 1
H
CH2
HO
_
Cl H 1
3
1
CH2
ClOH
CH2OH
OH
OH H
3
(1R,3R)
carbocatión primario incipiente
2
OH (1R)-3-Metilenciclohexanol
H
CH2
2
OH
Cl +
carbocatión primario incipiente
HO
_ H 1
CH2OH 3
Cl
OH (1R,3S)
Ahora el resultado es diferente. Se trata de una mezcla de estereoisómeros del 3-cloro-3-Hidroximetilciclohexanol.
RA-5,6,7
517
RESPUESTA 7.11
Me
Cl
Me
(adición 1,4)
(adición 1,2) Cl _
Cl
_
Cl
Me +
Me
1
CH2
1
+ HCl + CH2
CH2
2
+
3-Metilenciclohexeno
2
Cl
_
Cl
CH2
_
CH2Cl Cl
(adición 1,2)
(adición 1,4)
La reacción está sometida a control termodinámico; se obtiene una mezcla mayoritaria de las olefinas sustituidas en el doble enlace: Me
CH2Cl y Cl
3-Cloro-1-metilciclohexeno
1-Clorometilciclohexeno
El átomo de carbono 3 del 3-Cloro-1-metilciclohexeno es estereogénico. Este compuesto procede de un carbocatión que puede dar lugar a dos estereoisómeros: Cl 1
3
Me
1
+ + Me
H
(3R)
1
Me
2
H
Cl
_
2
H 3 2
Me
1
2
Cl
(3S)
Resultado global: Productos mayoritarios: racémico del 3-cloro-1-metilciclohexeno y 1-clorometilciclohexeno.
RA-5,6,7
518
RESPUESTA 7.12
A(C5H10) es un alqueno. Su reacción con OsO4 da lugar a un diol en el que los grupos OH están en posición syn: OH OH CH3 CH CH CH2 CH3 2,3-Pentanodiol H 2
Me Et
OH
HO
OH
H Me
H Et
OH
3
H
(1)
H Me
(2R,3S)
(Z) 2-Penteno
H 2
HO HO
H Et
Me Et
3
Me H
H Et
HO
OH
H
A
(2)
(2S,3R)
O
O Os H Me H
H Et
Me
O
O
H3O+
H Et
OH
HO
(1) H Me
Et
H
H
H
OsO4
A H
H
Me
Et
O
O
H3O+
Me
Et (2) OH
HO
Os O
O
Enantiómeros: (1) y (2)
La reacción de A con ácido peroxifórmico conduce a una adición neta anti de los dos grupos OH: Me
H
OH
1
H + O H
H
1)HCO3H
Me
Et
2)H3O+
(3) HO
H
H Me
H2O
Et 1
Et
H
HO
2
H
Et (4)
2
H Me
OH
RA-5,6,7
519
H HO
H
2
Me
Me
2
OH
+ Et
OH
3
HO
3
Et
H
H
(2S,3S)
(2R,3R)
(racémico del 2,3-Pentanodiol)
La reacción de A con HOCl transcurre a través de cationes cloronio: Me
H
Cl
1
+ Cl
_ H
H Me
(5) HO
Et
Cl
H
HO
Et 1
H
2
Et (6)
2
H
H Et
Me
Cl
H Me
OH
HO
H
+
A
Et
1 2
1
H
H Me
(7) H Me
_ HO
Et X +
Me
H
Cl
OH (8)
2
Cl
H Et
Compuestos: (5) = (7) ; (6) = (8) Enantiómeros: (5) y (7) ; (6) y (8)
H
H 2
HO
Me
Me
2
OH (racémico del 3-Cloro-2-pentanol)
+ Et
3
Cl
Cl
3
Et
H
H
(5)(2S,3S)
(7)(2R,3R)
H
H 2
Me
Cl
Cl
2
Me (racémico del 2-Cloro-3-pentanol)
+ HO
3
Et
Et
3
OH
H
H
(6)(2R,3R)
(8)(2S,3S)
RA-5,6,7
520
RESPUESTA 7.13
Apartado 1:
C6H5
1
2
CH
CH CH
CH C6H5
H+
2
1
C6H5CH2
*
*
+ * CH CH CH *
* * *
*
(9 carbonos conjugados)
+ CH *
CH2 HC
CH C6H5
(7 carbonos conjugados)
[carbocatión más estable] + C6H5 CH2 CH CH CH C6H5
Br
H C6H5CH2 CH
+ C6H5 CH2 CH CH CH C6H5
_
Br
C6H5CH2
C6H5 H
H
Br
_
H CH C6H5 Br
(E)-1-Bromo-1,4-difenil-2-buteno
(E)-3-Bromo-1,4-difenil-1-buteno
Supongamos que la configuración del 1,4-Difenil-1,3-butadieno es (1E,3E): H C6H5CH2 H
C6H5 H
3
1
H
H
H+
+ *
C6H5CH2
C 6H 5
H
H *
Br
H
C 6H 5
3
H
H
H (2)
+ *
H
Br
Br (E) (1R) 1-Bromo
1
H C6H5
H
_
(E) (3S) 3-Bromo
H
H Br
C6H5CH2
*
(E) (3R) 3-Bromo
C 6H 5
H
_
C6H5CH2
C6H5CH2
H
3
C6H5
(1)
(1E,3E)
H
Br
C6H5 H
H C6H5
C6H5CH2
(E) (1S) 1-Bromo
1
H
Br
RA-5,6,7
521
Se obtiene una mezcla de dos racémicos. Uno corresponde al (E)-3-Bromo-1,4-difenil-2-buteno y el otro al (E)-1-Bromo-1,4difenil-2-buteno. Tal como indica el enunciado. Si la configuración del dieno fuese (1E,3Z) el resultado sería el siguiente: H Br C6H5CH2 H
C6H5 H
3
1
H
C6H5
H+
H
H
+ *
C6H5CH2 H
*
H
_ Br
(Z) (3R) 3-Bromo
H
H
(1)
(1E,3Z)
C 6H5
C6 H5
3
H C6H5CH2
H (Z) (3S) 3-Bromo
3
C6H5
H Br H
Br
C6H5CH2 H
*
C6H5CH2
H
(2)
+ *
C6 H5
1
C 6H 5 H
H
_ Br
(E) (1S) 1-Bromo
H H
C6 H5 H
C6H5CH2
(E) (1R) 1-Bromo
1
H
Br
Ahora también se obtiene el racémico del (E)-1-Bromo-1,4-difenil-2-buteno, pero el otro racémico corresponde al (Z)-3Bromo-1,4-difenil-2-buteno, y no al estereoisómero (E). Apartado 2 Br C6H 5
CH CH CH CH2 C6H5
HCl H 2O
Br C 6H 5
OH
Br
CH CH2 CH2 CH C6H5
+
C6H5
(reacción con Cl-)
(reacción con HO- del H2O)
(E) (racémico)
Cl
CH CH2 CH2 CH C6H5
La adición no tiene lugar en los dos carbonos del doble enlace. Hay un cambio en la estructura debido a la transposición de un átomo de hidrógeno. La reacción transcurre a través de carbocationes: Br 1
C6H5
Br C6H5
CH CH CH CH2
+ CH CH2 CH CH2 (1)
C6H5
C6H5 Br
1
2 2
C6H5
+ CH CH CH2 CH2
C6H5
(2)
RA-5,6,7
522
_ HO H
Br
+ C6H5 CH CH2 CH
Br
OH
C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
Br + C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
CH C6H5
(1)
Br
(carbocatión más estable) Cl
_
Cl
C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
Configuración absoluta de los estereoisómeros: C 6H 5 H 1
H
C6H5
1
1
CH2CH2 Br
(1R)
OH CH2CH2
Br
+
HO
H
_
C 6H 5
C 6H 5 H
2
1 2
H C 6H 5
HC H 6 5 CH2CH2
OH
Br H
Br
1
CH2CH2 C6H5
(1R)
+
HO
H
OH 4
CH2CH2
C 6H5
Br H
HC H 6 5
_
C 6H 5 2
(1S,4R)
H C 6H 5
1
H
(1R,4S)
4
Br
1
(1R,4R)
4
1
2
CH2CH2
(1S,4S)
4
OH
C6H5
RESPUESTA 7.14
Reacción 1:
Se obtiene un racémico [A + B] del 1,2-Dicloro-3-fenilpropano: Cl 1
C6H5CH2
CH CH2 1
C6H5CH2
+ CH CH2
Cl +
Cl
2
2
C6H5CH2
Cl
_
CH CH2Cl * [(2R) + (2S)]
C6H5CH2
+ CH CH2Cl
RA-5,6,7
523
Cl
H
CH2Cl (2R)
H
H C6H5CH2
Cl+
H H
C6H5CH2
Cl
H
H C6H5CH2
1
Cl
_
+
1
2
H
C6H5CH2
H C6H5CH2
_ Cl
H
+
CH2Cl (2S)
H
2
Cl
Cl
Reacción 2: 1 1
+ CH2 CH CH3
C6H5
2
Br
Br
_ C6H5
CH2 CH CH3
(1)
[A + B]
+
C6H5
H3O
CH CH CH3
+ CH CH2 CH3
C6H5
2
Br
_
Br C6H5
(2)
CH CH2 CH3 [C + D]
(carbocatión estabilizado)
La reacción del carbocatión (1) con Br − dará lugar a un racémico [A + B] del 2-Bromo-1-fenilpropano. La reacción del carbocatión estabilizado (2) origina otro racémico [C + D] del 1-Bromo-1-fenilpropano. Abundancia relativa: (C = D) > (A = B) (control termodinámico) Reacción 3: H Br
1
Br
H
_
Br H
H
+
Br 1
[1]
(1) Br+
[(A + B) + (C + D)]
2
+ H H 2
Br
+
H
H
Br (3)
(2) Br
_
Br
_
H Br H Br
H
H Br
Br
[1]
[2]
[(A + B) + (C + D)]
[(E + F) + G]
RA-5,6,7
524
Estereoquímica de los carbocationes (1), (2) y (3): Br
H
+ Br
+ H
+
+
Br
H
(1)
Br
(2)
(1)
H
(2)
Br
H +
+
H
Br (3)
(3)
Los dos carbocationes (1) dan lugar a los cuatro estereoisómeros posibles del 3,4-Dibromociclopentano:
H
3
Br
Br
3
(A) trans (3S,4S)
3
Br H
3
4
4
H Br
Br Br
4
Br H
H
H
(B) trans (3R,4R)
Br 4
H H (D) cis (3R,4S)
(C) cis (3S,4R)
Abundancia relativa: (A = B) (racémico) > (C = D) (racémico)
Los dos carbocationes (2) originan los mismos estereoisómeros A, B, C y D. Los dos carbocationes (3) conducen a los tres estereoisómeros del 3,5-Dibromociclopentano:
Br 3
H
H
H 5
Br
(E) trans (3R,5R)
Br
Br
Br
3
H
(F) trans (3S,5S)
Br 5
3
5
H
H
(G) cis (3R,5S)(MESO)
Abundancia relativa: (E = F) (racémico) > (G) (MESO)
La abundancia relativa de los productos de adición 1,2 (A, B, C, D) respecto a los de adición 1,4 (E, F, G) será: (A = B) > (C = D) >> (E = F) > (G) (control termodinámico) RESPUESTA 7.15
Apartado 1: La reacción del estereoisómero A con ácido peroxibenzoico da lugar a una adición neta anti de los dos grupos HO al doble enlace: OH OH CH3 CH CH CH3
CH3 CH CH CH3
RA-5,6,7
525
H 2
Me HO
3
Me
OH
H
OH
2
3
Me
(2R,3R)
Me
3
Me
OH
Me (Z)
(2R,3R)
H 2
H
H
3
H Me
H Me
HO
H
HO
H Me
HO
2
H Me
HO
Me
Me H
2
OH 2
3
OH
H Me
H
HO
OH
(2S,3S)
H
H
3
Me
Me
H
Me (Z)
(2S,3S)
El compuesto A es el estereoisómero (Z) del 2-Buteno. Por consiguiente, el estereoisómero (E) debe ser el compuesto B: O
O Os O
H Me H
Me H
Me
O
OH
HO
H3O+
Me
(2R,3R)
H
H Me
H
Me
OsO4
(E)B H
Me
Me
H
O
O
Me
H3O+
Me H
H
(2S,3S) OH
HO
Os O
O
Apartado 2: La reacción del estereoisómero A(Z) con HCl transcurre a través de carbocationes: H Cl
H3O+ (electrófilo)
H2O
+
+ Cl
_
(nucleófilo) carbono asimétrico
CH3
CH CH CH3
H+
CH3
+ CH2 CH CH3
Cl
_
* CH2 CH CH3
CH3
Cl
1
1
H
H Me
Me 2
H
+
H + H Me
H
Cl
3
2
_
(1)
Me
H Me
H Me
1
Cl
Cl
H
2
H
C3 (2S)
Me
H
H
2
3 2
H Me
C3
Me
2
(2) Cl
Me
H
2
Cl (2R)
RA-5,6,7
526
RESPUESTA 7.16
Reacción 1: OH Me CH CH Pr
OH
Me CH *
OsO4
+
CH Pr *
2,3-Hexanodiol
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros: O
O Os O
H Me H
Pr H
Me
O
OH
HO
H3O+
Pr
(1)(2R,3R)
H
H Me
H
Pr
OsO4
B(E) H
Pr
Me
H
O
O
H3 O
Me
+
Pr
H
H (2)(2S,3S)
OH
HO
Os O
O
Reacción 2: Br H2C CH C6H5
+
CH3 CH C6H5 * 1-Bromo-1-feniletano
HBr
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros: Br 1 1
H H
H C6H5
+ H+
Me
+
H
Br
_
Me
2
H C6H5
(3) (2R)
C 6H 5 H
2
2
Me
C 6H 5
2
Br (4) (2S)
Reacción 3: Me Me + HCl Me
* H * Me
Cl
1,2-Dimetilclorociclohexano
RA-5,6,7
527
Estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros cis/trans: 1
H
Cl
2 1
1
H Me
+
Cl
1
Me
_
Me
(5) trans (1R,2R)
Me H
2
Me
2 2
H+
1
Me
1
Me
Cl
(6) cis (1S,2R)
Me 2
1
Me
Cl 1
2 1
Me
Cl
H
_
(7) cis (1R,2S)
2
+
H
Me
Me
2
Me
2
Me 1
2
H
Cl
(8) trans (1S,2S)
Reacción 4: Me
Me + HCO3H
Me O
H
H3O+
Me + O H
H
H2O
* *
H
OH OH
H 1-Metil-1,2-ciclopentanodiol
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros trans: Me
OH 2
1 1
H O+ Me
H
Me
H
(9) (1S,2S) OH
H
OH
H
H 2O
1)HCO3H 2)H3O+ 1
2
1
2
(10) (1R,2R) 2
Me
OH
RESPUESTA 7.17
Apartado 1: La reacción de una olefina con un peroxiácido da lugar a una adición neta anti de dos grupos hidroxilo a los átomos de carbono del doble enlace.
En el estereoisómero inicial existe un grupo metilo unido a uno de los carbonos del doble enlace; por consiguiente, después de realizar la reacción de hidroxilación, uno de los grupos OH introducidos debe estar también unido a dicho carbono. El otro grupo OH lo estará al carbono contiguo, y ambos se encontrarán en posición trans (adición anti)
RA-5,6,7
528
El átomo de carbono al que está unido el OH en el estereoisómero de partida, no cambia de configuración durante la reacción de hidroxilación; es decir, su configuración será la misma en la pareja de estereoisómeros finales (3S) y, en este caso, coincide con la de A, ya que las prioridades relativas de los grupos son las mismas. En los dibujos se han representado con negrita los dos grupos OH introducidos en la reacción de hidroxilación: H Me 1
OH
OH
3
H (3S)
OH
OH
2
Me
(1R,2R,3S)
(3S)
OH
2
1
H
3
H OH
(1S,2S,3S)
El estereoisómero (A) es el (3S)-1-Metil-3-hidroxiciclohexeno: H 3
Me
2
1
OH
(A) (3S)
Reacción de hidroxilación: OH C6H5CO3H
H3O+
O
Me
OH H
OH
OH
+ O H
H2O
OH OH
Me
Me
Me
H 1
OH 1
H OH
Me
1)C6H5CO3H 2)H3O+
2
1
H
Me
H 2O
H 2
3
OH
OH
(1S,2S,3S) OH
Me
H
O+
(A) (3S)
H
2
Me 1
OH
OH 2
3
OH
H
(1R,2R,3S)
Apartado 2: El enantiómero de (A) es el (3R)-1-Metil-3-hidroxiciclohexeno: OH 3
Me
1
2
H
(3R)
La reacción con HBr acuoso transcurre a través de carbocationes: HBr
H 2O
_ H+( electrófilo) + Br (nucleófilo)
El primer paso de la reacción es la unión del electrófilo (H+) al átomo de carbono menos sustituido del doble enlace (regla de Markownikoff) Se obtiene el carbocatión más estable (el más sustituido) En el segundo paso el carbocatión reacciona con los dos nucleófilos presentes en la disolución (Br − y HO −):
RA-5,6,7
529
OH H
OH H
OH
H+
H
Br
_ Br
+ Me
Me
Me
(carbocatión más estable)
OH
OH + H+
3
H
1
Me
H H
+
Me
H
H
C2 (carbono menos sustituido)
(carbocatión más estable)
OH
1
1
Me
OH H
Br
Br H
1
_
Me (1S,3R)
H
+
3
H
OH
2
Me
3
2
H
1
Br (1R,3R)
RESPUESTA 7.18
Reacción 1: OH OH Me
CH CH Bu
+
OsO4
Me
CH CH Bu
*
*
2,3-heptanodiol
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros. O
O Os H Me H
Bu H
Me
O
O
Bu
H3O+
H
OH
HO
(1) H Me
OsO4
H
Bu
(2R,3R)
( E) H
Bu
Me
H
O
O Os O
H 3O
+
Me
H
Bu H (2) OH
HO (2S,3S)
O
RA-5,6,7
530
Reacción 2: Br CH3
CH CH C6H5 +
CH2 CH C6H5 * 1-Bromo-1-fenilpropano
HBr
CH3
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros (es indiferente partir del estereoisómero (Z) o del (E) Br 1
Et
1
H
H + H+ C6 H5
CH3
H
+
Et
Br
_
3
(3R)
H C 6H 5
(3)
C 6H 5 H
2
2
Et
C 6H 5
3
(4)
Br (3S)
Reacción 3: Et
Et
* H
+ HCl
Cl
* Et
Et
1,2-Dietil-1-clorociclohexano
Estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros cis/trans: 1
1
H Et
1
+
Cl
_
Et
Cl
Et
Et
(5)
trans (1R,2R)
Et
2
2
H+
1
H
H
Et
Et
Cl
(6)
cis (1S,2R)
Et 2
1
2
Et H
1
+ 2
Cl
_
Et
Cl
H
Et
(7)
cis (1R,2S)
Et Et
Et
H
Cl
2
(8)
trans (1S,2S)
RA-5,6,7
531
Reacción 4: Et
Et
Et +
O
HCO3H
H
Et
H3O+
+ O H
H2O
* * H
H
H
OH OH
1-Etil-1,2-ciclopentanodiol
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros trans: Et
OH
1
(9)
O+ Et
H
Et
OH
H H2O
1)HCO3H
H
(1S,2S)
2)H3O+ 1
2
1
H
OH
2
H 2
1
(10)
2
Et
OH (1R,2R)
RESPUESTA 7.19
Apartado 1: C6H5 CH3 CH CH CH2
1)RCO3H 2)H3O+
C6H5 CH3 CH CH
CH2
C6H5
H2O
CH3
CH CH CH2OH OH
O+ (3R)
H
La reacción de la olefina con el peroxiácido, seguida de hidrólisis ácida, no afecta a la geometría de C3. Sin embargo, su configuración absoluta si cambia, ya que varían las prioridades relativas de los grupos unidos a él: H[4] [2]C6H5
3
Me CH3[3]
CHOHCH2OH[1] (3R)
3
H
H[4]
Me 3
CHOHCH2OH
H
C 6H 5
CH CH2
C6H5 (3R)
[1]C6H5
3
CH3[3]
CH=CH2[2] (3S)
(3S)
Por consiguiente, el 3-Fenil-1-buteno tendrá configuración (3S):
Me 3
H
CH CH2
C6H5 (3S)-3-Fenil-1-buteno
RA-5,6,7
532
Reacciones: C6H5
Designamos por R el radical
CH3
:
CH
La reacción transcurre con regioselectividad Markovnikov (se forma el carbocatión incipiente más estable: el secundario): H R
O+
H H
H R
H
1)RCO3H
H
H
2)H3O+
R
H
H2O
OH
HO
H
(1)
H H
HO
H
H2O
H
R
H
R
O+
H
H
OH
(2)
H
H
R
H CH2OH
HO
Me 2
R
H
2
HOCH2
3
HOCH2
HOCH2
(1)
OH
HO H
HO
3
H
C6 H5
H Me
C6H 5
(3R)
(2R,3R)
OH HO
HOCH2 CH2OH
R
H
HOCH2 R
HO (2)
Me 2
HO
H
H
2
CH2OH
3
H
H
H
C 6H 5
3
Me
C 6H 5
(3R)
(2S,3R)
Apartado 2: La reacción de las olefinas con haluros de hidrógeno transcurre a través de carbocationes con regioselectividad Markovnikov: C 6H 5 CH3
CH CH CH2 *
3-Fenil-1-buteno
H+
C 6H 5 CH3
+ CH CH CH3
Br
C6H5 Br
_ CH3
carbocatión secundario no estabilizado
CH *
CH CH3 *
2-Bromo-3-fenilbutano
[transposición]
C 6H 5
CH3 + CH CH CH3
carbocatión secundario estabilizado por C6H5
Br
_
Br
CH3
C6H5 CH CH CH3 * 1-Bromo-1-fenil-2-metilbutano
RA-5,6,7
533
Carbocatión secundario estabilizado por deslocalización de la carga:
CH3 + C6H5 CH CH CH3
* +
CH3 + CH CH CH3 *
* * *
CH3 CH *
* *
...
CH CH3
sistema conjugado de siete carbonos
Estereoquímica: H Br
Me 1
3
H C6H 5
CH CH2
H
Me
+
+ H C 6H 5
Br
H
C 6H 5
3
2
Me
H Me
H C 6H 5
1
Me
3
2
CH3
H
2
H
Me
(3S)
3 2
Me
C 6H 5
2
3
Br
H C 6H 5
2
Br
Me C 6H 5 2
CHMe2
[2]C6H5
1
H C6H 5 Br
+
Br[1]
CHMe2[3] (1S)
_
H CH3
Me
H[4]
Br 1
1
Me
H
(2R,3R)
transposición de CH3
H
Br
H
(2S,3R)
_
Me
(1S)
H[4]
C 6H5 H CHMe2
2
[1]Br
Br
1
C6H5[2]
CHMe2[3] (1R)
(1R)
RESPUESTA 7.20
Apartado 1: C 6H 5 CH3 CH CH CH CH3
1)OsO4 2)KOH, H2O
C6 H5
OH
CH3 CH CH CH CH3 (4S)
OH
La reacción de la olefina con el tetraóxido de osmio, seguida de hidrólisis básica, no afecta a la geometría de C4. Sin embargo, su configuración absoluta si cambia, ya que varían las prioridades relativas de los grupos unidos a él:
RA-5,6,7
534
C6H5[2] [4]H
4
C 6 H5 4
CH3[3]
H
4
CH__CH CH3
H
CH3
CHOHCHOHCH3[1] (4S)
C6H5[1]
C 6H 5
OH OH
CH CH CH3
[4]H
CH3 (4S)
4
CH3[3]
CH=CHCH3[2] (4R)
(4R)-4-Fenil-2-penteno
Por consiguiente, el 4-Fenil-2-penteno tendrá configuración (4R): C6H5 4
CH CH CH3
H CH3
(4R)-4-Fenil-2-penteno
Reacciones: C6H5
Designamos por R el radical
CH3
CH
La reacción de la olefina con OsO4 da lugar a la adición sin de dos grupos OH al doble enlace: H 3
R CH3
2
OH
HO
OH
3
H CH3
H
OH
H
2
R
H R CH CH CH3
R
H CH3
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
(2S,3R)
1)OsO4 2)KOH, H2O
H 3
HO
R
R
H CH3
H 3
HO
2
CH3
HO
H R
2
OH
H CH3
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
H (2R,3S)
La configuración absoluta del 4-Fenil-2-penteno será (Z) (4R):
H H CH3 CH3
H
C 6 H5
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
RA-5,6,7
535
Apartado 2: La reacción con bromo transcurre a través de un catión bromonio:
C6H5
Br2
CH3 CH CH CH CH3
+ Br
C6H5 CH3 CH CH
Br
CH CH3
C6H5
_
Br
CH3 CH CH CH CH3 Br
(4R)
2,3-Dibromo-4-fenilpentano
Estereoquímica: C6H5
Designamos por R el radical
CH3
CH H R
H
Br 3
Br2
H
H
H
H
CH3
R
H CH3
Br
+ Br
Br
_
2
Br
2
R
CH3 Br
3
H
(1)
(2S,3S)
CH3
R
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
H
2
1
H
Br 3
2
CH3
H
Br
Br
R
2
CH3
Br R
3
(2)
H (2R,3R)
Configuración absoluta de los productos obtenidos:
R
H
Br 3
2
3
H CH3
Br
Br
R H Br
2
H CH3
C6H5[2]
C 6H 5
H CH3
4
Br 3
H
2
[4]H
H CH3
Br
(4S)
(2S,3S,4S)
(2S,3S)
H 2
3
CH3
Br
H
H CH3
H Br
R
R
Br
Br H CH3 H
H CH3 3
4
CHBr[1] [3]CH3
2
Br
C 6H 5
(2) (2R,3R)
CH3[3]
CHBr[1]
(1)
Br
4
4
H[4]
C6H5[2] (4S)
(2R,3R,4S)
RA-5,6,7
536
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO RESPUESTA 8.1
Secuencia 1: O Me
O CH2N2
OH
Me
O C2H5NH2
O Me
O
Me
NH
HLiAl(OEt)3
Me
Me
Secuencia 2:
PCl3
OH
Me
Me
Cl
Me
O
CO2H
O
Me
O
H N
Me
O
H3O+
C6H5
O
O
OH
Me
H2O
C6H5
Me
C6H5
+
NH2
O
Secuencia 3: O C6H5
O
H3O+ Cl
C6H5
H2O
O
C6H5Li C6H5
OH
C6H5
Secuencia 4: O O
O
NH3
NH2
H2O
O
H3O+
OH
H2O
OH
O
H3O+ O
H2O
OH
Secuencia 5: O C6H5
O O
O C6H5
C6H5
OH
C6H5
O O
C6H5
MeNH2
O H3O+ H2O
C6H5
C6H5
N H
O OH
Me
Li
C6H5
Me
Me
NH2
H
537 RESPUESTA 8.2
CO2H CH3 CH COCH3
CH3
Q
CH3 CH2
COCH3
CH3 CH CO CH2 COCH3
CH3
1) HNa
CH3 CH COCH3 2) CH3CO2Et
_ 1) HO (dil.)
CH3Li
+ 2)H3O
CO2Et
1) EtO
_
CH3 CH COCH3
CH3CH2CO2Et 2) CH3COCl 1)HO
1)LDA 2)ICH3
CH3 CH3 CH CO2Et
H 3O
+
CH3 CH3 CH CO2H
_
2)H3O +
CH3CH2CO2H
H 3O
SOCl2 EtOH
CH3 CH3 CH COCl
NH3
PCl3 HLiAl(OCMe3)3
CH3 CH2 CHO CH3CH2COCl HLiAl(OEt)3 CH3CH2CO2H
CH3 CH2 CONH2
CH3NH2
CH3CH2CO O COCH2CH3
+
CH3 CH3 CH CHO
CH3 CH3 CH CONH2
538
RESPUESTA 8.3
R CO2Et
O O:
R
C OEt
H
_ O
O
O
+ O
R
C OEt
H
Cl
O
Cl
O O
R
+ O
H2O :
H
O
O
C OEt
CO2Et
O
R
O
C OEt CO2Et
O R
O O
O OEt
_
R
O O
O
O OEt
+ NH3
R
+
_
O
OEt
+ NH3
NH3
O H2O
HO
NH2
O
O OEt
+
R
NH2 CO2Et
RESPUESTA 8.4
Secuencia 1: O
O C6H5
1)HNa 2)H CO2Et
Me
O
C6H5
H
C6H5_CO_CH2_CHO
Secuencia 2: O C6H5
O Me
1)HNa OEt
O
C6H5
OEt
C6H5_CO_CH2_CO2Et
2) O OEt
Secuencia 3: O C6H5
O Me
1)HNa _
2) EtO2C CO2Et
O OEt
C6H5
C6H5_CO_CH2_CO_CO2Et
O
RA-8,9,10
539
Secuencia 4: O
O C6H5
1)HNa
Me
O
C6H5
2) C6H5CO2Et
C6H5
C6H5_CO_CH2_CO_C6H5
CO2Et
H3O+
RESPUESTA 8.5
Secuencia 1: O 1)LDA
CH3CO2Et
O
Me
Me
Q
2) Me
Me
2-Pentanona
COCl
Secuencia 2: O 1)LDA
CH3CH2CH2CO2Et
Me
2)CH3COCl
O H3O+
Me
Me
Q
CO2Et
Me
2-Pentanona
Secuencia 3: CH3CO2Et
1)LDA 2) Me
H3O+
CO2Et
Me COCl
O
Me
Me
Q
O 2-Hexanona
Secuencia 4: O CH3CH2CH2CO2Et
1)LDA
O Me
Me
2)CH3CH2COCl
H3O+ Q
CO2Et
Me
Me 3-Hexanona
RESPUESTA 8.6
Secuencia 1: O
O Me
Me
1)HNa 2)CH3CO2Et
O
Me
Me
Secuencia 2: O
O Me
Me
1)HNa 2)CH3CH2CO 2Et
O Me
Me
Secuencia 3: O
O C6 H5
Me
1)HNa 2)C6H5CO2Et
C6H5
O C6 H 5
RA-8,9,10
540
Secuencia 4: O
O
1)HNa
Me
C6H5
O
C6H5
2)C6H5CO2Et
C6H5 Me
Secuencia 5: O
O
C6H5
1)HNa
Me
2)C6H5CH2CO2Et
O C6H5
C6H5
Secuencia 6: O
O Me
C6H5
1)HNa
O C6H5
C6H5
2)C6H5CH2CO2Et
Me
RESPUESTA 8.7
Secuencia 1: O C6H5
O Me
+
C6H5
A(C8H8O)
CO2Et
O
_ EtO
O
C6H5
C6H5
B(C9H10O2)
Secuencia 2:
C6H5
CO2Et +
C6H5
CO2Et
_ EtO
C6H5 C6H5
CO2Et O
Secuencia 3: OEt C6H5
CO2Et + O C
_ EtO
CO2Et C6H5
OEt
CO2Et
Carbonato de dietilo
Secuencia 4: O
O O
Me +
H C OEt
_ EtO
Me
CHO
9. SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO RESPUESTA 9.1
La síntesis de Williamson de éteres cíclicos transcurre a través de un mecanismo SN2. Los oxiranos no simétricos reaccionan con nucleófilos en medio ácido a través del carbocatión incipiente más estable (regioselectividad Markovnikov)
RA-8,9,10
541
Reacciones: OH Br C2H5
C
HO
CH CH3
_ O
_
C2H5 C
CH3
O
SN2
CH CH3
C2H5 C CH3
CH3 Br
2-Bromo-3-metil-3-pentanol
C2H5
3-Metil-2,3-epoxipentano
+ H OMe
HOMe C
CH3
H3O+
CH CH3
C2H5 C
CH CH3
OMe H2O
CH CH3
C2H5 C
CH3 OH
O+
CH CH3 +
H3O+
CH3 OH
H
3-Metil-3-metoxi-2-pentanol
Estereoquímica: Me H
OH HO 2
3
_
O SN2
3
2
Et Me
Br
_
Me H
H
Et Me
Br
(2R,3R)
H
Me
HO 3
Br
_
_ O
H
Me
H
3
2
Me Et
Br
HO 3
Br
Me
Me Et
_
_
H
Me
Et Me
3
Me
Et Me
Br
Br
Me
2
_
Me Et
_
Me H
O S N2
2
3
Me
MeOH
Et
H3O+
OMe
Me Et 2
H Me
Br
H
Me Et
(2R,3S)
OMe
Et Me
HO 3
2
3
(2R,3R)
Et
MeOH
Me
H3O+
2
3
H Me
OMe (2R,3S)
Me Et
HO
O
Me
3
H
(2R,3R)
HO 3
2
(2S,3S)
O
H
SN2 2
OH 2
Me
H 3O +
HO 3
2
O
(2S,3R)
Me H
MeOH
(2R,3S)
OH 2
Et
O
H
SN2
(2S,3S)
Me
3
(2S,3R)
OH 2
2
Et Me
HO
O
Me
3
Me
MeOH
Et
H 3O +
(2S,3S)
2
Me
3
H
OMe
(2S,3R)
RESPUESTA 9.2
OH Cl CH3
CH CH CH3
3-Cloro-2-butanol
HO
_ O
_ CH3
CH CH CH3
SN2
O CH3
CH CH CH3
H3O+
Cl
RA-8,9,10
542
OH2 CH3
+ OH2 CH3
CH CH CH3
OH
H2O
CH CH CH3
CH3
CH CH CH3 +
OH
O+
H3O+
OH
H
Estereoquímica:
Me
H
Cl 2
HO
3
HO
H
_
Me
H
Cl 2
Me
O
SN2
3
_
H
H
H 3 O+
Me
3
Me
Me
Me
H
O
Me
H
A
(2S,3R)
H
O+ H
(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
+ H2 O
1
H Me
2
+ O
H 2O
B(2R,3S) (MESO)
H
O
H Me
H Me
H
Me H
HO Me
1
Me
2
OH
H2 O
H + OH2
H H Me
2
O
Me
H
OH
H 2O
B(2S,3R) (MESO)
Me H
HO
H
Me
H
H
2
Me
HO
Me H
H Me
OH
Me
3
H
O A
B
(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
(2R,3S)-2,3-Butanodiol
RESPUESTA 9.3
El anion bromuro es un buen nucleófilo y reacciona con el epóxido protonado:
OH Cl CH3
CH CH CH3
HO
_ O
_ CH3
CH CH CH3
SN2
O CH3
CH CH CH3
H3O+
Cl
3-Cloro-2-butanol
Br
_ Br
CH3
CH CH CH3 O+
CH3
CH CH CH3 OH
H
RA-8,9,10
543
Estereoquímica: Me
H
Cl 2
HO
3
HO
H
Me
_
H
Cl 2
Me
O
3
SN2
_
H
H
Me
Me
3
H 3 O+
Me
Me
H
O
Me
H
H
O+
A
(2S,3R)
H
(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
1
Me
H Me
2
Me
H + O
Br
Me H
Br
Br 1
Me
2
H
O
H Me
H
_
3
B(2R,3S)
2
OH
H
H H Me
2
Me
Br
Br 2
Me H
O
H 3
B(2R,3S)
HO
H
Me
H
RESPUESTA 9.4
B sólo puede un epóxido y A un bromoalcohol: H
H 2N 3
Me
Me
2
3
Me
H
H
Me
O
OH
H
2
Me H
3
H Me
HO
B (2R,3R)
(2R,3S)
Br 2
A (2R,3S)
Reacciones: El anillo de los oxiranos se abre fácilmente con reactivos nucleófilos en ausencia de ácidos; la reacción SN2 tiene lugar sobre el carbono menos sustituido (menor impedimento estéreo) OH Br CH3
CH CH CH3
HO
_ O
_ CH3
CH3
O
NH3
CH CH CH3
_ O CH3
H
H
CH CH CH3 + NH2
Me H
Br
OH
OH CH3
CH CH CH3
+
CH CH CH3
CH3
SN2
+ NH3
Br
3-Bromo-2-butanol
H3N:
SN2
CH CH CH3
_
O
_ + NH4 + HO
NH2
Estereoquímica:
2
HO
3
H Me
HO A
(2R,3S)-3-Bromo-2-butanol
_
Me H
Br 2
O
_
SN2
3
Me
H
Me
H
2
3
O
H Me
B (2R,3R)-2,3-Epoxibutano
RA-8,9,10
544
+ H3N
H
1
Me 1
3
NH3
_
H
H2N
H2O
Me
Me
2
OH
H
2
H
Me H
O
H
Me
SN2
Me
O
(2R,3S)
NH3, H2O + NH3
Me H
(2R,3R)-2,3-Epoxibutano 2
_ O
Me H
H2O NH3
H Me
NH2 2
3
H Me
HO
(2R,3S)
RESPUESTA 9.5
C sólo puede un epóxido y A / B los estereoisómeros de un bromoalcohol : OH
HO
_ + MeO Na
_ O
OH
MeOH
Br
OMe
C
A/B
Mecanismo de la reacción:
O
_
H
O _
OH
OH O
Br
H
Br
Br
1
OH
HO
OMe
_ MeO
_ 1
2 1
H
2
H
H 1
OH
B (1S,2S)
1
2
H 2
MeO
_
H
HO
_
O C(1R,2S) (MESO)
OH
(1S,2S)
A (1R,2R)
Br
OMe H
H 2
H MeO 2
1
OH
H
(1R,2R)
RESPUESTA 9.6
El anillo de los oxiranos se abre fácilmente con reactivos nucleófilos en ausencia de ácidos; la reacción SN2 tiene lugar sobre el carbono menos sustituido (menor impedimento estéreo) La síntesis de Williamson de éteres cíclicos transcurre a través de un mecanismo SN2. Los oxiranos no simétricos reaccionan con nucleófilos en medio ácido a través del carbocatión incipiente más estable (regioselectividad Markovnikov)
RA-8,9,10
545
Reacciones: Me 1 MeOH Me OH
HO
Me
_
OMe
H3O+
OH B
1
O
Br
Me A 2
MeOH _ 2 MeO
OH OMe C
Estereoquímica:
Me
HO
Br
OH
Me MeO
SN2
2
1
_ MeO Na+, MeOH
_
Me
H
1
1
H
2
O
B
(1R,2S)
(1R,2R)
1-Metil-1,2-epoxiciclohexano
1-Metil-2-metoxi-ciclohexanol
MeOH
OMe H
H3O+ 1
2
O
H
A
(1R,2R)
Me
2
OH
1
2
H
Me
OH
A
C
(1R,2S)
(1S,2S)
1-Metil-1,2-epoxiciclohexano
2-Metil-2-metoxi-ciclohexanol
RESPUESTA 9.7
Síntesis de (1) y (2):
COMe
Br
COMe
COMe
_ CO2Et Br
C H
CO2Et
EtO
Br
_
COMe _ C
CO2Et
CO2Et
Br
Hidrólisis ácida con álcalis concentrados: EtO2C O _ Me OH
EtO2C
O
_
CO2Et Me
OH
:_
O +
Me
C OH
RA-8,9,10
546
CO2Et :
_
H
CO2H
H OH
_ 1)HO
CO2Et
2)H3O+ (1)
Hidrólisis cetónica con álcalis diluidos: OH _ EtO
HO
O
O _ COMe
COMe
COMe
CO2 (2)
Síntesis de (3) y (4): _ HO (con.) O
Br _
CO2H (3)
O Me
Me
CO2Et
CO2Et
O Me
_ HO (dil.)
(4)
Síntesis de (5) con éster acetilacético: CO2Et MeCO
CO2Et
_
Br
CO2Et :B
MeCO
_
MeCO
H Br
Br
CO2Et
Br
CO2H
_ HO (con.)
MeCO
(5)
Síntesis de (5) con malonato de dietilo: Br _ Br
_
CO2Et
CO2Et
CO2Et CO2Et
CO2Et CO2Et
Br
_ 1)HO 2)H3O+
CO2Et
EtO
_
H
CO2Et
Br
CO2H CO2H
_CO 2 Q
CO2H (5)
RA-8,9,10
547
Síntesis de (6) con malonato de dietilo: CO2Et Br
_
CO2Et
CO2Et
CO2Et
H
EtO
CO2Et
_
Br
Br
CO2Et
_ CO2Et
CO2Et (6)
Br
Síntesis de (7) con malonato de dietilo: CO2Et
Br
_
Br
EtO2C
CO2Et
CO2Et
_
EtO2C
EtO
CO2Et
H H CO2Et
CO2Et _ CO2Et
_ _ EtO2C EtO2C
CO2Et
Br Br
CO2Et EtO2C
HO2C
_ 1)HO
CO2Et
2)H3O
CO2H
+
CO2H _ 2CO
2
Q HO2C
EtO2C
CO2H
CO2H (7)
Síntesis de (8) con malonato de dietilo: CO2Et Br
_
CO2Et
CO2Et H
CO2Et
EtO
CO2Et
_
Br
Br
CO2Et
Br
Br
CH2OH
CO2Et _
CH2OH
H4AlLi
CO2Et
_ CO2Et
HBr CO2Et Br
CO2Et H Br
CO2Et
EtO
_
CO2Et _ CO2Et
CO2Et CO2Et
Br
(8)
RA-8,9,10
548
RESPUESTA 9.8
EtO2C CH2
CO2Et
EtO2C
CO2H
(F)
G(C9H14O4)
(C4H6O2)
Me
CO2Et
B(C5H7O2N)
C6H5 CO2H
CH CH2CO2H * (C10H12O2)
NC CH2
CO2H
E(C3H4O4)
C 6H 5 Me
HO2C CH2
CO2Et
C6H5 CN
C CH CO2H * D(C11H12O4)
Me
C CH CO2Et * * C(C13H15O2N)
Ác. (3R)-3-fenilbutanoico
C6 H5
El haluro de alquilo A tiene que ser: Me CH *
(C8H9Br)
Br
Reacciones:
_ NC CH
C 6H 5 CH
CO2Et C6H5
S N2
Br
NC CH *
CO2Et Me (B)
Me
CH * (C)
C6H5 CO2H
H 3 O+
Me
CH CH CO2H * (D) (3R)
(A)
C6 H5
Q
Me
CH CH2CO2H
Ác. (3R)-3-fenilbutanoico
3
NC CH2
H3O+
CO2Et
HO2C
(B)
CH2
CO2H
EtOH
EtO2C
H3O+
(E)
CH2
CO2Et
(F)
_ 1)EtO
H3O+
2)BrCH2CH2Br
EtO2C
Q
CO2Et
CO2H
(G)
C tiene configuración (3R), ya que su descarboxilación no afecta al átomo de carbono asimétrico. La reacción entre el carbanión de B y A invierte la configuración del carbono asimétrico de A (reacción SN2) Sin embargo, la configuración absoluta de C3 en C es la misma que la de C1 en A, ya que la sustitución del Br por el radical −CH−CO2Et cambia las prioridades de los grupos unidos a C3.
H _ NC
Me C 6H 5
CO2Et (B)
Br
SN2
NC EtO2C
H A(1R)
Me C6 H5
H 2
3
C(2S,3R)
H
H C6H5
Me NC
CO2Et H
(minoritario)
RA-8,9,10
549
Me C 6H 5
H _ EtO2C
H
SN2
Br
2
EtO2C NC
H
CN
A(1R)
(B)
3
H
Me C 6H 5
C6 H5
Me EtO2C
H
CN H
C(2R,3R)
(mayoritario)
RESPUESTA 9.9
_ 1)HO (conc.)
CO2Et R
CO
CH R'
2)H3O+
CO2Et R
CO CH R'
_ 1)HO (dil.) 2)H3O+
R
CO2H
R
COCH2
+
CH2CO2H
R'
R'
+
CO2
Apartado 1: A(C8H14O3)
_ 1)HO (conc.)
CH3
2)H3O+
CO 2H
+
CH 3CH2
CH 2CO2H
CO2Et 1. R = CH3 ; R' = CH2CH3 : CH3
CO CH CH2CH3 (A)
CO2Et 2. R = CH2CH3 ; R' = CH3 : CH3CH2
B(C13H14O4)
CO CH CH3
_ 1)HO (dil.)
C6H5
2)H3O+
no puede ser A ; en la hidrólisis sólo se obtendría ácido propanoico
COCH2
COCH3 + CO2
CO2Et 1. R = C6H5 ; R' = COCH3 : C6H5 CO CH COCH3 (B)
CO2Et 2. R = COCH3 ; R' = C6H5 : CH3CO CO CH C6H5
C(C11H18O5)
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
CH3CH2
no puede ser B ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
CO2H
HO2CCH2
+
CH2CO2H
CO2Et 1. R = CH3CH2 ; R' = CH2CO2H : CH3CH2 CO CH CH2CO2Et (C)
RA-8,9,10
550
CO2Et no puede ser C ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
2. R = CH2CO2H ; R' = CH3CH2 : EtO2C CH2 CO CH CH2CH3
D(C9H14O4)
_ 1)HO (dil.)
CH3
2)H3O+
COCH2
CH2COCH3 + CO2
CO2Et 1. R = CH3 ; R' = CH2COCH3 : CH3 COCH CH2COCH3 (D)
CO2Et 2. R = CH2COCH3 ; R' = CH3 : CH3COCH2 COCH CH3
E(C5H8O3)
_ 1)HO (dil.)
H
2)H3O+
no puede ser D ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
COCH2
R = H ; R' = H : H COCH2
H + CO2
CO 2Et
(E)
Apartado 2: Producto
β-cetoéster
CH3CH2Br
A
ClCH2COCH3
D
HCO2Et
E
CH3CO2Et
E
CH3COCH2CO2Et
A, B, D
CH3CH2COCH2CO2Et
C
BrCH2CO2Et
C
C6H5COCl
B
Síntesis de los β-cetoésteres:
A
CO2Et _ CH3COCH
CH3 CH2
CO2Et Br
CH3COCH CH2CH3
RA-8,9,10
551
CO2Et _ CH3COCH
B
C6H5
CO2Et Cl
C
CH3COCH COC6H5
O
CO2Et _ CH3CH2COCH
C
CO2Et _ CH3COCH
D
CO2Et CH2
CH3CH2COCH CH2CO2Et
Br
COCH3
CO 2Et Cl
CH2
CH3COCH CH2COCH 3
O
_
E
CO2Et
C
EtO2C CH2
EtO2C CH2
OEt
CHO
H
RESPUESTA 9.10
Síntesis del compuesto D: Br CO2Et _ Me MeCH
CO2Et Me
Me
Cl
1)EtO
2)BrCH2CO2Et
Me
_
Me
(B)
O
O
O OEt _ CH2
CH3 Me O
(A)
EtO2C
CO2Et
EtO2C
O
O
O
NaOH H2O
CH2-CO2Et
EtO2C
_
H3O+
EtO2C Me
Me O
Q _ CO
HO2C Me
O
C(C9H12O4)
O
O
β−cetoácido
2
Me O D(C6H8O2)
La hidrólisis con álcalis diluidos no permite averiguar la posición del grupo éster en D: O
?
? Me ?
O
D(C6H8O2)
RA-8,9,10
552
La hidrólisis con álcalis concentrados da lugar a dos productos diferentes con idéntica fórmula molecular (F y G) Esto significa que en el β-cetoéster E pueden tener lugar dos rupturas distintas. Es decir, el grupo CO2Et de E tiene que estar situado entre los dos grupos carbonilo en D: HO2C
1 CO2Et
[4-ceto-3-metilpentanoico]
O
β-cetoácido (F)
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
2 β
Me Me
O
O
Me
Q _ CO2
β
Me β
HO2C
CO2H
1
O
O
E(C9H12O4)
2
O
CO2H
β
_
Me
CO2H
Q
Me
CO2
Me
[4-ceto-2-metilpentanoico]
CO2H
β-cetoácido (G)
Si el grupo éster estuviera unido a cualquiera de los otros dos carbonos,se obtendría en cada caso uno solo de los dos cetoácidos que aparecen en el enunciado: O
EtO2C
_ 1)HO (conc.)
β
HO2C
2)H3O +
Me
Q CO 2
β
Me
Me O
O
O
_ 1)HO (conc.)
EtO2C β
2)H3O+
O CO2H
β
_ Me
[4-ceto-3-metilpentanoico ]
Me
O
O
Me
HO2C
CO2H
CO2H
Q CO2
Me Me
[4-ceto-2-metilpentanoico]
CO2H
O
O CO2Et Me O β−cetoester E 2-Etoxicarbonil-4-metil-1,3-ciclopentadiona
RESPUESTA 9.11
Apartado 1 Retrosíntesis: O
O CHO
O
O CO2Et
C OEt
CO 2Et
2-Formilciclohexanona
RA-8,9,10
553
Síntesis: O
O
O
C OEt
CO2Et
1)EtO
_
_ 1)HO (dil.)
CO2Et
2)H3O +
CO2H
_
CO2
2)H3O + / Q
O
O 1)EtO
_
CHO
2)H_CO2Et 3)H O + 3
2-Formilciclohexanona
Apartado 2 Retrosíntesis: CH3 CH3
CH3
CO CH CH2
CO CH3
CH3
CO C
CH3 CH2
CH3
CO CH3
CO C
CO2H
3-Metil-2,5-hexadiona
CO CH CH2
CH3
CH2
CO CH3
CO2Et
CH3
CO CH3
CO CH2
CO2Et
+
CH3
CO CH3
CO2Et
Síntesis:
CH3
EtO
CO CH2 CO2Et
CH3
_ CH3
CO2Et Br2, HO
CO CH3
CO C
CH2
CH3
_
CO CH CH2
CO CH3
CO2Et
1)EtO
_
2)BrCH3
BrCH2 CO CH3
CH3 CH3
_ CO CH
CO CH3
H3O
+
CH3 CH3
CO C
CO2Et
CH2
CO CH3
CO2H
Q
CH3 CH3
CO CH CH2
CO CH3
3-Metil-2,5-hexadiona
Apartado 3 Retrosíntesis: CO2H
CO2H
CO2Et
CO2H HO2C CO2H
CO2Et EtO2C
CO2H
2 EtO2C CH2
CO2Et + BrCH2CH2Br
CO2Et
Ác. 1,4-ciclohexanodicarboxílico
RA-8,9,10
554
Síntesis: 2 EtO2C CH2
HO CH2
EtO
CO2Et
CH2
_
_ 2 EtO2C CH
HBr
OH
Br CH2
CO2Et H3O
CO2Et
CO 2Et
CH2 Br
CO 2Et
CO2Et
CH CH2CH2 CO 2Et
CO2Et
CH
1)EtO
2)BrCH2CH2Br
CO2H
CO2H
+
CO2H
EtO2C
_
Q
HO2C CO2Et
CO2H
CO2H Ác. 1,4-ciclohexanodicarboxílico
RESPUESTA 9.12
La reacción en medio ácido de un oxirano sustituido asimétricamente, tiene lugar en el átomo de carbono más sustituido. Si el ácido empleado carece de un anión nucleófilo (p.e. H2SO4; anión: SO4H−) es una molécula de agua la que reacciona con el oxirano protonado: H 2O H H
H Me O
H 3O +
H
H2SO4
H
H
+ OH2
H
H Me +O
OH H 2O
HOCH2
H Me
HO
H Me
H
(2R)-1,2-Epoxipropano
(2S)-1,2-Propanodiol
La reacción de un oxirano con un nucleófilo, en ausencia de ácidos, tiene lugar en el átomo de carbono menos sustituido (menor impedimento estéreo): HO
_ H Me
H
H
HO
H O
H2 O
H
H Me
NaOH O
H
H2O
_
Me HOCH2 OH (2R)-1,2-Propanodiol
(2R)-1,2-Epoxipropano
RESPUESTA 9.13 NC
1
2
H Me
3
2
H Me
NC
_
H Me
H Me
O
H2O
_
H Me
NC 3
2
H Me
OH
(2R,3R)-3-Ciano-2-butanol
O
(2S,3R)-1,2-Epoxipropano
Me _
H
O
CN H Me
H2O
Me
H
CN 3
HO
2
H Me
(2S,3S)-3-Ciano-2-butanol
RA-8,9,10
555
RESPUESTA 9.14 C 6H 5
MgBr
H
H Me
2
H
SN2
H
H 3O +
H Me
2
H
O
H
C 6H 5
C6H5CH2
O
HBr 2
S N2 OH
MgBr
A
Me
B
(2R)-1,2-Epoxipropano
(2R)-3-Fenil-2-propanol
Br Me
2
C6H5CH2
C
C
H
_ C6H5CH2
SN2
H Me
Me
4
C
C CH3
C (2S)-3-Fenil-2-bromopropano
(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino
RESPUESTA 9.15
Secuencia 1: _ EtO
CO2Et C 6H 5
+ C 6H 5
Br
CO2H
CO2Et H 3O +
C6H5
C 6H 5
Q
CO2H
CO2Et
CO2Et
C 6H 5
C 6H 5
B(C20H22O4)
CO2H
CO2Et C6H5
C6H5
EtOH H3O+
C6H5
C6H5
C(C15H14O2)
D(C17H18O2)
Secuencia 2:
O Me
O CHO
HO
Br
+
_
Me
OH _ H C O O
CHO HO
_
Me
A(C3H5Br)
_ O
OH
Me
OH H C O
H
O H
O
Me
Me
+
Secuencia 3: O CO2Et C6H5
Br
+
CO2Et
_ EtO
C6H5
CO2Et CO2Et
_ 1)EtO 2)C6H5COCl
C6H5
C6H5 CO2Et CO2Et
RA-8,9,10
556
RESPUESTA 9.16
Me
Me H3O+
Me
_
Me
OH
Me H2O
Me +
SN1
OH2 +
Me
Me +
Me
H2O
Me
OH
RESPUESTA 9.17
Secuencia 1: O
O
O
C6H5
Br2 _ HO
Me
C6H5
O
_ + O Na
Me
Br
O
C6H5
Me O
A
B(C10H10O3)
Secuencia 2:
Me2NH +
Me2N
O
C6H5CH2Cl
_ 1)EtO
OH 2)
O
+ N
C6H5 Me
O
Me2N
OH
B(C6H15NO2)
O
OH Cl
_
Me
Secuencia 3: O Br Br2
Me
Me
HBr
O
Me
Me
CO2Et
Me
O
_ + EtO
Me Me
Me CO2Et
O
O
A
Secuencia 4:
_ 1)EtO
Me CO2Et
Me
O
H3O+
Me
O _
O
2)
O
O
O
O
O OEt
O
O
O OH
Me B(C5H10O2)
OH
A(C6H8O3)
O Q _ CO2
OH
Me
Br2, P
Me
Br
γ−bromocetona
RA-8,9,10
557
Secuencia 5: O
CO2Et
_ EtO
(CH2)4
O
_ 1)EtO
CO2Et
C6H5
2)
CO2Et
CO2H
HCl H2O
C6H5 OH
B(C16H20O4)
O _
O C6H5
OH
O
A(C8H12O3)
CO2Et
O C6H5
CO2
C6H5
HCl H2O
OH
Cl
Secuencia 6:
H2C(CO2Et)2
O
CO2Et
_ 1)EtO 2)BrCH2
C
CH
C
EtO2C
CH
H3O+
HO2C
Q
CH H3O+, H2O
C
Me
Hg2+
CO2H
B(C5H6O2)
A(C10H14O4)
RESPUESTA 9.18
O Me
CO2Et
O
_ EtO Me
O
_ EtO
CO2Et
Me
O
Me
_
Me
O
Me
Me O
CO2Et
Me
C6H5
I
C6H5 _ O
OEt O
C6H5
A
[B(C16H21O4)]
Me O Me
Me O
O HBr O
H3O+, Q
_
CO2H
Me
C6H5
O CO2
H
Me
HO
Br
Br
C6H5
C6H5
O
_
Me
Me
C6H5
E(C13H17OBr)
[D(C14H17O3Br)]
C(C14H16O3)
Me
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN RESPUESTA 10.1
Se trata de la forma meso (2R,3S) del 2,3-Dibromobutano:
Br Br CH3 CH CH CH 3 (2R) (3S)
_ MeO E2
Br CH3
C H (R)
Br CH CH2
+
CH2
CH CH CH3 +
Br CH3 CH C CH 3
(S)
RA-8,9,10
558
Me 2
Br Br
MeO
H
_
2
1 Me
H
3
4 Me
H
Me
Me
Br
H
3
Br
Br
Me
H
(E)-2-Bromo-2-buteno
(2R,3S)
(2R,3S) Br
(3S) MeO
_
H H
4
CH Me H 1
H
H
1
2
2 3 4
Me
H
Br
H
Br
(2R)
H
(3S)-3-Bromo-1-buteno
(2R) MeO
_
Br
H H
1
H CH Me 4
H
H Br
1
3
(3S)
Me
2
H
H
Br
H
4 3
(3R)-3-Bromo-1-buteno
RESPUESTA 10.2
C6H5 I CH3
CH
CH CO2Et
CH3
E1
C6H5 CH
+ CH CO2Et
transp.
C6H5
(1)
(2)
CH3
CH3 C6H5 C
C6H5
CH CO2Et
(3)
CH C
CO2Et
(4)
H
H + C6H5 Me
CH3 + CH CH CO2Et
H CO2Et
(1)
H C 6H 5
CO2Et Me
C6 H5
H
Me (E)
(mayoritario)
CO2Et
(3)
H
H + C6H5 Me
CO2Et H
(1)
EtO2C C6H5
H Me
C6 H5
CO2Et
(minoritario)
H
Me (Z)
RA-8,9,10
559
H
H + Me EtO2C
H
H Me
C 6H 5
Me
C 6H 5 CO2Et
(2)
H
EtO2C
(minoritario)
C 6H 5
(Z)
(4)
H
H + Me EtO2C
C 6H 5
C6H5 Me
H
Me
H CO2Et
C6H5
(mayoritario)
H
EtO2C (E)
(2)
El giro libre en trono al enlace C2-C3 en los carbocationes (1) y (2) hace que la configuración absoluta de C2 y C3 en el producto inicial no influyan en el resultado final.
RESPUESTA 10.3
EtO
A(C10H13Cl)
C6 H5
_ Me
C
CH Me + Me (Z)
Me
Me
C6H5 CH CH CH2
CH CH2
C6H5
(3R)
C 6H 5
3
(3R)
H
CH
H CH2
(3R)
C6 H5 I A
IK
Me
H2O
CH
C6H5 +
CH Me
Me
I (2R) + (2S)
(2S,3S) + (2R,3S)
C 6H 5 Compuesto A :
C CH2 Me
Me 3
Me CH CH Me 3
CH
C6H5
Cl
Me
Cl
2
Me
3
C6H5
CHCl
(3S)
H
H
(3S)
La reacción con EtO− es E2. Si fuese E1 se obtendría una mezcla de los estereoisómeros (Z) y (E) La configuración de C2 en A es (2R): H
Me 3
C6H5
H
Me
EtO
_
H
H
2
Me
2
Cl
Me C6H5
3
Cl
Me
H
C6H5
Me (Z)
A (2R,3S)
RA-8,9,10
560
Si la configuración de A fuese (2S,3S) se obtendría el estereoisómero (E):
EtO
_
H 2
Me C 6H 5
Me H
Me
3
Me H
C 6H 5
Cl
(E)
A (2S,3S)
Reacciones: La reacción con IK + H2O es SN1 y tiene lugar una transposición de H: I
Me 1 1
H
Me
Me
Me
SN1
3
C6H5 H
3
2
I
H
2
_
(3-Fenil-2-yodobutano) H Me
C6H5 H (2S,3S)
Me
C6 H5 H
Cl
+
3
H
Me
2
A (2R,3S)
3 2
Me
2
(3-Fenil-2-yodobutano)
C6H 5 H
I (2R,3S)
transp. de H
I 1 1
C6H5
+
Me
I
CH2Me
2
Et
(2R)
(2-Fenil-2-yodobutano)
(2S)
(2-Fenil-2-yodobutano)
C 6H 5 Me
_
C 6H 5 Me
2
2 2
Et
I
La reacción con EtO−/EtOH es E2:
EtO
_
H
H
Me
2
Me C6H5
E2
3
Cl
Me
H
C 6H 5
Me
(2-Fenil-2-buteno) [Saytzev]
(Z)
A (2R,3S)
H Me C6 H 5
H
Cl 3
CH 2
CH3
A (2R,3S)
E2
2
Me C 6H 5
3
CH
CH2
(3-Fenil-1-buteno) [Hofmann]
(3R)
RA-8,9,10
561
RESPUESTA 10.4
E es una síntesis acetilacética, luego E tiene que ser un β-cetoéster:
El paso D(R-Br) _ MeCO CH
R
Br
MeCO
CH R
CO2Et
CO2Et
_ 1)HO (conc.)
Me R CH2CO2H
2)H3O+
C6H5CH2CH CH2CO2H
(E) Me
Me
C6H5CH2CH
R
C6H5CH2CH Br
El haluro de alquilo D es:
D(C9H11Br)
Br C6H5 CH C Me
B(C9H9Br) presenta isomería (Z)/(E) y sólo puede ser:
B(C9H9Br)
Br C6H5
CH C Me
Br
H2
C6H5 CH2 CH Me * (D)
[Pd]
(B)
H también es una síntesis acetilacetíca, y H será otro β-cetoéster:
Análogamente, el paso F(C9H11Cl) _ MeCO CH
R'
Cl
MeCO
CH R' CO2Et
CO2Et
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
C6H5 R'
CH2CO2H
MeCH2CH
CH2CO2Et
(E)
C6H5 R'
C6H5
MeCH2CH
El haluro de alquilo F es:
MeCH2CH Cl F(C9H11Br) Cl
C(C9H9Cl) presenta isomería (Z)/(E) y será:
Me
CH C C6H5 C(C9H9Cl)
Cl Me CH C C6H5
H2 [Pd]
Cl Me CH2 CH C6H5
C(C9H9Cl)
F(C9H11Cl)
Como A sufre una reacción de eliminación, para dar B + C, sólo puede ser: Cl C 6H 5
Br
CH CH Me * * (A)
E2
Br C 6H 5
CH C B(Z)
Cl Me + C6H5
C CH Me C(Z)
RA-8,9,10
562
Las configuraciones absolutas de los estereoisómeros del racémico A son:
EtO
_
HC H 6 5
H
Me Br
1 2
Me Br
Cl
H C 6H 5 B(Z)
A(1R,2R)
EtO
_
C 6H 5 H
H 1
Br Me
2
Br Me
Cl
C6H5 H B(Z)
A(1S,2S)
EtO
_
H 1
Me H
Cl C 6H 5
2
Cl C6H5
Br
Me H C(Z)
A(1S,2S)
EtO
_
H 1
C 6H5 Cl
H Me
C 6H 5 Cl
2
Br
H Me C(Z)
A(1R,2R)
Todas las reacciones indican que A es el racémico [(1R,2R) + (1S,2S)]
Si A fuese el racémico [(1R,2S) + (1S,2R)] se obtendrían los estereoisómeros (E) de B y C:
EtO
_
HC H 6 5
H 1
Br Me
E2
2
Br Me
Cl
H C6H5 B(E)
A(1R,2S)
EtO
_
Me
H 2
C6H5 Cl
H
1
Br
E2
C6H5 Cl
Me H C(E)
A(1R,2S)
RA-8,9,10
563
EtO
_
C6H5 H
H 1
E2
Me Br
2
Me Br
C 6H 5 H
Cl
B(E)
A(1S,2R)
EtO
_
H
H 2
Cl C 6H 5
Me
E2
Cl C 6H 5
1
H Me
Br
C(E)
A(1S,2R)
RESPUESTA 10.5
Secuencia 1: H Me
H
OH 2
Br
H
2
Br
3
H
Me
3
Me OH
Me B(2S,3R) H
HOBr
Me
Me
"onio"
H A(C4H8)
Br 2
3
H Me
H
Me H
HO
OH
H
OH 2
Br
I
HI
3
_
H
Me
SN2
Me
I
2
3
I C(2S,3S)
_ Me H
Br 2 3
H Me
H
Me H
H
Br
B(2S,3R)
3
Br
Me
B(2R,3S)
Me
2
Me
SN2 OH
B(2R,3S)
I
Br HI
2
H Me
3
Me H
C(2R,3R)
RA-8,9,10
564
EtO
_
Me
H
H
2
I Me
3
_ EtO E2
I
Me
Me
H
Br (Z)-2-Yodo-2-buteno
C(2S,3S)
EtO
_
Me
H 3
Br Me
H
2
_ EtO
Br
E2
Me
Me
H
I
(Z)-2-Bromo-2-buteno
El enantiómero C (2R,3R) da lugar a los mismos productos de eliminación. Secuencia 2:
_ H
CO2Et
D(C6H10O3)
MeCO
H Et
Br
SN2
Me
EtO2C
4
3
H Et
COMe
3 4
Et
Me
H (3R,4S)-F(C10H18O3)
CO2Et
Me
H Et
H
MeOC H EtO2C
(R)-E(C4H9Br)
_ EtO2C
H
Me
MeCO
Br
SN2
Me
MeOC
H
4
3
H Et
EtO2C H
Et
3
COMe 4
Me
H D(C6H10O3)
(R)-E(C4H9Br)
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
3
F(3R,4S)
Me HO2C CH2
Me
CO2Et MeCO CH
(3S,4S)-F(C10H18O3)
3
Ác. (3S)-3-Metilpentanoico H Et
4
H Et
_ 1)HO (dil.) 2)H3O+
CO2H
Me
MeCO CH H Et
_
CO2 Q
Me MeCO CH2
4
H Et
(4S)-4-Metil-2-hexanona
El diastereoisómero C (3S,4S) da lugar a los mismos productos, ya que C4 tiene la misma configuración absoluta y C3 deja de ser asimétrico.
RA-8,9,10
565
RESPUESTA 10.6
Secuencia 1: Haluro de alquilo primario que puede dar lugar a un carbocatión estabilizado. Reacción de sustitución SN1:
SN1
H
Me C 6H 5
Me
CH2Br
_ HO
H
C 6H 5
H
Me C 6H 5
CH2 +
CH2OH
[C] (Z)-3-Fenil-2-buten-1-ol
HO 1 1
Me
Me
H
C6 H 5
+
C6H5
CH2 +
CH
Me C6H5
_ HO
CH2
CH CH2
[A] (S)-2-Fenil-3-buten-2-ol
CH CH2
[B] (R)-2-Fenil-3-buten-2-ol
Me C6H5
2
2
HO
Secuencia 2: Haluro de alquilo secundario, base fuerte y temperatura moderadamente alta. Reacción de eliminación E2: H Et
H Et
EtO
_
H
H
Et
3
Et Me
Me Cl
E2
4
Cl
Et
H
Me
Et
[C] (E)-4-Metil-3-hexeno
(3R,4R)
Me Me
H
1
H
Et HC Me
H
EtO
_
CH Et H
H1 3
2
E2
Me Et
4
Me
2
Cl
2
H
Cl
H Me
H
H
[B] (Z)-(4R)-4-Metil-2-hexeno
(3R,4R)
Me Me
H2 H
Et HC H1
Me Cl
EtO
_
CH Et H
H2 3 1
H Me
H E2
Me Et
H1
4
(3R,4R)
Cl
Me
H
[A] (E)(4R)-4-Metil-2-hexeno
RA-8,9,10
566
Secuencia 3: Haluro de alquilo primario con dos sustituyentes en C-β y disolvente polar. Reacciones simultáneas E1 y SN1: Me CH3CH2CH2
Me
H2O
C CH2I
Pr
0
50 C
Me
C
+ CH2
transposición
+ C CH2CH3
Pr
Me
Me
Reacción de eliminación E1: H Pr
+
Pr
Me H
H
Me
H
H
[C] 2-Etil-1-penteno
RESPUESTA 10.7
La reacción de A con HO-(dil.) (SN2) da lugar a 1,2-Butanodiol. Este resultado indica que los halógenos están situados en los carbonos 1 y 2. Por otra parte, la hidrogenación de (B + C) origina 1-Bromobutano; es decir, el átomo de bromo está en el carbono 1. El compuesto A sólo puede ser el 1-Bromo-2-yodobutano:
E2
H2
BrCH2CH2CH2CH3
BrCH2-CH=CH-CH3 [B(Z) + B(E)]
[Pd]
BrCH=CH-CH2CH3 +
H2C C CH2CH3
1-Bromobutano I
I BrCH2-CH-CH2CH3 * A(C4H8BrI)
[D(Z) + D(E)] HO-(dil.) SN2
F(C4H7I)
OH HOCH2-CH-CH2CH3 (2R)-1,2-Butanodiol *
La reacción de A con HO- (dil.) (SN2) provoca la inversión de la configuración del carbono 2. En consecuencia, la configuración de dicho carbono en el compuesto A debe ser (S): _ HO
Et H
BrCH2 I (2S) 1-Bromo-2-yodobutano
HO
OH
_
S N2
HOCH2
Et H
+ I
_
(2R) 1,2-Butanodiol
Estereoquímica de las reacciones de eliminación E2:
RA-8,9,10
567
BrCH2 H
H1 E2 Me
I
BrCH2 H
H2 H Me
BrCH2 H
1
-IH
Me
E2 H A(2S)
Br 2
H
1
-IH
H
2
H
-IH1
Me
I
Et
H Br
H
Br
H1
2
H
H
CH2Br Me
H2
(minoritario)
CH2Br H1
Me
Et
2
H
Et
H1
H H2
Br
H -IH2
I
H
Et
Et
Br
H
1
1
H
I
Et
E2
1
(mayoritario)
(minoritario)
-BrH
2
I
H
H
(mayoritario)
Br I
Et
H
H2
H
D(E)
H1
(mayoritario)
I
E2
H
H1
D(Z)
1
2
CH2Br
I
Br H
H2
Me
B(E)
E2
(minoritario)
I
H1
BrCH2
A(2S)
H2
H2
Me
Et
H1
H
B(Z)
H2
Me
I
Me
H
-IH1
CH2Br
I
Me
BrCH2
H2
BrCH2 H
I
H
H1
H
B(E)
E2
A(2S)
2
H1
BrCH2
2
H1
I
H
2
H
B(Z)
E2
A(2S)
H
-IH1
H2
A(2S)
I
Me
BrCH2
2
H
H
I
F
H1
(minoritario)
Et Br
Abundancia relativa: D(E) > B(E) > F = D(Z) ≅ B(Z)
RA-8,9,10
568
RESPUESTA 10.8
Apartado 1: Me
Me Et CH CH2
I + H2C(CO2Et)2
CO2Et
Et CH CH2
CH CO2Et
HO
Me
_
Et CH CH2
_ CO2
_ CH CO2
(H) CO2H
Me
H3O+
Et CH CH2 CH CO2H
Me
-CO2
Et CH CH2
Q
CH2 CO2H
(G)
Apartado 2: Los pasos D
I + MeCOCH2
R
G y E
EtO
F
_ CH3 CO
CO2Et
(D)
R'
F
Cl + MeCOCH2
(E)
(F)
EtO
_ CH3 CO
CO2Et
(F)
G son síntesis acetilacéticas:
H C
R
CO2Et
H C
R'
CO2Et
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
Me CH3CO2H + R
CH2CO2H Et
CH CH2CH2CO2H (G)
_ 1)HO (conc.) 2)H3O+
Me CH3CO2H + R' CH2CO2H Et
CH CH2CH2CO2H (G)
Como los compuestos D y E dan lugar a los mismos compuestos F y G, los radicales R y R’ son iguales: Me R = R' = Et
CH CH 2
Por consiguiente, los compuestos D, E y F son: CO 2Et
Me
Me Et CH CH2
Et CH CH2 Cl
I
CH3 CO CH CH2 CH Et (F)
(E)
(D)
Me
Apartado 3: Los compuestos B y C son dos monoolefinas, con estereoquímica Z y E respectivamente. Existen dos posibilidades para la posición del doble enlace en cada una de ellas: CH3
CH3 CH3 CH2 C
CH I
CH3 CH
(B)
CH3
CH3 CH3 CH2 C
C CH2 I (B)
CH Cl
(C)
CH3 CH
C CH2 Cl (C)
De momento no es posible decidir de qué olefinas concretas se trata.
RA-8,9,10
569
Apartado 4: La reacción de eliminación en el compuesto A da lugar a dos únicos productos (las olefinas B y C) Con independencia de su estereoquímica, esto significa que en el compuesto A los dos halógenos deben estar unidos al mismo átomo de carbono. Si estuvieran unidos a átomos de carbono distintos se obtendría más de un compuesto. Este razonamiento permite conocer las estructuras de A, B y C: CH3 Cl CH3CH2CH
CH 3
CH3
CH I
CH I
CH3 CH2 C (B)
(A)
CH Cl
CH3 CH2 C (C)
Por otra parte, que en la reacción de eliminación con EtO−, el racémico A de lugar a dos únicos estereoisómeros, significa que el mecanismo no transcurre a través de carbocationes, porque de ser así se obtendrían cuatro estereoisómeros (dos Z y dos E) En consecuencia, el paso A B + C es una eliminación bimolecular (E2) Me
Me
Cl
CH3CH2CH
E2
CH I
CH3CH2 C
Me CH
+
I
CH3CH2 C
Cl
(C)
(B)
(A)
CH
Me
H
Me
Et
I
Et
(Z)
Cl H
(E)
El racémico A es una mezcla de enantiómeros de configuraciones (1R,2S) y (1S,2R): H
H 2
I
I
H 2 1
1
Me
H
Cl
Cl
Et (1R,2S)
Et
Me
(1S,2R)
Cada uno de los enantiómeros da lugar a la misma mezcla de olefinas
EtO
_
H
H
I
1
E2
2
Me
Cl
Et
Me
H
Et
I
E2
H
I
2
Cl
(Z)-B
_
Cl
H
H
2
Et
OEt
Et
Me
A(1S,2R)
1
Me
_
1
A(1R,2S)
EtO
H
I
E2
Me
Cl
Et
H
E2
(E)-C
A(1R,2S)
H
Cl
H 1 2
I
Et
_
OEt
Me
A(1S,2R)
Si el racémico A fuese (1R,2R) + (1S,2S) se obtendría una mezcla de (E)-B y (Z)-C.
RA-8,9,10
570
RESPUESTA 10.9
Apartado 1: Puesto que se obtiene un solo producto,la reacción del (1S,2S) 1-Fenil-1,2-propanodiol con HBr es una reacción SN2, que transcurre con inversión de la configuración: C6H5 H
HO 2
Me
HBr SN2
1
OH
H
Me H
Br 1 2
C6H5
Br
H
(1) (1R,2R)
(1S,2S)
La reacción de eliminación E2 de (1) da lugar a los siguientes productos: Br CH3
Br
Br
Br
E2
CH CH C6H5
CH3
CH
(1)
CH3
C C6H5 +
C
Br CH C6H5
CH2
+
CH CH C6H5
(3)
(2)
(4)
Estereoquímica: Br Br 1
H Me
C6H5 Br
Br Me
:B
H
:B
H
H
C6H 5
2
H H
Br
(1)
(1)
(1)
(1R,2R)
(1R,2R)
(1R,2R)
C6 H5
Br Me
Me
H
H
H
C 6H 5
Me
Br (2) (Z)
Br
H
C 6H 5
H
H
Br CHC6H5 H
Br E2
E2 H
H
Br Br
C6 H5
H
1
2
2
H
:B
Br
1 CH
E2
C6H5
C6 H5
Me
H (3) (Z)
Br CH2 CH
3
(4) (3S)
C 6H 5 H
Abundancia relativa: (4) (Hofmann) > (2) (Saytzev) = (3) (Saytzev)
RA-8,9,10
571
Apartado 2: Reacciones del compuesto (2): Br CH3
CH C C6H5
_ HO
Br
H2
CH3 CH2 CH C6H5 * (5) + (6)
[Pd]
(2)
CH3
E1
CH CH C6H5 (7) + (8)
Estereoquímica: H MeCH2
H
C 6H 5
H2
Me
Br
[Pd]
(2) (Z)
HO
1
C 6H 5
H
_
+
E1
H Me
Br
(5) (1R)
C 6H 5 Br MeCH2
1
HO
Me
C 6H 5
H
(7) (Z)
H
_
+
E1
H
H C 6H 5
H
H C 6H 5
H Me
(6) (1S)
C 6H 5 H
Me
H
(8) (E)
Reacciones del compuesto (3): Br CH3
C
CH C6H5
Br
H2
CH3
[Pd]
CH CH2 *
NH3
C6H5
S N2
NH2 CH3
(9) + (10)
(3)
CH CH2 *
C6H5
(11) + (12)
Estereoquímica: H 2
Br
C6H5
Me (3) (Z)
H
H2 [Pd]
Br Me
Br CH2C6H5 Me
(9) (2S)
H
NH3 SN2
Br CH2C6H5
H Me
(10) (2R)
CH2C6H5
2
H2N
H
Br Me 2
CH2C6H5
Me H
Me
NH3 SN2
CH2C6H5 (11) (2R)
H
H2N
2
CH2C6H5
(12) (2S)
Reacciones del compuesto (4): Br CH2
CH CH C6H5
_ HO SN1
CH2
+ CH CH C6H5
+ CH2
CH CH C6H5
_
_
HO
CH2
* CH CH C6H5
HO
HO CH2
CH CH C6H5
OH (13) + (14)
(15) + (16)
RA-8,9,10
572
Estereoquímica: OH 1
CH2 CH
1
Br
HO-
3
CH2 CH
SN1
C 6H 5 H
+
CH2 CH
HO
C6H5
3
_
H
C 6H 5 H
C6 H5 H
2
(4) (3S)
(14) (3R)
CH2 CH
2
(13) (3S)
OH
C6H5 H
+
CH CH2
= C 6H 5
H
CH2
H +
C6H5
H
+ CH2
_ HO
H
H C 6H 5
CH2OH H
(15) (E)
H
CH2
H
+ CH2
C 6H 5
H
C6 H 5
+ H
_ HO
H
CH2OH
H
C6H5
(16) (Z)
H1 Pr
+
Me
H2 Me
Pr
H2
Me
Me
[A] (E)-3-Metil-2-hexeno
H2 +
Pr Me
H1
Me
Pr
Me
Me
H1
[B] (Z)-3-Metil-2-hexeno
Reacción de sustitución nucleófila SN1: HO 3
1
Pr Me
1
Pr
+
Me
Et
Et
[D] (3R)-3-Metil-3-hexenol
Et
[E] (3S)-3-Metil-3-hexenol
H 2O
2
Pr Me 2
3
HO
RA-8,9,10
573
11. ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO RESPUESTA 11.1
5-Metil-1,5-hexanodiol HBr
MeOH
Mg
MeBr
2 MeMgBr OH Me C CH2CH2CH2 CH2OH Me
O CO2H
H3O+
O
OH
3-Fenilpropanol C6H5
CH2OH
1)HBr 2)Mg
C6H5
CH2MgBr C6H5
CH2
CH2CH2OH
O
2-Hexanona CH3CH2OH
1)HBr 2)Mg
CH3CH2MgBr CH3CH2
CH2
CH2CH2COCH3
CH CO CH3
4-Metil-4-heptanol
CH3CH2CH2OH
1)HBr 2)Mg
CH3CH2CH2MgBr CH3CO CH2CH2CH3
CH3
CO2H
SOCl2
CH3
1)PrMgBr 2)H3O+
OH CH3CH2CH2
C CH2CH2CH3 CH3
COCl
3-Pentanol
H CO2H
EtOH H3O+
H CO2Et CH3CH2
CHO
1)EtMgBr 2)H3O+
OH CH3CH2
CH CH2CH3
CH3CH2MgBr
RA-11,12,13
574
3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno EtOH
CH3CO2H
CH3CO2Et
H3O+
1)CH2
CH3CO CH CH2 CH2
CH Br
Mg
OH
CH MgBr
CH2
2)H3O+
CH C CH CH2 CH3
CH MgBr
CH2
2-Fenil-2-butanol CH3CH2CO2H
EtOH H3O+
CH3CH2CO2Et CH3CH2
CH3OH
CO CH3 OH
1)HBr
CH3CH2
CH3MgBr
2)Mg
1)Br2[Fe]
C6H6
C CH3 C6H5
C6H5 MgBr
2)Mg
1-Metilciclobutanol BrCH2CH2CH2COCH3
CH3
1)Mg +
2)H3O
OH
Ácido fenilacético C6H5CH2OH
1)HBr 2)Mg
C6H5CH2MgBr
1)CO2
C6H5CH2
2)H3O+
CO2H
RESPUESTA 11.2
Ác. Benzoico C6 H 5
1)CO 2
MgBr
2)H3O+
C6 H 5
CO 2H
1-Fenilpropino Retrosíntesis: Br C6H5
C6H5
C C CH3
Br
CH CH CH3
C6H5
CH CH C6H5
OH C6H5
CH CH2 CH 3
C6H5
MgBr
+ CH3CH 2 CHO
Síntesis: H CH3CH2 C6H5
C
H MgBr O MgBr
CH3CH2
C O
H3O+
OH C6H5
CH CH2CH3
H3O+
C6H5
RA-11,12,13
575
+ OH2 C6H5
CH
H2O
CHCH3
C6H5
Br2
CH CH CH3
H
Br C6H5
Br
Zn
CH CH CH3
C6H5
C C CH3
Vinilbenceno Retrosíntesis: OH C6H5
CH CH2
C6H5
C6H5 MgBr
CH CH3
+
CH3CHO
Síntesis: O MgBr C6H5 MgBr
+
C6H5
CH3CHO
+ OH2
H3O+
C6H5
CH CH3
O H
H3O+
CH CH3
H2O
C6H5
C6H5
CH CH3
CH CH2
Trifenilmetanol Retrosíntesis: O
OH C6H5
C6H5
C C6H5
C6H5 MgBr
C C6H5
+
C6H5
CO2Et
C6H5
Síntesis: O C6H5
C OEt
+
C6H5
C6H5 MgBr
O
MgBr
C
OEt
O C6H5
C6H5
O MgBr C6H5
C C6H5
C
C6H5 MgBr
C6H5
OH
H3O+
C6H5
C6H5
C C6H5 C6H5
2-Feniletanol OMgBr C6H5
MgBr
+
H2C
CH2
C6H5 CH2
CH2
H3O+
C6H5 CH2
CH2OH
O
RA-11,12,13
576
1,1-Difeniletanol Retrosíntesis: O
OH C6 H 5
C
CH 3
C6 H 5
C
C6 H 5
CH 3
MgBr
+
CH 3
CO 2Et
C6H 5
Síntesis:
O CH3
O C6H5 MgBr
C OEt +
O MgBr
C6H5 MgBr
CH3 C C6H5
OH
H3O+
CH3 C C6H5
CH3
C C6 H5 C6 H5
C6H5
2-Fenilpropeno Retrosíntesis: CH3 C 6 H5 C
CH3 CH2
C 6H 5
C
O CH3
CH 3
+ C6H5 MgBr
C CH3
OH
Síntesis: O
O MgBr
CH3 C CH3 +
C 6H 5
MgBr
CH3 C CH3
OH
H 3O +
C 6H 5
CH3
H 3O +
CH3 C CH3
C 6H 5 C
CH2
C 6H 5
Fenol C6H5 MgBr
1)O2
C6H5 OH
2)H3O+
1,1-Difenil-1,5-pentanodiol Retrosíntesis: OH C6 H 5
O MgX
C CH 2CH2CH 2
CH 2OH
C6 H 5
C CH 2CH2CH 2
C6 H 5
CH 2O MgX
C6 H 5 O O C6H5
C CH2CH2CH2
CH2O MgX
C6H5
MgBr
+
O
C6H5
Síntesis: O
C6H5 O
MgBr
O
C6H5 C6H5 O MgBr
C6H5 MgBr
O MgBr C6 H5 O MgBr
C 6H 5 H3O+
OH C6 H5 OH
RA-11,12,13
577
RESPUESTA 11.3
Apartado 1: Me 1
H
1
3
OH
1
2)H3O+
3 2
Me
1)MeMgBr
H
O
(1R,3S)-1,3-Dimetilciclohexanol (mayoritario)
Me
OH
(3S)-3-Metilciclohexanona
2
H
1
(1S,3S)-1,3-Dimetilciclohexanol (minoritario) 3
Me
Me
Dos diastereoisómeros suelen tener rotaciones distintas, tanto en magnitud como en signo; sin embargo, puede suceder que ambas (magnitud y signo) sean iguales. En este caso tal posibilidad es irrelevante, ya que los dos diastereoisómeros se obtienen en cantidades desiguales y, en consecuencia, la mezcla de reacción tendrá actividad óptica. Apartado 2: Me 1
Me
1
OH
1
(1R,3R)-1,3-Dimetilciclohexanol (minoritario)
3
H 1)MeMgBr
Me
O
2)H3O+
3 2
H
OH
(3R)-3-Metilciclohexanona
2
Me
1
Me
(1S,3R)-1,3-Dimetilciclohexanol (mayoritario)
3
H
Ahora se obtiene la otra pareja de diastereoisómeros (enantiómeros de los anteriores) Por los mismos motivos expuestos en el Apartado 1, la mezcla de reacción será ópticamente activa. RESPUESTA 11.4
BrCH2CH2OH
O
TsOH
BrCH2CH2
Mg, Et2O
O THP
Br_Mg_CH2CH2_O_THP
A
O THP
O THP
CH2CH2 MgBr
Me
CH
O H CH2CH2
Me CH2
CH O H
O
CH2 CH OH B
CH2
H3O+
O MgBr
Me HO CH2CH2
CH2CH2
Me
B(C5H12O2)
HBr (1 eq.)
Me HO CH2CH2
CH2 CH Br
C(C5H11OBr)
O
TsOH
O THP CH2CH2
Me CH2 CH Br D
RA-11,12,13
578
O H
2)CO2 3)H3O
O
O
1)Mg
Me
CH2CH2
+
Me
C O
Me
H
CH2 CH CO2H
O
OH
E
F(C6H10O2)
Me
Li
Me
O O
O
Li
O Li
Me
Me
Me
Me
Me
H3O
Me
O Li
Me
+
HO
Me
5
Me
4
1
O Li
OH
4,5-Dimetil-1,5-hexanodiol
RESPUESTA 11.5
Secuencia 1: CO2Et _ CH3CO CH CH2
CO2Et C
CH3CO CH
CH
CH2
C
CH
O
CH3
+
H3O
A(C9H12O3)
Br
O
HOCH2CH2OH
CH CH2
C
CH
NaNH2
CO2Et B
O CH3
O CH CH2 CO2Et
C
C
_
O CH3
I
CH3
O CH CH2 CO2Et
C
H3O+
C CH3
C
O CH3
_ CH CH2
C
C CH3
O
O CO2
CH3
CH2 CH2
C
C CH3
CO2H
H2[Pd/C]
Me
Me
BaSO4
(Z)
D(C7H10O)
E(C7H12O)
Secuencia 2: OH
1)Mg 2)EtCHO CH3CH2CH2Br
1)H3O
+
CH3
Br CH3
PBr3
CH3
H
1)H3O+
H
CH3
CO2H CH3 H
2)CO2
B
A
CH3
1)Mg CH3
CH3 OH
CH3 O
SOCl2
Cl
CH3 O
C
RA-11,12,13
579
HN
CH3
_ O H
H :N
O Cl
CH3 Cl
CH3
O
H
CH3
+N
N
CH3
Cl
CH3
O CH3
N
+ N H + H
CH3
RESPUESTA 11.6
Secuencia 1: O Br
CH2OH
1)Mg 2)CH2O
C H
1)H3O+
MgBr
1) C6H5
Swern oxidación
C6H5
2)H3O+
A
OH
B
Secuencia 2: HC CH
1)NaNH2 2)CH2O
1)NaNH2
HC C CH2OH
HOCH2
2)CH2O
A(C3H4O)
C C CH2OH
H2[Pd/C] BaSO4
B(C4H6O2) O
HOCH2
Me
CH CH CH2OH
O Me
Me
H3O+
O Me
C(C4H8O2)
(acetal)
Secuencia 3:
CH3COCH2CO2Et
HOCH2CH2OH H3O+
O
O
Me
CO2Et
1)C6H5MgBr 2)H3O+
O
C6H5
O
Me
OH
O H3O+
C6H5
A(C8H14O4)
Me
C6H5 OH C6H5
RESPUESTA 11.7
C6H5CH2
CO2H
P, Br2
Br C6H5CH
CO2H
EtOH
Br C6H5CH
CO2Et
Zn
A
C6H5 Zn Br C6H5CH
CO2Et
HO O
CH CO2Et
Reformatsky B(C15H20O3)
RA-11,12,13
580
O
C6H5 O HO
CH
C EtO
C(C4H11NO)
NMe2
:O
NMe2
HO
HNMe2
+
HO
C6H5 O
+
CH
O
C
H
C6H5 O
NMe2
HO
C
CH
NMe2
O
H EtO
_
RESPUESTA 11.8
Reacciones: Me CH3CH2
CH CHO *
Me
1)IMgEt
CH3CH2
2)H3O+
OH
Swern
CH CH CH2CH3 * *
oxidación
Me CH3CH2
[A + B]
1)NaCN, EtOH 2)H3O+
CH C CH2CH3
H3O+
Me OH CH3CH2
CH C CH2CH3
[D + E]
Me
CH C CH2CH3
CH3CH2
C
+ C CH2CH3
CO2H
H2O:
H
CO2H
Me C
H3O+
[F + G]
+ Me OH2
CH3CH2
CH2CH3
CO2H
CN
CH3CH2
CH C * [C]
Me OH CH3CH2
O
Me Q _ CO2
C CH2CH3 CO2H
[H + I]
CH3CH2
C
C CH2CH3 H
[J + K]
La reacción del 2-Metilbutanal con el magnesiano está sometida a control cinético (Regla de Cram). Conformación más favorecida en relación con el grupo carbonilo:
H
O
Me O H
Et
Me
H
el carbonilo está situado entre los grupos pequeño (H) y mediano (Me)
Et(H)
(2S)
RA-11,12,13
581
Me
1
OMgX H
H Et
O Me
H
OH H3O
H
Me
+
H
Et
Et
(I) (mayoritario)
Et
IMgEt
1
2
Et(H) Me
OMgX H
Et
H
2
Et
H
OH H
Me
H3O+
(II) (minoritario) Et Et
H
H
Me
OH 4
Et
3
HO
3
H
H Et
(I)
Et
4
(3S,4S) (mayoritario)
Et
Me
(3S,4S)-4-Metil-3-hexanol
Et H
Me
OH
HO H
Et Et
H
3 4
H (3R,4S) (minoritario) Et
Me
(II) (3R,4S)-4-Metil-3-hexanol
La oxidación de Swern transforma la mezcla de estereoisómeros del 4-Metil-3-hexanol en 4-Metil-3-hexanona: H
Me
OH Swern 4
3
Me
Swern 3
H
Et
Me
O 4
oxidación
Et
Et
4
(4S)-4-Metil-3-hexanona
OH 4
O
Et
(3S,4S)-4-Metil-3-hexanol
H
Me
oxidación
H Et
Et
H
Et
Et
H
(3R,4S)-4-Metil-3-hexanol
(4S)-4-Metil-3-hexanona
La reacción con cianuro sódico está sometida a control termodinámico, es decir, se obtendrá una mezcla equimolecular de dos cianhidrinas que son diastereoisómeras entre sí. Su hidrólisis posterior conduce a los diastereoisómeros (2R,3S) y (2S,3S) del ácido 2-Etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico: H
O
Me
O
Me
H
4
Et
Et
Et(Et)
(4S)-4-Metil-3-hexanona
RA-11,12,13
582
Me H
OH 4
3
Et CN (2R,3S)-3-Ciano-4-metil-3-hexanol Et
OH 1
OH
Me
H
Et
CN
H3 O
+
Me
H
Me H
Et
CO2H
Et
OH 3
Et
O H
Me
CN
Et
_
2
Et CO2H
ácido (2R,3S) 2-Etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico
1
2
Et(Et) (4S)-4-Metil-3-hexanona 2
H
Me H
Et
Et
OH
OH Me
H
NC
Et
Et
H3O
Me
+
OH 3
HO2C Et
2
Et
CO2H
ácido (2S,3S) 2-Etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico Me H
OH 4
3
CN
Et
Et
(2S,3S)-3-Ciano-4-metil-3-hexanol
La deshidratación en medio ácido, del Ácido 2-etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico, transcurre a través de carbocationes (E1) y da lugar a una mezcla equimolecular de los estereoisómeros (Z) y (E) del Ácido 2-etil-3-metil-2-pentenoico:
Me H
OH 3
2
Et
H 3O
+
Et CO2H
+ OH2
Me H Et
Et CO2H
Me
Et
+ OH2
H
Et CO2H
Et Me
+ OH2
Me
Et +
Et CO2H
H
(2R,3S)
Me H
OH 3
2
Et
Et
CO2H
H3O +
Me H Et
+ OH2
Et
CO2H
H
Et
CO2H
Me
Et
H
+
CO2H Et
(2S,3S)
RA-11,12,13
583
Et Me H2O:
+
H
Et
Et
Et
CO2H
Me
CO2H (E)
Et Me H2O:
+
CO2H
Et
Et
Me
H
CO2H Et
(Z)
Finalmente, la descarboxilación del Ácido 2-etil-3-metil-2-pentenoico origina los dos estereoisómeros del 3-Metil-3-hexeno: Et
Et Me
Q _ CO
CO2H
Et
Et Me
2
H
(E)
(Z)
CO2H
Et Me
Q _ CO
Et
(Z)
H
Et Me
2
Et (E)
RESPUESTA 11.9
Secuencia 1: O C6H5
1)CN
Me
OH
_ C6H5
2)H3O+
OH NaOH, H2O
Me
C6H5
CN
Me
CO2H
Secuencia 2: H2C(CO2Et)2
_ 1)EtO
Me
2)Me2CHCH2Br
CO2Et
Me
Q
CO2Et
Me
H3O+
_ EtO HCO2Et
CHO
Me Me
CN
CO2H
Me
A(C11H20O 4)
Me
EtOH H3 O
+
B(C6H12O2)
_
D(C9H16O3)
OH
CN Me
CO2Et
C(C8H16O2)
OH Me
CO2Et
Me
H3O+
CO2Et
Me
CO2H Me
CO2H
E(C10H17O3N)
Secuencia 3:
H
C
C H
1)Na, NH3(liq.) 2)Me2CO
Me Me
OH C CH
A(C5H8O)
H3O+, H2O Hg2+
Me Me
OH C CH2 OH enol
Me
Me
O Me
OH B(C5H10O2)
584
Secuencia 4
2H
C
OH
1)Na, NH3(liq.)
C H
2)2Me2CO
OH C
Me
C
Me
CO CH2
Me
Hg2+
Me
B(C8H16O3)
Me OH CO CH2
Me
Me
Me
O
+ OH2 CO CH2
Me
H3O+
Me
Me
A(C8H14O2)
OH
OH
OH
H3O+, H2O
Me
Me
+
H2O
Me
+
Me
Me
O Me H
Me
Me
Me
Me
Me
O Me O
Me
Secuencia 5: OH
OH
O
CH2 +
1)Br3P
HO
_
H3O
R CO3H
CH2_O_CH2C6H5
C6H5CH2OH
2)Mg 3)CH2O
Na A(C7H14O)
B(C7H12)
C(C7H12O)
RESPUESTA 11.10
O Me
O Me
Br2 _ HO
O
HOCH2CH2OH
Br
Me
+
H3O
α−bromocetona
O
Me
CH2OH
Me
HBr
O
O
Me
2)CH2O
O H3O+
O
1)Mg
Br
CH2OMg
β
Me
Br
RESPUESTA 11.11
Secuencia 1: EtO2C EtO2C
_ EtO IMe
CO2Et H
EtO2C
CO2Et
_ EtO Br
EtO2C
A
HO2C
2)H3O+
Me
Me
CO2H
_ 1)HO
Me [C]
B(C11H18O4)
O
O O
EtOH
HO2C
H3O+ Me
D(C6H10O2)
Me
H4AlLi
EtO2C
O
HO Me E
Me F(C6H12O)
Me
Me
O Me
N
585
Secuencia 2: _ EtO
CH2(CO2Et)2
H3O+
EtO2C Br
HO2C
CO2Et
EtO2C
[B]
PBr3
HO
D
H3O+
CO2H
A(C10H16O4)
H4AlLi
EtOH
HO2C
Q
C(C5H8O2) _ C6H5O Na+
Br
E
C6H5O
F(C5H9Br)
Secuencia 3:
C6H5NH2 +
H
O
O Me
Cl
H4AlLi
Me
C6H5NH
C6H5
N
Me
Secuencia 4: Br
O
CO2H
1)Mg
SOCl2
2)CO2 1)H3O
Cl
NMe2
O
NMe2
Me2NH
H4AlLi
+
Secuencia 5: H C
1)Na, NH3(liq.)
C H
2)
HO
O
_ EtO
C CH
C6H5CH2Br
C6 H 5
O
C CH
B(C11 H12 O)
A(C4H6O)
C6H5
O
C
C CH2OH
C(C12H14O2)
Secuencia 6:
O Me
CO2Et
CO2Et
_ EtO MeCOCH2Br
Me
Cl
CO2Et
NH2
Me
Me
Me
O O
NH O Ar
A(C9H14O4)
[B(C15H18O3NCl)]
CO2H CO2Et H3O + Me
N
Me
N
Me
Ar C(C15H16O2NCl)
Cl
Me
1)Na, NH3(liq.) 2) CH2O
586
Secuencia 7: Me
EtO2C
O
O
Me
OH
EtO
Me
NH
O
N
N
H2N
H2N_NH2
RESPUESTA 11.12
Síntesis 1: O
O
O
HO Me
OH + H3O
OEt
O
O
Me
O
1)2 C6H5MgBr 2)H O +
OEt
OH C6H5 C6H5
Me
3
Síntesis 2:
MeO2C
OH Me
Me
MeO2C
O H3O +
H4AlLi
O_THP
HO
Me
Me
Me
Me
HBr H2O
O_THP
O
O_THP
O
Br Me
1)Mg
Me
2)
HNa BrMe
O
OH Me
O
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO RESPUESTA 12.1
Secuencia 1: O
O
_ EtO2C CH2
C
EtO2C CH2 C H
OEt
H
NaBH4
A(C5H8O3)
EtO2C CH2 CH2OH
H3O+ Q
_ O
O CH2
CH2
C(C5H8O 2)
B
_ EtO2C CH2
EtO2C CH
CH C OEt
EtO2C CH2 CH2 CH
C
EtO2C CH2
CH2 CH2
D(C9H16O4)
CO2Et
C OEt
EtOH
587
CO2Et _ _ CO2Et
O
Me
OH
EtO2C
C Me
Me
C Me
Me EtO2C
O
CO2Et
+
H3O Q
Me
OH
CO2Et
E(C14H24O6)
Secuencia 2: _ EtO2C CH2
O H C _
COMe
EtO2C CH2 O
O
_ Me
Me A
EtO2C CH2 O
EtO2C CH2 O H
O C OEt
Me
Me
Me O
B(C12H20O3)
O HO
_
OEt
C
O
_ CH2 O
O
Secuencia 3:
C6H5CH2
C6H5CH2
MgBr
O
O
CH2
H3O+
MgBr
C6H5
OH A(C6H10O)
Secuencia 4: H CH2
CH CHO
HBr
BrCH2
CH2
HOCH2
CHO
CH2OH
CH2
O
C O
B(C5H9O 2Br)
A(C3H4O)
OH
OH O
1)Mg 2)C6H5COMe
BrCH2
Me
O
H3O+
H Me
O
C
RA-11,12,13
588
Secuencia 5: O C
CH2
_ EtO
CO2Et
CO2Et
B
O
_
1)HO
_
2)H3O+, Q
A(C10H18O4)
HC C
O
O
OEt
HO
C(C5H8O)
HO
C CH
CH CH2
CH CH2
H2
H3O+
[Pd]
Q
D
E
Secuencia 6: O
O
O
_
Me
Me
CO2Et
O
O
EtO
A(C6H10O3)
_ O
Me O O
B
Secuencia 7: Me _
Me
O HC
Me HNa
C C Me
O
O Me
A(C7H12O)
O
O
[B]
Secuencia 8: Me
O
O O
Me O
CO2Et
CO2Et
O CO2Et _ CH Me
Me
Me
Me
Me
Me
H3N: A(C11H16O4)
Me CO2Et
CO2Et N H
Me O
B(C11H19O4N)
Me
Me
OH NH2
OH Me
Me
N
Me
C(C11H17O3N)
RA-11,12,13
589
Secuencia 9: Br
_ (EtO2C)2CH
(EtO2C)2CH CH2 CH CH2
CH2 CH CH2 A(C3H5Br)
EtOH
EtO2C CH2 CH2
H3O+
H3O+
H4AlLi
CH CH2
CH CH2
CO2H
B(C10H16O4)
CH CH2
CO2H
HOCH2 CH2 CH2 CH CH2
H3O+ Q
CH2
CH CH2 CH
CH2
D
C(C7H12O2)
Secuencia 10: OEt O C
O
_ CH2
CO CMe3
O CH CO _
CMe3
CO CMe3
OEt
CO2Et
O
O
A(C12H14O4)
[B]
RESPUESTA 12.2
Secuencia 1: O
OH
CH _
COCH3
COCH3
COCH3
(1) (C7H12O2)
Secuencia 2: HO2C CH
O
_
C CH CH CH3
HO2C
N
CH3 CH CH CH CH CO2H
H
(2) (C3H4O4)
Secuencia 3:
CH3
COCH3 _
CO CH
COMe CH2
CH CN
CH3 CO CH CH2CH2
CN
(3) (C5H8O2)
Secuencia 4: _ CH2 O
CH CO CH3 (4)
_ O CH
2
O
O
(C4H6O)
RA-11,12,13
590
Secuencia 5: O
_ CH3 CO CH2
C
CH3
CH3COCH2COCH3
OEt (5) (C4H8O2)
Secuencia 6: O C6H5
_ O
O
C6H5
_
C6H5
O
C6H5
C6H5
C6H5
C6H5
C6H5
(6) (C14H10O2)
Secuencia 7: Me EtO2C
Me
Me _
_
EtO
OEt
O
Me CO2Et
EtO2C
CO2Et
O
O
O (7)
(C6H10O4)
Secuencia 8: Me
Me
CO2Et
Me
OEt O Me
Me Me
Me
O Me
_
Me
CO2Et
CO2Et
CO2Et (8) (C15H26O4)
Secuencia 9: Me _
Me HC C CO CH3 O
(9)
CH CH CO CH3 O
(C4H4O)
RA-11,12,13
591
Secuencia 10: OH
_ CH2
O Me
O _ H2C
O
O
Me
Me
Me
O
O
OH
O
Me
Me
O
(10) (C4H6O2)
RESPUESTA 12.3
Secuencia 1:
C6H5
Me _ C
O
CO2Et
H
CHO C6H5
C OEt
A(C11H14O2)
C
CO2Et
Me
B(C3H6O2)
Secuencia 2: OH
O
O O
_
CO2Et
EtO C OEt B(C5H10O3)
CH2
CH2OH
H4AlLi
C(C9H14O3)
D
Secuencia 3:
CH3 CH2
Me H
O
CH3
C
CH CH2 CH3 *
CO
O Me
4
4
Et
CH2CH3
4
Et
O Me
H
H
Et
Et(Et)
(4S)
OH Me
H
1
A (3R,4S) (mayoritario) Et
O Me
H
2
Me Et
1
MeMgI
Et(Et)
OH
(4S) (Regla de Cram)
Me
H
Me
Et
B (3S, 4S) (minoritario) 2
Et
RA-11,12,13
592
Secuencia 4: Me
Me CH
B(C6H10O2)
CH
CH
C O H2N A(C6H8N2)
C O
HN
OEt
Me
CH2
NH
NH
H N
OEt
C6H5
C6H5
C6H5
O
N
Secuencia 5: Br
CH3
Mg
CH3
CH CH CH
C6H5
C6H5
CH2
CH CH CH CH2OH
O
RMgBr
A(C5H8O)
Secuencia 6: O
O O
+
Me Me
MeMgBr
Me
Me
MeMgBr
O MgBr
Me
OH
O H
Me
A(C6H10O2)
Secuencia 7: _
H2C O
Me
O
O
A(C4H6O)
O
O
CH _ 2
[B(C10H16O2)]
Secuencia 8: O Me O Me
_
CO2Et
O Me O
O
Me
H A(C4H6O2)
O CO2Et
CO2Et HO
OH
Me
OH
[B(C10H16O5)]
H
OH
O CO2Et
H
CO2Et
H Me C(C10H12O3)
Me D(C10H12O3)
(¡forma cetónica de un fenol!)
RA-11,12,13
593
RESPUESTA 12.4
Secuencia 1: O
HO +
CH CO2Et
CH2CO2Et
BrCH2CO2Et
_ MeCO CH CO2Et
H3O+
Zn
Q A(C10H18O3)
B(C10H16O2)
O _
CH2CO2Et
CH2
HO H2O
CH COMe
C
O OEt
_ CH COCH2
CO2Et
O
EtO2C
CO2Et
D(C14H20O4)
C
O
O
_
CO2 Q
HO2C
O
O
Secuencia 2: O
CHO +
_ CH2
Darzens
ClCH2CO2Et
A(C6H10O)
CH
CH CO2Et
_ CH2
CH CH2
COMe
CH2
CO Me
CH2
CO2Et
_ HO H2O
CH D
D(C11H18O2)
O CH2
CO2Et
[C]
B(C7H12O)
H3O+ _ H2O
OH
CO2Et
O
C CH _ 2
CH CH2
C O
O
OEt
RESPUESTA 12.5
O Me
Me O
1)HO
O
_
2)Cl_CO2Et 3)H3O+
CO2Et
Me O (A)
1)EtO
2)MeCOCH2CH2CH2Br 3)H3O+
CO2Et
O
_ Me
O 7
Me
2
O (B)
RA-11,12,13
594
O
H3O+
CO2H
O
_
Me
O
CO2
Me
O
Me
Q
Me
O
O (C)
Me
O 7
(D)
Me
_
O
O
Me
_ HO H2O
7
2
_
HO H2O
Me O
O
OH
OH
OH
O
Me
Me
+
H3O
HO
Me
O
_
Me O
(E)
RESPUESTA 12.6
Secuencia 1: OMe
OMe _ 1)EtO / EtOH 2)MeCH2COCH=CH2
O
Me
H
OMe _ 1)EtO / EtOH
O
+
2)H3O
H
H Me O
O A(C16H20O3)
B(C16H18O2)
OMe
OMe H3O+
H
H4AlLi
Q
Me
Me
HO
Secuencia 2: CO2Me
H 1)LDA
O
2) 3)H3O+
EtO
O
_
CO2Me
O
_ CO2Me
A(C9H12O3)
_ O
H 3 O+ CO2Me
1
HO
2
HO
1 2 3
3 4
CO2Me
4
CO2Me
RA-11,12,13
595
RESPUESTA 12.7
Reacción 1: O
C6H5
C6H5
C6H5
_H C
EtO2C
O
O
C6H5
C6H5
CO2Et
EtO2C
O
EtO2C
CO2Et
C6H5
C6H5
_
C6H5 CO2Et
EtO2C
CO2Et
(A)
Reacción 2: O
O
O Me C
O
_ O
O CH _ 2
O
_
(B)
Reacción 3:
O
O O
Me _
O
Me
CH C Me
CH2 O
O
(C)
O
O
Me
1)LDA 2)Q
_ CH2 O
CH3
Me
O
O
Reacción 4: Me
OMe
CH2 O
O Me CH2 O
Me _ CH O
OMe
_
O
OMe
O
CH CH2 (D)
OH
Me
Me
OMe
OMe
O
O
RESPUESTA 12.8
Secuencia 1: O
Br
O
OMe
_
LDA
_ O
O
O
OMe Br
OH
O H3O+
OMe Br
(A)
RA-11,12,13
596
_ O
O
O
H
CO2Me
Br
_
LDA
Br
O
Br CO2Me
(B)
CO2Me
CO2Me
Secuencia 2: CO2Me (CH2)5 CO2Me
1)EtO
_
_ 1)EtO
2)H3O+
LDA
2)BrCH2CO2Et 3)H3O+
CO2Me O
MeO2C
CO2Me O
(A)
(B)
OMe
_
MeO2C
O CO2Me
OMe *O
_
HNa
MeO2C
OMe
CO2Me
O O CO2Me
*
O CO2Me
H3O+
_
MeO2C
*
MeO2C
O
O
O MeO (C)
MeO2C
_
MeO2C _ O
CO2Me
O O
H3O+
CO2Me
MeO2C
O
MeO
MeO
_ EtO
MeO
_
O (D)
CO2Me O
CO2Me
MeO2C
CO2Me O
O
O CO2Me
CO2Me RESPUESTA 12.9
Secuencia 1: EtNH2
CH2
CH C
A(C3H3N)
N
Et
NH CH2CH2
CN
H4AlLI
Et
NH CH2CH2
CH2NH2
B(C5H10N2)
RA-11,12,13
597
Secuencia 2: OH
O _ H HC(CO2H)2
_ 2H2O
CH CO2H
OH
O
C O
H
OH
B(C3H4O4)
A(C7H6O2)
CO2H O
_
CO2 Q
O
O
O
β−cetoéster
Secuencia 3: _ NH2 Na+
O +
A(C6H10O)
ClCH2CO2Et
CHO
OH
1)C6H5MgBr
CH
2)H3O+
(Darzens)
B(C4H7O2Cl)
C(C7H12O)
Secuencia 4:
CO2Me O
1)LDA 2)CH2
2)H3O+
CH CO2Me
A(C6H8O)
O
_ 1)EtO Na+
O
CO2Me
B(C10H14O3)
Secuencia 5: Me _ HC C
C
CH3
CH3
O CH3
O
O A(C7H12O)
O
O
Me
B(C11H16O2)
RESPUESTA 12.10
Secuencia 1:
Me
Me _
H
CHO H
Me C
O
Me CHO
_ O
H2O
Me Me
OH CHO
A 2-Metil-butanal
RA-11,12,13
598
Secuencia 2: O
O C6H5
_
C6H5
O
_
O
O
O
O C6H5 C6H5
O C6H5
HO
C6H5
Secuencia 3: O C
O
_ H CH2
CHO
CHO
B(C2H4O)
O2N
_
O2N
A(C7H5O3N)
OH CHO
CHO
O2 N
O2 N
RESPUESTA 12.11
Secuencia 1:
Me
OH
O
O CO2H
+
C6H5
A(C3H4O3)
KOH, MeOH
H
C6H5
250C
O CO2H
H
B(C7H6O)
O C6H5
CO2H
[C]
Secuencia 2: Me O
HO
_
Me O
O Me
O
OH
A(C6H10O2)
Me
[B(C6H10O2)]
Secuencia 3: Me
Me
Me + CHO
O CH2
K2CO3
OH
Me CHO
A(C5H10O2)
Me
Me + HO2C
OHC OH A(C5H10O2)
CO2H
NH3, EtOH 1000C
Me HO
Me
CO2H
[B(C8H14O6)]
O
HO2C O
Me
Me _CO
OH HO2C
Me
Me
2
O O
[C(C8H12O5)]
RA-11,12,13
599
RESPUESTA 12.12
Secuencia 1:
C6H5
C6H5
CHO
+
O
_ EtO
O
C6H5
C6H5
CHO
Secuencia 2: O CO2Et
Me
+
O
O CO Et 2
_ EtO
Me
O
Secuencia 3: O +
C6H5 CHO
Me
HO
Me
OH
_ C6H5
_ Me
O H2O
C6H5
Me
[C(C10H12O2)]
B(C3H6O)
A(C7H6O)
O
CN CN
Me +
EtO2C
HO
_
Me
EtO2C C6H5 O
C6H5 O
D(C5H7O2N)
RESPUESTA 12.13
Secuencia 1: O O
C6H5 +
Me CO2Et
_ EtO
O
O
C6H5
C6H5 O
Me
Me O
C6H5
C6H5
CO2Et
CO2Et
C6H5
A(C15H12O)
O
O CO2Et
CO2Et
HO C6H5
C6H5
C6H5
C6H5
[B(C21H22O4)]
RA-11,12,13
600
Secuencia 2: OMe
OMe OMe
O Me
+
HO
Me
O
_
_
O HO
H2O
CO2Et _ EtO
O Me
Me
CHO [A(C11H14O3)]
B(C11H12O2)
OMe
OMe
H3O+
O
O Me
O
O
Me
OMe
Me
Me
CO2Et
O
Q CO2
_
O
Me
Me
CO2H
C(C17H22O5)
Secuencia 3: O O CO2Et
Me
_ 1)EtO
O
Me EtO
Me
2)ICHMe2
Me
O HO
O
Me
Me CO2H
B(C13H22O4)
O
Me CO2H
Me
Me CO2Et
Me
Me
Me
H3O+
OH
Me O
Me Me
Me
Me
_
O
Me
O
CO2Et
A(C6H10O3)
O CO2Et
_
Me
_
Me Me
Q CO2
Me
RESPUESTA 12.14
Secuencia 1: O Me
Me
CH2(CO2Et)2
+
NH4+AcO
Me
Me
_ EtO2C
Me
H4AlLi
HO
CO2Et A(C3H6O)
Br
Me Br D
OH
B(C7H12O4)
C(C6H12O2)
CO2Et
Me CH2(CO2Et)2, NaH
PBr3
Me
CO2H
Me
EtO2C
Me
EtO2C
H3O+ Q
CO2Et
HO2C
Me Me
HO2C CO2H
RA-11,12,13
601
Me _
HO2C
CO2
Me Me
EtO2C
EtOH H3O+
HO2C
Me
Me
EtO2C
HNa
EtO2C
Me
O
E
F
Secuencia 2: _ EtO
CO2Et
CH2 + Me
O
O
O
Me
Me
O
Me
CO2Et Me
CO2Et
O Me
O
A(C4H6O)
CH2OH _ 1)EtO
CO2Et Me
2)CH2O
O
Me
B(C10H14O3)
CO2H
H3O+ Me
O
_ EtO
CO2Et +
O Me
O
O
Me
CO2Et Me
O
CH2
Q
D(C9H12O4)
C(C11H16O4)
CH2 Me
CH2OH
CO2Et
O
CO2Et Me
O
OH Me
Me
O
E(C15H22 O4)
CO2H
H3O+
_ Me
O
Q CO2
Me
O Me
Me
F(C12H16O)
RESPUESTA 12.15
Secuencia 1:
Me
Me CHO
Me
K2CO3 CH2O
Me
CN
_
OHC
Me
Me
_ HO H2O
NC OH
OH
A(C5H10O2) Me
Me OH
OH C
Me OH
EtOH H3O+
OH
OH
EtO2C
Me HO2C
B(C6H11O2N)
O
TsOH
Me
Me
EtO2C
O THP
1)C6H5MgBr 2)H3O+
O THP D
RA-11,12,13
602
C6H5 Me Me
C6H5 Me Me O THP
C6H5
OH
C6H5
OH
OH OH
O THP
E
Secuencia 2: Me 2 Me
HO
O
Me
_
O
Me
_ Me
O
EtO2C
CH2(CO2Et)2 + EtO
EtO2C A(C6H10O)
Me
H3O+ Q
Me
Me
HO2C
HO
Me HO2C
O
Me _
HO2C
Me
O
HO2C
Q CO2
Me
CN
_
CN
H3O+ Q
Me
Me
Me
Me
Me C
B
Me O
OH HO
Me
CO2H
_
O
H2O
O
Me CO2H
Me
Me
Me
RESPUESTA 12.16
¿Por qué en lugar de utilizar la enamina no se puede hacer la síntesis directamente? O
O HO
O
_
_
_
O
Cl
CO2Me
X
CO2Me
El primer motivo es que las cetonas se transforman en su anión enolato difícilmente; en la mayoría de los casos, si la base no es muy fuerte, el equilibrio está muy desplazado hacia la cetona. Por esta razón, se introducen grupos capaces de estabilizar el anión enolato:
O
H
CO2Et
HO
_
O
O
O
_
O
O
O
_
_ OEt
OEt
OEt
anión enolato estabilizado por deslocalización de la carga
Este hecho justifica el empleo de la enamina en la Síntesis 3 de este ejercicio. En el caso de emplear un α-haloéster (Síntesis 1 y 2) el problema estriba en que tiene lugar una condensación de Darzens. Se obtiene un epoxido que, eventualmente, puede transformarse en un aldehido por calefacción:
603
O
CO2Me
O Cl
MeO
+
_
Darzens
CO2Me
CHO
_ Q CO2
Síntesis 1: :NR2
O
+ NR2
Cl
R2NH
O CO2Me
CO2Me
+
H3O
H3O+
CO2Me
H2O
Síntesis 2: O
O N
N
N +
Br
Me
H
H3O+
H3O+ Me
O
O
Me
HO
OH
_
_ O
H2O
O
O
Síntesis 3: + NR2
:NR2
O
O
C6H5
R2NH H3O+
C6H5 O_
O
C6H5
H3O+
OH
H2O
RESPUESTA 12.17
Secuencia 1: Me Me CHO Me
CH2O K2CO3
Me Me
CHO
CNK
Me
OH
Me CN
OH A
HCl H2O
Me Me
OH
OH
B
C
O
CO2H
Secuencia 2: OCH2C6H5
HNa OEt
CO2Et
O C OEt
EtO2C
Ar
O
CO2Et A
Ar
_ t-BuO K+
Me
CO2Et Me
O
CO2Et B
OH
Me
OH
NaBH4
O
604
CO2Et Me
OH
Ar
Ar
Ar 1)NaOH, H2O 2)H3O
CO2Et
CO2H
CO2H
+
Me
OH
CO2H
Me
O
O
[D]
C
Q
E OCH2C6H5
Me
O
O
Secuencia 3: CO2Me
1)R2NH, H3O+ (enamina)
Me CHO
2)
Me
CO2Me
1)R2NH, H3O+ (enamina) O
2)
CHO
Me
A(C8H14O3)
CO2Me
CO2Me
Me
Me
H3O+ CHO Me
O
B(C12H20O4)
Secuencia 4:
C6H5
MeO
CO2Me
O
CO2Me
_
CO2Me (exceso)
C6H5
CO2Me
CO2Me
C6H5
[A(C13H16O4)]
CO2Me
MeO
CO2Me
_
C6H5
CO2Me
CO2Me
B(C17H22O6)
RESPUESTA 12.18
Secuencia 1: O Me
Me Ba(OH)2
Me
O
Me
Me
_ MeCOCH2CO2Et + EtO
O Me
Me
O
Me CO2Et
A(C6H10O)
Me
B(C12H20O4)
EtO2C O
Me
Me HO
Me O
Me
_
EtO2C
Me
O
Me
Me
H3O+ Q
Me
Me
Me
Me
RCO3H O
Me
O
Me O
C(C12H18O3)
RA-11,12,13
605
Secuencia 2: _ EtO MeCHCO2Et
CO2Et
EtO2C
Me
Me
NC
B(C15H23O6N)
O Me
HO2C
O
Me
EtO EtO2C
CO2Et
CO2Et
CO2Et
H3O+
CO2Et
A(C12H20O6)
EtO2C
EtOH
CO2Et
CN
CO2Et
EtO2C
EtO2C
_ EtO
Me
EtO2C
_ EtO
EtO2C
Me CO2Et
CO2Et
CO2Et
C(C15H24O8)
Secuencia 3:
EtO2C
CO2Et
_ EtO C6H5CHO
HO
C6H5
EtO2C
H3O
C6H5
+
H2O
CO2Et
H
A(C14H18O5)
CO2H
C6H5 H
EtOH H3O+
CO2Et
B(C9H8O2)
C
C6H5
C6H5
_ CH2(CO2Et)2 + EtO
CO2Et EtO2C
CO2Et
C6H5NH2
CO2Et
O
O
N C6H5
D(C18H24O6)
Secuencia 4: _ 1)EtO
CH2(CO2Et)2
CO2Et EtO2C
2)IC2H5
2)
EtO2C
CHO
CHO
A
EtO2C
OCH2C6H5
1)HO
C(C12H22O5)
CO2H
_
2)H3O
Me
HO2C Me
CO2Et OCH2C6H5
F(C14H20O3)
_
Q CO2
E(C15 H20O5)
CO2H
Me
OCH2C6H5
+
D(C19 H28 O5)
H
OH Me
B
CO2Et HO C6H5CH2Cl
NaBH4
EtO2C
Me
Me
_
CO2Et
CO2Et
_ 1)EtO
EtOH H3O+
H
OCH2C6H5 Me
_ 1)(C6H5)3C Na+ 2) Br
CO2Et
G
RA-11,12,13
606
CO2Et EtO2C
OCH2C6H5 Me
RESPUESTA 12.19
O H
Me
Me2NH
Me
N
Me
Me
Me
AcOH, AcONa
CO2Et
A
N
Me
H3O+
Me
CO2Et
H2O
B(C11H22O2N)
Me
Me O H
Me
Me2NH
Me
AcOH, AcONa
CO2Et C(C9H16O3)
N
O Me
Me
CO2Et
O
Me
D(C11H21O2N)
N
Me
Me
CO2Et
E(C15H28O3N)
Me H H3O+
O
O
Me
H2O
Me
CO2Et
AcO
OHC
_
Me
O
O
H2O
CO2Et
H3O
Me
NH3
O
+
H2O
Me
O
G(C13H20O3)
O
I(C13H21O3N) HN
H2N
O O
Me
O
H(C15H24O4) H2N
H4AlLi
CONH2
OH
HO O
Me F(C13H22O4)
CO2Et _
CO2Et
OH
EtO2C
Me
1) H3O+, H2O _ 2) HO , H2O
O
O
Me
Me
K(C11H19ON)
J(C13H23O2N)
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA RESPUESTA 13.1 6
H -2a * NO2+
a*
*
6
2a
E + * 6a * -3a
* a* -3a
(δEπ)6 = −8a(2β) = −1,86β
* 3a
* -a a=
1 74
RA-11,12,13
607
3b +* H
-b *
5
b NO2+
*
E * b
* -2b * * b b
-b *
b=
5
(δEπ)5 = −8b(2β) = −1,79β
(FPV): C5(8680) > C6(2465)
* -b
1 20
La menor pérdida de energía de enlace π se produce cuando la sustitución tiene lugar en el carbono 5. Ésta será la posición más reactiva. OMe -a E 2a * * + 2
OMe 2
Br+
a*
-a*
NO2
Q(NO2) = 0
NO2 a=
1 8
OMe
OMe Br+
H
*
*
*
6
6
b=
Q(OMe) = 0 (δEπ)6 = −3b(2β) = −2,12β
* NO2
E + *
NO2
2 6
(δEπ)2 = −3a(2β) = −2,12β
H
a*
Átomo de C
Q(OMe) = 4a2 = + 0.50
Q(NO2) = b2 = + 0.12
1 8
Posición de los sustituyentes
Carga del átomo
OMe
NO2
OMe
NO2
activa inactiva
inactiva activa
+0.50 0.00
0.00 +0.12
Efecto
estabilización desestabilización
El grupo metoxilo (+M) estabiliza los cationes arenonio cuando está situado en posiciones con carga; el efecto es proporcional a la carga. El grupo nitro (-M) desestabiliza los cationes arenonio cuando está situado en posiciones con carga; el efecto es proporcional a la carga. El producto principal de la reacción será el correspondiente a la sustitución en C2, ya que en esta situación el grupo metoxilo estabiliza el catión arenonio (Q = +0.50) y el grupo nitro no lo desestabiliza (Q = 0) Por el contrario, la sustitución en C6 da lugar a un catión arenonio que no está estabilizado por el metoxilo (Q = 0) y está desestabilizado por el grupo nitro (Q = +0.12) RESPUESTA 13.2
La reacción de sustitución electrófila tiene siempre lugar en C7. La variación de energía π será la misma en todos los casos y no es preciso tenerla en cuenta. Los cationes arenonio que pueden formarse son los siguientes:
RA-11,12,13
608
3a * + H O 2N
* 2a
OH a *
-a *
* -2a
* a
H -a*
3a +*
CO2H O 2N
* 2a
a=
21
Q(OH) = 0
O 2N
a=
Q(CO2H) = a2 = + 0.05
3a -a MeO * * + H * 2a
* -2a
1 21
* -a
* a
OH
21
CO2Me
a= Q(CO2H) = 0
H
3a +*
* -a O2 N
a*
21
1 21
CO2Me
Q(CO2Me) = 0
NO2
-a
a *
H
3a +*
* -a
* -2a * MeO a
O 2N
* 2a
*
-a
* -2a
*a
a*
* -a
NO2
(6) 2
a=
OH
Q(OMe) = 4a2 = + 0.19
1
(5)
Q(OMe) = 9a2 = + 0.43 Q(CO2Me) = 0
* 2a
*
* a
-a*
(3)
MeO a *
CO2H a *
* -2a
O2 N * MeO 2a
Q(OH) = a2 = + 0.05
1
(4)
a=
* -2a
H
-a *
3a * +
(2)
(1)
1
CO2H a *
-a *
Q(OMe) = a = + 0.05 Q(OMe) = a2 = + 0.05
a=
1 21
Q(NO2) = a2 = + 0.05 Q(NO2) = a2 = + 0.05
Grupos que estabilizan el catión arenonio cuando están situados en posiciones activas: OH y OMe. Grupos que desestabilizan el catión arenonio cuando están situados en posiciones activas: CO2H, CO2Me y NO2. El efecto estabilizante o desestabilizante es proporcional a la carga: Catión arenonio
(δEπ)×(-β)
(1)
2.18
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
2.18
2.18
2.18
2.18
2.18
Qx(Z)
Efecto
Q2 (CO2H) =
+0.05
Q10 (OH) =
0.00
Q2 (OH)
=
desestabilización +0.05 estabilización
Q10 (CO2H) =
0.00
Q3 (CO2Me) =
0.00
Q6 (OMe) =
+0.19
Q1 (CO2Me) =
estabilización 0.00 estabilización
Q8 (OMe) =
+0.43
Q4 (OMe) =
+0.05
Q9 (OMe) =
+0.05
Q2 (NO2) =
+0.05
Q9 (NO2) =
+0.05
estabilización
desestabilización
Orden de reactividad que se predice: (4) > (3) ≈ (5) > (2) > (1) > (6)
RA-11,12,13
609
RESPUESTA 13.3
O CH2COCl
R
C+ R
R
R
AlCl3
O
O
H +
R
R
R
R
La variación de Eπ es la misma en todos los casos y, en consecuencia, no es preciso tenerla en cuenta. Sólo hay que decidir sobre las estabilidades relativas de los cationes arenonio: O a *
R -a *
a*
-2a * + * -2a
R
* 2a
ESTABILIDADES RELATIVAS catión arenonio
posición MeO
(3)
activa
Qx 4a
2 2
efecto estabilización
(5)
activa
4a
(1)
activa
a
estabilización
(2)
inactiva
0
ningún efecto
(4)
inactiva
0
ningún efecto
2
estabilización menor
Reactividad relativa: (3) = (5) > (1) > (2) = (4)
RESPUESTA 13.4
Compuesto A: COMe 1.
O2N
CH3COCl
HNO3
AlCl3
H2SO4
H * -a
-2a * + 2a *
COMe *a
(δEπ)8 = −2β(a + 2a) = −6aβ
* -a
Q(COMe) = 0
NO2 2.
HNO3
CH3COCl
H2SO4
AlCl3
a*
NO2 H * -a -a *
COMe +* -2a
(δEπ)8 = −2β(a + 2a) = −6aβ
* 2a
Q(NO2) = 0
RA-11,12,13
610
La variación de Eπ es la misma en ambos casos. Los dos sustituyentes (NO2 y COMe) desestabilizan el catión arenonio cuando están situados en posiciones activas. Sin embargo, en las dos alternativas posibles, ninguno de los sustituyentes está en una posición activa. Por consiguiente, las dos secuencias son igualmente válidas. Compuesto B: CMe3 1.
ClCMe3
HNO3
AlCl3
H2SO4
CMe3 * -2a
a * a * H
-a *
(δEπ)4 = −2β(a + 2a) = −6aβ
+ * 2a NO2
Q(CMe3) = 4a2
2.
HNO3
ClCMe3
H2SO4
AlCl3
H * a
-a * a*
NO2
CMe3 + * 2a
(δEπ)4 = −2β(a + 2a) = −6aβ
* -2a NO2
Q(NO2) = 4a2
La variación de Eπ es la misma, pero ahora el catión arenonio está estabilizado por el sustituyente CMe3 en la secuencia 1 y desestabilizado por el sustituyente NO2 en la secuencia 2. La secuencia 1 es la más favorable. RESPUESTA 13.5
Reacción 1:
*+
CH2
CH2Cl AlCl3
*
C6H5
*
CMe3
+* MeO
* CMe3
CH2
*
H*
OMe
OMe
(estabilizado por OMe)
(estabilizado por CMe 3)
Reacción 2: + * CH2
CH2Cl AlCl3
*
MeO C6H5 OMe
*
CMe3
*
CH2
*
CMe3
CMe3
+* *H
(no estabilizado por CMe3)
(no estabilizado por OMe)
Reacción 3: + * CH2
CH2Cl AlCl3 OMe
*
MeO C6H5
* *
OMe
(no estabilizado por OMe)
CMe3
*+ * CMe 3
CH2 H * (estabilizado por CMe3)
RA-11,12,13
611
Reacción 4: + * CH2
CH2Cl AlCl3
*
C6 H 5
*
CMe3
OMe
MeO *
CMe3
*
CMe3
+* CH2 *H
(no estabilizado por CMe3)
(estabilizado por OMe)
Poder estabilizante relativo: OMe > CMe3 La reacción tendrá lugar más fácilmente en el siguiente orden: (1) > (4) > (3) > (2)
RESPUESTA 13.6
Compuesto (1) Secuencia 1: H
CMe3
ClCMe3
CMe3
+
AlCl3
δEπ = -1.81β
CMe3 *
HNO3 H2SO4
*
CMe3
* +* NO2
* H
NO2
δEπ = -1.81β ; Q(CMe3) = +0.36
(favorable: catión estabilizado por CMe3)
Secuencia 2: H
NO2
HNO3
NO2
+
H2SO4
δEπ = -1.81β
NO2
*
ClCMe3 AlCl3
*
NO2
* *
H
+* CMe3
CMe3
δEπ = -1.81β ; Q(NO2) = +0.36 (desfavorable: catión desestabilizado por NO2)
RA-11,12,13
612
Compuesto (2) Secuencia 1: H
COMe
COMe
+
MeCOCl AlCl3
δEπ = -1.81β
O2N HNO3
H
COMe
*
*+
NO2 COMe
*
H2SO4
*
*
δEπ = -1.81β ; Q(COMe) = 0.00 (favorable: el catión no está desestabilizado por COMe)
Secuencia 2: H
NO2
HNO3
NO2
+
H2SO4
δEπ = -1.81β
MeCO
H
*
*+
MeCOCl AlCl3
NO2
*
MeCO
NO2
* *
δEπ = -1.81β ; Q(NO2) = 0.00 (favorable: el catión no está desestabilizado por NO2)
Compuesto (3) Secuencia 1: H
Et
Et
CH3CH2Cl AlCl3
(δEπ) = -1,26β
RA-11,12,13
613
Et
*
H2SO4 SO3
*
Et
*
*
* * + SO3H
*
H
SO3H
δEπ = -126β ; Q(Et) = +0.4 (favorable: catión estabilizado por Et)
Secuencia 2: H
SO3H
SO3H
H2SO 4 SO3
(δEπ) = -1,26β
SO3H
*
CH3CH2Cl AlCl3
*
* *
*
+ Et
*
H
SO3H
*
Et
δEπ = -1.26β ; Q(SO3H) = +0.4 (desfavorable: catión desestabilizado por SO3H)
Compuesto (4) Secuencia 1:
H
NO2 +
HNO3
NO2
H2SO4
(δEπ) = -1,26β
OHC CO + HCl AlCl3
H +
* *
NO2
CHO NO2
* *
* *
δEπ = -1.57β ; Q(NO2) = 0.00 (favorable: catión no desestabilizado por NO2)
RA-11,12,13
614
Secuencia 2: H
CHO
CHO +
CO + HCl AlCl3
(δEπ) = -1,57β (desfavorable: mayor variación de Eπ)
CHO H HNO3
CHO NO2
NO2 +
H2SO4
Compuesto (5) Secuencia 1: +
Me
H Me
IMe AlCI3 (δEπ) = -1,80β
MeOC CH3COCl
*
*
AlCl3
H Me +*
MeOC
Me
*
* *
*
δEπ = -1.80β ; Q(Me) = +0.52 (favorable: el catión está estabilizado por Me)
Secuencia 1: +
COCH3
H COCH3
CH3COCl AlCl3 (δEπ) = -1,80β
Me IMe AlI3
*
*
H COCH3 +*
Me
COCH3
*
* *
*
δEπ = -1.80β ; Q(COMe) = +0.52 (desfavorable: el catión está desestabilizado por COMe)
RA-11,12,13
615
RESPUESTA 13.7
Secuencia 1:
*
a
-a *
(mayoritario)
+ * 2a COMe
*
H
OMe
OMe
OMe * -2a
a
COMe
O Me C +
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(OMe) = + 0.36 OMe
2a *
el grupo OMe es estabilizante -2a *+ H
OMe
* -a
-a
(minoritario)
* a
*
COMe
COMe
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(OMe) = + 0.09
Secuencia 2: NO2
H * a
-a * a * CO2Et
NO2+
NO2 CO2Et
+ CO2Et * 2a
(minoritario)
* -2a
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(CO2Et) = + 0.36
el grupo CO2Et es desestabilizante
-2a
*
*
a
-a *
CO2Et
CO2Et
(mayoritario)
+ * 2a NO2
*
H
NO2
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(CO2Et) = 0.00
Secuencia 3: -b *
b*
Br+
NMe2
* NMe2 H
-b * NMe2
b
Br
+ 2b * Br
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NMe2) = + 0.12
el grupo NMe2 es estabilizante
b H
*
-b *
Br + 2b * -b *
se obtienen los dos en la misma proporción
NMe2
NMe2
*b
Br
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NMe2) = + 0.12
RA-11,12,13
616
Secuencia 4: NHCOMe
NHCOMe -2a * *a a
2a * +
SO3H
H
NHCOMe SO3
(mayoritario)
* -a
*
SO3H
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(NHCOMe) = + 0.36
el grupo NHCOMe es estabilizante
NHCOMe -b *
b*
-b *
NHCOMe *b SO3H
(minoritario) SO3H
*+ H 2b
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NHCOMe) = 0.00
Secuencia 5: MeOC -a *
H * a
Et
+ * 2a
(mayoritario)
* -2a
a*
COMe
MeOC
Et
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(MeCO) = 0.00
BrEt
COMe -2b b * * + Et
el grupo MeCO es desestabilizante -b *
* b
COMe Et (minoritario)
H * -b
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(MeCO) = + 0.12
RESPUESTA 13.8
CHMe2
CHMe2 *
HNO3
Me2CHBr AlCl3
*+ NO2
* H
(estabilizado)
CHMe2 [favorable] NO2
a) NO2
NO2 HNO3
Me2CHBr AlCl3
NO2
* * H
*+ CHMe2
(desestabilizado)
[desfavorable] CHMe2
RA-11,12,13
617
COMe
COMe Br2
MeCOCl AlCl3
*
*
COMe
Br
[favorable] Br
+* H (no desestabilizado) b) Br
Br Br2
MeCOCl
[Fe]
AlCl3
Br *
*
[desfavorable]
COMe
COMe
+* H no desestabilizado, pero los halógenos dan lugar a orientación o-/p-, y no m-
CH2_CH3
CH2_CH3 ICH2CH3
*
HNO3
AlCl3
CH2_CH3
* [favorable]
*
*+ NO2
* H
NO2
(estabilizado) c) NO2
NO2
NO2
HNO3
*
ICH2CH3 AlCl3
* [desfavorable]
*
*+ CH2_CH3
* H
CH2_CH3
(desestabilizado)
HO CH_CH3
CHO d)
1)IMgMe
CO + HCl AlCl3
2)H3O+
SO3H
Br
H2SO4
Br2
SO3
[Fe]
H *
+*
SO3H
Br
SO3H
*
[favorable]
* * (no desestabilizado) e) Br
Br
Br2
H2SO4
[Fe]
SO3
*
H *
SO3H *+
Br
SO3H [favorable]
* (no desestabilizado)
RA-11,12,13
618
Síntesis de los reactivos orgánicos: HBr
a) Me2CH-OH
SOCl2
b) CH 3-CO 2H
CH 3_COCl
IH
c) CH3_CH2OH IH
d) CH3OH
Me2CH_Br
CH3_CH2I Mg
CH3I
CH3MgI
RESPUESTA 13.9 8
1
CH3
5
4
NO2
2
7
3 6
6-Metil-2-nitronaftaleno
-a *
C4
2a * -a * H
CH3 * a
NO2
3
+ * -2a E
CH3
NO2
+ NO2
Q(Me) = a2 = + 0.09
1
NO2
(δEπ)4 = −2β(a+2a) = −1.81β
C8
7
NO2
(mayoritario)
estabilizado por el grupo Me
Q(NO2) = 0
CH3 C4
H -2a * + C8
CH3
NO2
E -a* * 2a
1
NO2 *a CH3
* -a
7
NO2
3
(minoritario)
(δEπ)8 = −2β(a+2a) = −1.81β Q(NO2) = a2 = + 0.09 Q(Me) = 0
desestabilizado por el grupo NO2
RESPUESTA 13.10
Secuencia 1: 1) Mg C6H6
Br2 [Fe]
2) C6H5 A
Br
1)Mg
O +
3)H3O
C6H5
CH2CH2OH B
SOCl2
C6H5
CH2CH2Cl
2)HCO2Et 1)H3O+
C
RA-11,12,13
619
OH
O C6H5
CH2CH2
1)C6H5CH2CH2MgCl
C H
2)H3O+
C6H5
C6H5
D
Secuencia 2: COMe
CH3 CH3
CH COCl AlCl3
Zn-Hg
MeCOCl
HCl(conc.)
AlCl3
Me
O
Me
Me
OH
Me
NaBH4
Me
Me
Me
A
B(C12H16O)
Br
Me
CO2H
Me 1)Mg
PBr3
2)CO2 1)H3O+
Me
Me
Me
Me
Me
Me "Brufen" (antirreumático)
C
RESPUESTA 13.11
Retrosíntesis: O
O
C OMe CO CH
+
CH3
CO CH
C OMe O
O
C6H5 C6H5
C6H5
CH CO CH3
CH3
Li +
C6H5
C6H5
CH CO2H
C6H5
CH Br
C6H5 C6H5
CH OH
C6H5
CHO
+
C6H5 MgBr
C6H5
C6H6 + CO + HCl
C6H6 + Br2
Br
Síntesis: C6H6
Br2 [Fe]
C6H5
Br
Mg
C6H5
MgBr
OMgBr C6H5
C6H6
CO + HCl AlCl3
C6H5
CH C6H5
H3O+
OH C6H5
CH C6H5
CHO
RA-11,12,13
620
1) Mg
Br HBr
C6H5
CO2H
2) CO2
CH C6H5
3) H3O
C6H5
+
CH3
CH C6H5
CO CH3
Li
C6H5
_ CO CH2
LDA
CH C6H5
C6H5
CH C6H5
OMe C
C6H5 C6H5
O
O
C6H5
_ CH CO CH2
C6H5
CH CO CH
LDA
C6H5
CH CO C _
MeO2C
CO2Me
O
C6H5
EtO
C O
O
C6H5 C6H5
CH CO O
RESPUESTA 13.12
Síntesis 1: O HO2C
MeCOCl AlCl3
HO
HO2C
O Br2
Me
HO
O HO2C
HO2C
Br
HO
H Me N Me
OH H4AlLi
HO
Me
HO
H2N_CMe3
H Me N Me
H
Me
HO salbutamol
Síntesis 2: CMe3
CMe3
CMe3 HNO3
H2
H2SO4
[Pd] NO2
Br2
Ac2O
Br _
NH2
CMe3
NH COMe
Br
HCl
NaOH H2O
_
NH COMe
CMe3
CMe3 H3PO2
NaNO2
NH2
CMe3
CMe3
Br _ + N2 Cl
Br
sal de diazonio
RA-11,12,13
621
APÉNDICE I VOCABULARIO DE TÉRMINOS EMPLEADOS EN ESTEREOQUÍMICA Aquiral (molécula). La molécula que es idéntica a su imagen especular. Átomo de carbono asimétrico. El átomo que está unido a cuatro sustituyentes distintos. cis (Z). Del mismo lado de un anillo o doble enlace. Configuración. Es el término utilizado para describir la disposición absoluta de los átomos de una molécula, con independencia de las disposiciones relativas que puedan adoptar como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos. Conformación. Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula. Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos. Dextrorotatorio. Que gira el plano de polarización de la luz en el mismo sentido de las manecillas del reloj. Diastereoisómeros. Los estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí. Los diastereoisómeros pueden ser quirales y aquirales. Los diastereoisómeros tienen propiedades químicas distintas. Enantiómeros. Los estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí. Dos enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas. Estereogénico (átomo) Cualquier átomo que de lugar a estereoisomería. Estereogénico (eje) Eje común a dos planos perpendiculares en los que están situados cuatro sustituyentes (dos en cada plano) Por ejemplo, los alenos del tipo abC=C=Cab Estereoisómeros. Son los isómeros que sólo se diferencian en la disposición de los átomos en el espacio. Isómeros. Se denominan isómeros los compuestos que tienen la misma fórmula molecular, pero se diferencian en el tipo o en la ordenación de los enlaces entre sus átomos, o en la disposición de sus átomos en el espacio. Isómeros cis-trans / (Z)-(E). Son los estereoisómeros que sólo se diferencian en las posiciones de los átomos respecto a un plano determinado de referencia (en el supuesto de que dichos átomos formen parte de una estructura rígida: ciclos o dobles enlaces. Isómeros constitucionales. Son los isómeros que se diferencian en el tipo de ordenación de los enlaces entre los átomos. Levorrotatorio. Que gira el plano de polarización de la luz en el sentido contrario a las manecillas del reloj. Meso. Estereodescriptor para un estereoisómero aquiral con átomos asimétricos. No estereogénico. Un átomo de carbono se denomina no estereogénico cuando al intercambiar dos de sus sustituyentes se obtiene la misma configuración. Su geometría es irrelevante y no se le asigna ningún descriptor. Ópticamente activo. Capaz de girar el plano de polarización de la luz. Pseudoasimétrico. Un átomo de denomina pseudoasimétrico cuando está unido tetraédricamente a un par de grupos constitucionalmente idénticos y de configuraciones opuestas y, además, a dos átomos o grupos aquirales que sean diferentes uno de otro (ver página 48) Quiral (molécula). La molécula que no es idéntica a su imagen especular y, por consiguiente, es ópticamente activa. Racémico. Es la mezcla equimolecular de dos enantiómeros: [50% (R,R) + 50% (S,S)] ; [50% (R,S) + (50%) (S,R)] trans (E). En lados opuestos de un anillo o doble enlace.
A-I
622
PRIORIDADES RELATIVAS DE GRUPOS CON ENLACES DOBLES O TRIPLES (Prioridades de los átomos:
12
C < 14N < 32S)
Los átomos escritos con negrita son átomos "extra", que se añaden porque existen enlaces dobles o triples. 12
C
C
2
C
C
C
1
C1(C2C)
C2(C)
C1(C2CC)
C2(CC)
C1(N2N)
N2(C)
C1(N2NN)
N2(CC)
C1(O2O)
O2(C)
C1(S2S)
S2(C)
(C) (C) (C) C
N
C
2
1
C
C
(C)
(C)
2
C
(C)
N
C
1
(C) (N) (C) N
O
C
2
1
N
C
(C)
(N)
2
C
(N)
O
C
1
(C) (O)
S
2
C
S
C
1
(C) (S)
14
N
C
2
N
C
N
1
N1(C2C)
C2(N)
(N) (C) N
2
N
N
N
1
N1(N2N)
N2(N)
(N) (N) O
2
N
O
N
1
N1(O2O)
O2(N)
(N) (O) O O
(N)
(O)
O
N
N1(O2O2OO) O2(N)
N (N)
O
(O)
A-I
623
32
S
O
2
S
O
S
1
S1(O2O)
O2(S)
(S) (O) O O
(S)
(O)
O
S
S1(O2O2OO) O2(S)
S (S)
O
(O)
CRITERIOS EMPLEADOS PARA DEFINIR LAS PRIORIDADES RELATIVAS DE LOS RADICALES
(Cahn, Ingold y Prelog) (CIP) La prioridad de los átomos aumenta al crecer su masa atómica. Las prioridades de los isótopos de cualquier elemento aumentan también con su masa atómica. Por ejemplo, los isótopos de hidrógeno tienen las prioridades siguientes: 1H > 2D > 3 T. (Prioridades de los átomos: 127I > 80Br > 35Cl > 32S > 31P > 28Si > 19F > 16O > 14N > 12C > 1H) Los átomos se han numerado de derecha a izquierda, comenzando por el átomo del radical, que se numera como 1: 6
CH3
5
4
3
2
1
CH2 O CH2 C CH2 O
En la lista (ver p., 627), cada radical aparece con un átomo escrito con negrita. Este átomo indica que el radical tiene prioridad sobre todos los que le preceden. Por ejemplo: CH3CH2CH2CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(HHH)
(menor prioridad)
CH3(CH2)3CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(CHH)
(mayor prioridad)
El radical pentilo tiene mayor prioridad que el butilo: en el pentilo, C4 está unido a un carbono y dos hidrógenos [C4(CHH)], mientras que en el butilo C4 está unido a tres hidrógenos [C4(HHH)] Los átomos subrayados indican la presencia de enlaces dobles o triples. Por ejemplo: HC C CH2
C1(CHH)
C2(C3CC)
O=N−
N1(OO)
O2(N)
O1(C)
C2(OOH)
O H C O
En el radical 2-propinilo, el átomo de carbono 2 está unido al carbono 3 y a dos carbonos extra (dos dobles enlaces, dos carbonos extra)
A-I
624
En el radical nitroso el átomo de nitrógeno está unido al oxígeno 2 y a otro oxígeno extra (un doble enlace) En el radical formiloxi, el átomo de carbono 2 está unido al oxígeno del carbonilo y a otro oxígeno extra (un doble enlace Si resulta imposible establecer las prioridades de dos radicales, se recurre a la regla siguiente: tienen prioridad los átomos de carbono reales sobre los duplicados. En el 3,4-dimetilciclobuteno se plantea este problema:
Me
Me
4
3
H 1
H 2
Me[3]
Me[3] [1](C1CH)C4
3
C2(C1CH)[2]
[2](C2CH)C1
H[4]
4
C3(C2CH)[1]
H[4]
(3S)
(4R)
Átomo de carbono 3 (prioridades): C4(C1CH)[1] > C2(C1CH)[2]
Átomo de carbono 4 (prioridades): C3(C2CH)[1] > C1(C2CH)[2]
Si los átomos X1, X2, etc., de dos radicales distintos están unidos al mismo tipo de átomos, tiene mayor prioridad el radical con mayor número de átomos. H2N−
N1(HH)
H3N+−
N1(HHH)
la prioridad aumenta O=N−
N1(OO)
O O N
N1(OOOO)
El “grupo” de menor prioridad es un par de electrones que no formen enlace (p.e., el par de electrones libres del átomo de nitrógeno)
A-I
625
ORDEN DE PRIORIDAD CRECIENTE DE ALGUNOS RADICALES HIDRÓGENO
1.
1
H−
2.
2
D−
3.
3
T− CARBONO
4.
CH3−
C1(HHH)
5.
CH3CH2−
C1(CHH)
C2(HHH)
6.
CH3CH2CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(HHH)
7.
CH3CH2CH2CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(HHH)
8.
CH3(CH2)3CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(CHH)
C5(HHH)
9.
CH3(CH2)4CH2−
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CHH)
C4(CHH)
C5(CHH)
C1(CHH)
C2(CHH)
C3(CCH)
C1(CHH)
C2(CCH)
CH 3
10. CH 3 CH
CH 2CH 2
11. CH2=CHCH2− CH3 12. CH3 CH CH2
C1(CHH)
C2(CCH)
13. HC C CH2
C1(CHH)
C2(CCC)
C1(CHH)
C2(CCC)
1
CH2
14.
CH3 15.
CH3 C CH2 CH3
C1(CHH)
C2(CCC)
16.
CH2=CH−
C1(CCH)
C2(CHH)
17.
CH3 CH CH
C1(CCH)
C2(CCH)
A-I
626
CH3 18.
CH3 CH
19.
CH3CH2CH
C1(CCH)
C2(HHH)
C1(CCH)
C2(CHH)
C3(HHH)
C1(CCH)
C2(CHH)
C3(CHH)
CH3
1
20.
21.
HC C
C1(CCC)
C2(CCH)
22.
CH3 C C
C1(CCC)
C2(CCC)
C1(CCC)
C2(CHH)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CCH)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(CCC)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(CCH)
C4(NCC)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(CCC)
C4(CCH)
C5(CCH)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(CCC)
C4(CCH)
C5(CCC)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(NCC)
C4(CCH)
C5(CCH)
C1(CCC)
C2(CCH)
C3(NCC)
C4(CCH)
C5(NCC)
CH3 23.
CH2
C
1
24.
25.
CH3
26.
O2N
H3C
4
1
1
4
3 1
27.
H3C
3 1
28. H3C
O2N
5
3 1
29.
O2 N
3 1
30. O2N
5
A-I
627
2
CH3 1
31.
2
1
2
C2(CCC)
C3(CCH)........... C6(CCH)
C1(CCC)
C2(CCC)
C3(CCH)........... C6(CCC)
C1(CCC)
C2(NCC)
C3(CCH)
C4(CCH)
C1(CCC)
C2(NCC)
C3(CCH)
C4(NCC)
CH3
32. 6
C1(CCC)
CH3
NO2 1
33.
NO2
2 4
34.
O2N
35.
CH3 C
1
CH3
C1(CCC)
CH3
O
36.
H C
C1(OOH)
O 37.
CH3 C
C1(OOC)
C2(HHH)
C1(OOC)
C2(CCC)
C1(OOO)
O2(H)
O 38.
C6H5 C O
39.
HO C
O
40.
CH3O C
C1(OOO)
O2(C)
C3(HHH)
41.
O CH3CH2O C
C1(OOO)
O2(C)
C3(CHH)
C4(HHH)
42.
C6H5CH2O C
C1(OOO)
O2(C)
C3(CHH)
C4(CCC)
C1(OOO)
O2(C)
C3(CCC)
O
O 43.
Me3C O C
A-I
628
NITRÓGENO
44.
H2N−
N1(HH)
45.
H3N+−
N1(HHH)
46.
CH3-NH−
N1(CH)
C2(HHH)
47.
CH3CH2-NH−
N1(CH)
C2(CHH)
48.
C6H5-NH−
N1(CH)
C2(CCC)
N1(CH)
C2(OOC)
C3(HHH)
N1(CH)
C2(OOC)
C3(CCC)
N1(CH)
C2(OOO)
N1(CC)
C2(HHH)
N1(CC)
C2(CHH)
O 49.
CH3 C NH
O 50.
C6H5 C NH
51.
C6H5CH2O C NH
O
CH3 52.
CH3 N
53.
CH3CH2
CH2CH3
54.
CH3
N
CH3 + N
N1(CCC)
CH3
55.
C6H5-N=N−
N1(NN)
56.
O=N−
N1(OO)
O
57.
O N
N1(OOOO) OXÍGENO
58.
HO−
O1(H)
59.
CH3O−
O1(C)
C2(HHH)
60.
CH3CH2O−
O1(C)
C2(CHH)
C3(HHH)
61.
C6H5CH2−O−
O1(C)
C2(CHH)
C3(CCC)
A-I
629
62.
C6H5−O−
O1(C)
C2(CCC)
O1(C)
C2(OOH)
O1(C)
C2(OOC)
C3(HHH)
O1(C)
C2(OOC)
C3(CCC)
O1(S)
S2(OOC)
O1(S)
S2(OOOO)
O
63.
H C O
64.
CH3 C O
O
O 65.
C6H5 C O
O 66.
CH3
S O
O
67.
CH3 S O O
AZUFRE
68.
HS−
S1(H)
69.
CH3−S−
S1(C)
C2(HHH)
70.
CH3CH2−S−
S1(C)
C2(CHH)
71.
CH3 S
O S1(OOC)
O
72.
CH3 S
S1(OOOOC)
O
O
73.
HO S
S1(OOOOO)
O
HALÓGENOS
74.
Cl−
75.
Br−
76.
I−
A-I
630
NOMENCLATURA DE LOS RADICALES INCLUIDOS EN EL APARTADO ANTERIOR
(Orden alfabético: un número más alto indica una prioridad mayor)
49. Acetilamino
9. Hexilo
37. Acetilo
1. Hidrógeno
64. Acetoxilo
58. Hidroxilo
12. Alilo
11. Isobutilo
44. Amino
10. Isopentilo
45. Amonio
22. Isopropenilo
15. Bencilo
16. Isopropilo
61. Benciloxi
68. Mercapto
51. Benciloxicarbonilamino
46. Metilamino
42. Benciloxicarbonilo
4. Metilo
50. Benzoilamino
71. Metilsulfinilo
38. Benzoilo
66. Metilsulfiniloxi
65. Benzoiloxi
72. Metilsulfonilo
75. Bromo
67. Metilsulfoniloxi
7. Butilo
69. Metiltio
18. sec-Butilo
59. Metoxilo
21. terc-Butilo
40. Metoxicarbonilo
43. terc-Butoxicarbonilo
13. Neopentilo
39. Carboxilo
57. Nitro
19. Ciclohexilo
29. m-Nitrofenilo
74. Cloro
34. o-Nitrofenilo
2. Deuterio 53. Dietilamino 52. Dimetilamino 35. 2,4-Dinitrofenilo 30. 3,5-Dinitrofenilo 47. Etilamino 5. Etilo
26. p-Nitrofenilo 56. Nitroso 8. Pentilo 20. 1-Propenilo 6. Propilo 31. 1-Propinilo 14. 2-Propinilo
70. Etiltio
73. Sulfo
23. Etinilo
27. m-Tolilo
60. Etoxilo
32. o-Tolilo
41. Etoxicarbonilo
25. p-Tolilo
48. Fenilamino
54. Trimetilamino
55. Fenilazo
3. Tritio
24. Fenilo
17. Vinilo
62. Fenoxi
33. 2,6-Xililo
36. Formilo
28. 3,5-Xililo
63. Formiloxi
76. Yodo
A-I
631
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES Y ESTEREOISÓMEROS
Se denominan isómeros los compuestos que, teniendo la misma fórmula molecular, se diferencian entre sí porque: a) los enlaces entre los átomos son distintos, o b) la disposición de los átomos en el espacio es diferente. OH
OMe
O
O C_Cl
O
C_H
Cl
O (C5H8O)
(C6H12O)
Me
Et
Me
H
H
H
(C7H5OCl)
OH
OH H Et
H Cl
H Me
Me
(C5H10)
Cl
(C2H5OCl)
La constitución de un compuesto designa el tipo y ordenación de los enlaces entre los átomos. Los isómeros que se diferencian en la constitución se denominan isómeros constitucionales:
O C OH
Me
O HO
Me C
N
Me
N Me
Me
Me
(C5H8O2)
(C9H15N)
Los isómeros se denominan estereoisómeros cuando se diferencian sólo en la disposición de los átomos en el espacio:
OMe
H
OMe
OMe
H H
H
H
Me
OMe
H
C
C
C Me
(C8H16O2)
H
Et
H
Et
H Br
C
Me
C
C H
(C5H8)
H H
Br
Me H
Br
(C6H12Br2)
Et
Et Br
OH
Cl
Cl
H
H
H OH
(C6H11OCl)
A-I
632
ISÓMEROS
OH
OMe O
O
O
C Cl
Y
Y
Cl
Y
C H
O
OH
OH Me H
Et H
Me H
Y
H Et
Y
H Cl
H Me
Me
Cl
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES
O
Me
Me
C OH
C N
O
Y HO
Me
Y
N Me
Me
CH3
ESTEREOISÓMEROS
Me H
H COMe
Me H
Y
COMe H (Z)
(E)
OMe
OMe
OMe
H
H
H
Y H
H
H
H 3
Et
4
3
Et (3S,4R)
Br
C
4
Me
Et (3S,4S)
Me
3
C
C
C H
(R)
Cl H
Et Br
Y
C
H
H Y
Br
C
(S)
(trans)
(cis)
Br
OMe
H
Me
Me H
1
H
OH trans (1R,3R)
Cl H
Y H
1
3
OH trans (1S,3S)
A-I
633
ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
Cl
H
Cl OH
H
H
Cl H
Cl
600
H
OH
H
(eclipsada)
600
Cl
H
H
Cl OH
(alternada)
H
(eclipsada) Br
Cl
1
4
H
H
Br
Cl 4
1
H
H cis(1a,4e)
cis(1e,4a)
MOLÉCULAS QUIRALES
HO
H
Me Cl
Me
Et (2R)
3
H Me
H
C
C
Me
(R)
Me (1S,3S)
OH
H HO
H
3
H
(2S,3S)
C
H
1
Me H
Me
OH 2
2
H
H
H Me
Me
(R)
(R)
ENANTIÓMEROS
H
Me
2
Cl
Me
H
(2S)
3
OH
H
HO
H
OH 2
Cl
H
trans (1R,2R)
OH
H
2
H
1
Cl
trans (1S,2S)
Me H Me
C
C
Me
Me
C
C H
(R)
H
(2S,3S)
(2R,3R)
1
Me
2
3
Me
H
HO
2
Cl
Et
(2R)
OH
Me
2
Et
H
C
C
H
H Me
(S)
A-I
634
DIASTEREOISÓMEROS
Me
H
H
Me
OH Y
3
Me H
OH 2
2
3
Cl
2
1
Me H
HO
OH
HO
H
Cl
H
1
Cl
2
H
Me
H
Me
Me
Y
Me 4
H H
H
H
H
(2E,4Z)
(2Z,4Z)
(2E,4E)
H 2
4
Me
H
(E)
H Me
Me
H
(Z)
2
Y
H
Y
H
4
Me
H
H
cis (1R,2S)
H
Cl
trans (1R,2R)
Me
Me
H
H 2
H
2
H
trans (1R,2R)
1
2
H
Cl
1
Y
Cl
Y
cis (1S,2R)
(2R,3S)
(2R,3R)
H
HO
MOLÉCULAS AQUIRALES CON CARBONOS ESTEREOGÉNICOS (FORMAS MESO)
H
Me
OH
OH
2
2
3
H Me
Cl
OH 1
H
H
H
Cl
1
H
3
H
H
cis (1R,3S)
cis (1S,3R)
cis (1S,2R)
Et
Et
OH
(2R,3S)
3
1
MOLÉCULAS AQUIRALES (NO TIENEN CARBONOS ESTEREOGÉNICOS: NO SON FORMAS MESO)
Cl H
H H
H Me trans
Cl Me cis
H
H
Cl
Me
Et
Et
Et
Et
cis
trans
A-I
635
RELACIÓN DE ISOMERÍA ENTRE DOS MOLÉCULAS
¿ TIENEN LA MISMA FÓRMULA MOLECULAR ?
NO
NO SON ISÓMEROS
SI NO
¿ SON EL MISMO COMPUESTO ?
SON ISÓMEROS CONSTITUCIONALES
SI
¿ SE PUEDEN INTERCONVERTIR MEDIANTE EL GIRO DE ENLACES SENCILLOS?
SI
SON ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
NO
SON ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES
SON ENANTIÓMEROS MOLÉCULAS ACÍCLICAS DELTIPO:
¿ SON IMÁGENES ESPECULARES?
NO
SI
(R,R) / (S,S) (R,S) / (S,R) (*) ISÓMEROS CIS O TRANS CÍCLICOS DELTIPO: (R,R) / (S,S) (R,S) / (S,R) (*)
SON DIASTEREOISÓMEROS
NO ¿ PRESENTAN ACTIVIDAD ÓPTICA?
SI
ISÓMEROS (Z)/(E) ACÍCLICOS ISÓMEROS CIS-TRANS CÍCLICOS SIN CONFIGURACIÓN (R) / (S)
MOLÉCULAS ACÍCLICAS DEL TIPO: (R,R) / (R,S) ; (R,R) / (S,R) (S,S) / (S,R) ; (S,S) / (R,S) (*) ISÓMEROS CIS-TRANS CÍCLICOS CON CONFIGURACIONES (R) / (S)
(*) Si los dos carbonos asimétricos tienen el mismo tipo de sustituyentes, los estereoisómeros (R,S) y (S,R) son la misma forma meso, ópticamente inactiva.
A-I
636
CONFIGURACIÓN ABSOLUTA. NOMENCLATURA (R)−(S) DE CHAN, INGOLD Y PRELOG (CIP)
(Prioridades relativas de los grupos: 1 > 2 > 3 > 4)
1
1 4 3
proyección
configuración (R)
en el plano
3
2
1
1 3
proyección
2
en el plano
2
3
4
configuración (R)
4
1
1 4 2
2
proyección
configuración (S)
en el plano
2
3
3
1
1 2
proyección
3
en el plano
3
2
4
configuración (S)
4
En una proyección de Fischer, el grupo de menor prioridad debe quedar situado arriba o abajo; si aparece a la izquierda o a la derecha, la configuración real de la molécula es la inversa de la obtenida. Si una proyección de Fischer se gira 1800 en el plano del papel, se obtiene otra proyección de Fischer de la misma molécula:
2
4
4
3
2
3 1
[configuración (R)]
1 1800 (en el plano)
1
1 3 2
3 4
2
[configuración (R)]
4
A-I
637
CONFIGURACIONES DE MOLÉCULAS CON ÁTOMOS DE CARBONO ESTEREOGÉNICOS MOLECULAS ACÍCLICAS
H
Cl CH3 CH CH2OH
Cl Me
2-Cloro-1-propanol
CH2OH H[4]
H 2
Me
[3](HHH)C
CH2OH
C(OHH)[2]
2
Cl[1]
Cl
(2S)
Cl Cl
O
CH CH C H
CH2
2-Cloro-3-butenal
H CH2=CH
CHO
Cl[1]
Cl CH2=CH
2
[3](CCH)C
CHO
2
H
C(OOH)[2]
H[4] (2R)
Cl Cl HC
C CH CH
CH2
3-Cloro-1-penten-4-ino
CH
H C
Cl[1]
Cl CH
3
C
CH=CH2
CH=CH2
3
[2](CCC)C
C(CCH)[3]
H[4]
H
(3S)
CH2COMe
OCH2CH3 CH3 CO CH2
C CH2 OCH3 OCH3
EtO MeOCH2
OMe
4-Etoxi-4,5-dimetoxi-2-pentanona
C(CHH)[4]
CH2COMe MeOCH2
4
OEt
OMe
[3](OHH)C
4
O(C)C(HHH)[2]
O(C)C(CHH)[1] (4S)
A-I
638
NEt2
OCH3 CH3
CO CH2
C
MeO MeCOCH2
N CH2CH3
OH CH2CH3
OH
4-(N,N-Dietilamino)-4-hidroxi-4-metoxi-2-butanona
N(CC)[3]
NEt2 MeOCH2
4
4
[4](OHH)C
OH
O(H)[2]
O(C)[1]
OMe
(4R)
C6H5
C6H5 CH3 CH
CH
C C
CH
MeCH CH Me3C
CMe3
C
CH
3-terc-Butil-3-Fenil-3-4-hexen-1-ino
C3(CCC)(CCH)(CCH)[1]
C6H5 Me3C
3
C CH
[3](HHH)(CCC)C
3
C(CCC)(CCH)(H)[2]
C(CCH)(CCH)(HHH)[4]
CH CHMe
(3R)
Cl CH3
CH C
H Me
Cl
NH2
2
CH2CH3
CH3
3
Me
2-Cloro-3-metil-3-pentanamina
Et NH2
H Cl
2
[1]Cl Me
C(ClCH)[2]
H[4] Me
3
NH2
2
C(HHH)[3]
C(NCC)[2]
[4](HHH)C
3
N(HH)[1]
C(CHH)[3]
Et (2S,3R)
(2S)
(3R)
A-I
639
CH3CH2
H CH2NH2
Et
CH2NH2
3
CH CH CH3
2
OH
H OH
Me
3-Metilamino-2-pentanol
H H[4]
C(CCH)[2] Et Me
3
CH2NH2
2
OH
[3](HHH)C
[3](CHH)C
O(H)[1]
2
C(NHH)[2]
3
C(OCH)[1]
H[4]
H (2S,3S)
(3S)
(2S)
H Cl
Et Cl
3
CH3 CH2 CH CH CH2Br
2
Me
H CH2Br
Me
1-Bromo-3-cloro-2-metilpentano
H Et
3
[3](HHH)C Me
2
H[4]
C(ClCH)[2] Cl CH2Br
2
[3](CHH)C
C(BrHH)[1]
3
Cl[1]
C(CCH)[2]
H[4]
H (2S,3R)
(2S)
(3R)
H Br
Et Br
3
CH3 CH2 CH CH CH2Cl
2
Me
Me
1-Cloro-3-bromo-2-metilpentano
H CH2Cl
H Et Me
3 2
H[4]
C(BrCH)[1] Br [3](HHH)C CH2Cl
2
H[4]
C(ClHH)[2]
[3](CHH)C
3
Br[1]
C(CCH)[2]
H (2R,3R)
(2R)
(3R)
A-I
640
H CH=CH2
Et CH2CH3
3
CH2 CH CH CH CH CH2
4
CH3
H CH=CH2
Me
3-Etil-4-metil-1,5-hexadieno
H Et Me
3 4
C3(CCH)(CCH)[1]
H[4]
CH=CH2 [3](HHH)(CHH)C
C(CCH)(CHH)[2]
3
CH=CH2
4
[3](HHH)C
C4(CCH)(CCH)[1]
H
C(CCH)(CHH)[2]
H[4]
(3S)
(4R)
(3S,4R)
MOLECULAS MONOCÍCLICAS
Me Cl
2
Et OH
1
(1R,2S)-2-Cloro-1-etil -2-metilciclopropanol
C(CHH)(ClCC)[3] 1
[1](O)
C(CHH)[3]
C(CHH)(HHH)[4]
2
[4](HHH)C
C(ClCC)[2]
Cl[1]
C(OCC)[2]
(1R)
(2S)
O H
MeO 3
H
2
CH2Cl
(2S,3R)-2-Clorometil-3-metoxiciclobutanona
C(OOC)[2] [1](ClHH)C
2
C(CHH)[3]
H[4]
[1](O)C
C(OCH)[3]
3
H[4]
C(CCH)[2]
(2S)
(3R)
H HO
Me 2
O 1
5
H
(2R,5S)-2-Hidroxi-5-metiloxolano
C(CCH)[3] [4]H
2
O[2]
O(C)[1] (2R)
C(CHH)[2] [4]H
5
C(HHH)[3]
O(C)[1] (5S)
A-I
641
Et
Me
5
OH O
3
H
(3S,5S)-5-Etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona
C(CHH)(CCC)[3] [4]H
3
C(CHH)(HHH)[3]
O[1]
[1](OOC)(CHH)C
5
C(CHH)(OCH)[2]
C(HHH)[4]
C(CHH)(OOC)[2] (3S)
(5S)
H
OMe 3
EtO
1
Me (1S,3S)-3-Etoxi-1-metil-1-metoxiciclopentano
C(CHH)(CHH)[3] [4](HHH)C
1
C(CHH)(CHH)[3]
O[1]
[4]H
C(CHH)(OCH)[2]
3
O[1]
C(CHH)(OCC)[2]
(1S)
(3S)
2
H
3
1
CH=CH2
4
(3R)-3-Vinilciclobuteno
C2(CCH)C1(CCH)[1] 3
[2](CHH)(CCH)C
H[4]
C4(CHH)[3] (3R)
EtOCH2 EtOCH2CH2
4 5
3
O1 2
(3R)-3-(2-Etoxietil)-3-etoximetiloxolano
C4(CHH)(OHH)O(CHH)−C3[4] [2]C(HHH)(CHH)O(OHH)C
3
C(CHH)(CHH)O(CHH)(HHH)[3]
C2(OHH)O(CHH)(CHH)−C3[1] (3R)
A-I
642
MeOCH2
3
MeOCH2CH2CH2
2
O1
(3S)-3-Metoximetil-3-(3-metoxipropil) oxano
CH2CH2CH2OCH2-(C3) 3
MeOCH2
C(CHH)(CHH)(OHH)(O)(CHH)-(C3)[3]
(CH2)2CH2OMe
3
[2](HHH)(O)(OHH)C
CH2O-(CH2)3-(C3)
C(CHH)(CHH)(OHH)(O)(HHH)[4]
C(OHH)(O)(CHH)[1] (3S)
ESPIRANOS
R1 R2
R3 C
C
C
[eje estereogénico]
R4
H 9
1
Cl
6
3
H
Me
R
4
R
Cl
Cl
H
H
[2]H
R4
H Me
Cl[3]
Cl[3]
3-Cloro-9-metilespiro[5,5]undecano
R2
R1
R2
H Me
R3
R3
1
[1]Me
Me[1]
H[2] H[4]
H[4]
(S)
(R)
CUMULENOS
Número impar de dobles enlaces
1,2,3-Butatrieno: H2C
C
C
H
CH2
H
C
C
CH
C
H H
σ [C(sp2)-C(sp)] . .
. .
[H(1s)-C(sp2)]σ
. .
. .
[C(sp)-C(sp)] σ
. .
. . . .
H H
C C C
C
H H
σ [C(sp)-C(sp2)]
A-I
643
π [pz(C)-pz(C)]
π [pz(C)-pz(C)]
.
.
.
.
H
.
.
H
H
H H
H
C C
H
C C
H
[py(C)-py(C)] π
[pz(C)-pz(C)] π
H
π[py(C)-py(C)]
C
H
C
C
π [pz(C)-pz(C)]
C
2
H H
σ [C(sp)-C(sp2)]
[C(sp )-C(sp)] σ σ [C(sp)-C(sp)]
Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z) / (E): H Me
C
C
C
C
H
H
Me
Me
(Z)-2,3,4-Hexatrieno
C
C
C
Me
C
H
(E)-2,3,4-Hexatrieno
Número par de dobles enlaces H 1,2-Propadieno: H2C
C
CH2
σ [C(sp2)-C(sp)] . .
. .
H
C
C
. .
H
H H
σ [H(1s)-C(sp2)]
C
C H
.
[C(sp )-C(sp)] σ
[H(1s)-C(sp )]σ
C
H
. 2
2
C
.
. . .
H
π [pz(C)-pz(C)] H . H
.
.
.
H H H
H
C C
C H
H [py(C)-py(C)] π
A-I
644
π [py(C)-py(C)]
[pz(C)-pz(C)] π
H
H
C
H
C
σ[H(1s)-C(sp2)]
C H
[C(sp2)-C(sp)] σ
σ[C(sp2)-C(sp)]
Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos:
R3
R3
1
R R2
C
C
R4
R4
H H
C
Me
C
R2
R1
[eje estereogénico]
C
H
C
C Me
C
H
C
Me
Me
Los átomos de carbono con doble enlace son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral) Los sustituyentes del carbono con doble enlace más próximos al observador tienen prioridad sobre los más alejados: C(HHH)[3]
Me H Me
C
C
[2]H
C H
C(HHH)[1] H[4] (R)
H[4]
H H Me
C
C
[2]H
C Me
C(HHH)[1] C(HHH)[3] (S)
Lo más cómodo es mirar la molécula desde el lado en el que los sustituyentes son perpendiculares al plano del papel (desde la izquierda en el ejemplo anterior) H ¡ ASÍ NO !
C Me
C
C
H Me
Si en un cumuleno se intercambian los sustituyentes de uno de los carbonos con doble enlace, se obtiene su enantiómero:
A-I
645
H[4]
H H
C
Me
C
C
[2]H
C(HHH)[1]
Et
C(CHH)[3] (S)
[intercambio]
C(CHH)[3]
Et H Me
C
C
[2]H
C
C(HHH)[1]
H
H[4] (R)
ALQUILIDENCICLOALCANOS
Los alquilidencicloalcanos tienen el mismo tipo de geometría que los cumulenos con tres átomos de carbono en el esqueleto insaturado. H
H 1
4
Me
Et
1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano
H Me
H
H
Et
Et
H[4]
H[4] [2]H
H Me
[1]Me
Me[1]
H[2] Et[3]
Et[3]
(R)
(S)
H[4]
H HO2C
C
Br
[2]HO2C
4
Me
Me[3]
Ác. (S)-2-Bromo-(4-metilciclohexiliden)acético
(S) Me[3]
Me H
C
HO2C
H[4]
Ác. (R)-(4-Metilciclohexiliden)acético
H
(R) Cl[3]
Cl C
CO2H[1]
[2]H
4
H
HOCH2
Br[1]
[1]HOCH2
3
H
(S)-(3-Clorociclobutiliden)etanol
H[2] H[4] (R)
A-I
646
APÉNDICE II
VALORES DE pKa Ácido
pKa
ácido más fuerte HI
+ R_C N_H
R C H
H2SO4
Ácido
pKa
Base conjugada
Ar_SO3H
-6,5
_ Ar_SO3
+ Ar_OH2
-6,4
Ar_OH
-6
R_C_OH
-6
_ _
Ar C OH
Ar O_R +
-6
Ar_O_R
HC(CN)3
-5
_ :C(CN)3
+ Ar3N_H
-5
Ar3N
-4
_ _
H C H
R O_ R +
-3,5
R_O_R
+ RCH2_OH2
-2
RCH2_OH
+ R2CH_OH2
-2
R2CH_OH
+ R3C_OH2
-2
R3C_OH
base más débil -10
-10
H O+ _ _
Base conjugada
I
_
R_C N
H O+
O _ _
-10
R C H
-9
_ HSO4
R_C_OH
O
H O+ _ _
Ar C OH
O
H HBr
-9
Br
-7,4
_ _
Ar C OR
-7,3
CH3_C_CH3
H O+ _ _
Ar C OR
HCl
_+
R SH2
O
-7,3
Ar C OH
Ar C H
R SH
-7
_ _
Ar C OH
-7
_ _
O
O
H O+ R_C_OR'
_
-7
H O+ _ _
Cl
_
H O+ _ _
H C H
O
H
H O+ _ _
_
O
H O+ CH3_C_CH3
_
Ar C H
_
O -7
_ _
R C OR'
A-II
647
Ácido
pKa
Base conjugada
Ácido
pKa
O
O +
R C OH
4-5
_ R C O
-1,5
_ _
Ar C NH2
C6H5_CO2H
4,2
_ C6H5_CO2
-1,4
_ NO3
+ C6H5_NH3
4,6
C6H5_NH2
4,8
CH3_C_O
5
O O _ H_C_CH_C_H
-1,7
H2O
_ _
Ar C NH2
HNO3
H3O
H O+
R C NH2
Cl3C C OH
+ Ar2NH2
O
O
_ _
-0,5
R C NH2
0,64
O _ Cl3C_C_O
H_C_CH2_C_H
O
_ _
O
CH3_C_OH
O _ _
_ _
O
H O+ _ _
Base conjugada
O
+ N H
_
1
Ar2NH
Cl2CH C OH
1,3
_ Cl2CH C O
O2N_CH2_CO2Et
5,8
_ O2N_CH_CO2Et
_ HSO4
1,99
SO42-
Ar_SH
6-8
Ar_S
ClCH2_C_OH
2,8
ClCH2_C_O
H2CO3
6,35
_ HCO3
+ Ar_NH3
3-5
Ar_NH2
H2S
7,00
_ HS
+ Ar_NHR2
3-5
Ar_NR2
C6H5_SH
7,8
_ C6H5_S
HF
3,17
_ F
Ar_OH
8-11
_ Ar_O
3,29
NO2-
NC_CH2_CO2Et
9
_ NC_CH_CO2Et
3,7
O _ H_C_O
MeO2C_CH2_CO2Me
9
_ MeO2C_CH_CO2Me
O
O _ _
O H_C_OH
_ _
O
O
HO_NO
5,2
_
N
_
A-II
648
Ácido
pKa
O
O
_ _
_ _
Me C CH2 C Me
Base conjugada O
9
Ácido
pKa
Base conjugada
11
_ NC_CH_CN
11
_ Me C CH_CO2Et
O
_ Me_C_CH_C_Me
O
_
HCN
9,1
NC
NH4+
9,24
NH3
NC_CH2_CN
O
_ _
Me C
CH2_CO2Et
EtO2C_CH2_CO2Et
13
_ _
_ EtO2C_CH_CO2Et O
O
+ RNH3
10-11
RNH2
CH3_C_NH2
15,0
_ CH3_C_NH
+ R3NH
10-11
R3N
CH3OH
15,2
_ CH3O
RSH
10-11
RS
H2O
15,74
_ HO
_
O
O
R_CH2_C_R'(H)
16-20
_ R_CH_C_R'(H)
C6H5_OH
10,0
_ C6H5_O
RCH2NO2
10
_ R_CH_NO2
RCH2OH
16
_ RCH2O
CH3_NO2
10,2
_ CH2_NO2
R2CHOH
16,5
_ R2CHO
_ HCO3
10,33
CO32-
R3C_OH
17
_ R3C_O
CH3CH2_SH
10,5
CH3CH2_S
CH3CH2OH
17
_ CH3CH2O
+ Me NH3
+ Me2NH2
_
+ R2NH2
_
O
O
10,6
_
Me NH2
R C NH2
17
_ R C NH
10,7
Me2NH
Me3C_OH
19
_ Me3C_O
19
_ CH2_C_CH3
_ _
O
11
R2NH
CH3_C_CH3
_ _
O
A-II
649
pKa
Base conjugada
pKa
Base conjugada
CH3_CO2Et
23
_ CH2_CO2Et
Ar2CH2
33,5
_ Ar2CH
R_CH2_CO2R'
24,5
_ R_CH_CO2R'
H2
35
_ H:
CH3_CN
25
_ CH2_CN
NH3
36
_ :NH2
CH3_CONH2
25
_ :CH2_CONH2
(MeCH)2NH
36
_ (MeCH)2N:
RCH2_CN
25
_ RCH_CN
C6H5_CH3
41
_ C6H5_CH2
HC CH
26
_ HC C:
HCCl3
26
_ :CCl3
Ar3CH
31,5
_ Ar3C:
Ácido
Ácido
H2C
CH_CH3
H
CH4
ácido más débil
43
H2C
_ CH_CH2
_ :
43
49
_ :CH3
base más fuerte
A-II
650
APÉNDICE III
REACCIONES DE LAS DE OLEFINAS (ESTEREOQUÍMICA)
1 Reacciones con XH (X = Nu = Cl, Br, I, SO4H) (carbocationes) Nu 1
Me
1
R1 R2
H H
+ H+
1
R
+
Me
R1
(1)
R2
_ Nu
R2
R1 2 R
2
Me
2
(2)
Nu
H
Nu
1 1
H +
1
R1 R2
2
R3
Nu
_
R4
2 1
R1
R3 R4
R2
H
(1) R3
R1 R2
R4
H
R3
R4 (2)
R1 R2
Nu
R1
Nu
+
2 1
R2 R1
1
+ 2
H
2
R3
Nu
R2
(3) H
_
R4
R2 R1
R3
R4
R3
R4 (4)
2
H
Nu
A-III
651
H
Nu 1 1
H 1
R1
Nu
+
_
R3 R4
R2 2
(5) R3
R1 R2
R4
R1
H
R2
(6)
2 1
R1
R3 R4
R2
H
R3
Nu
R4
Nu
R3 R4
+
2 1 1
R1 2
R3 R4
+
R2
Nu
R2
H
R1
R3 R4
_
H
2
(7) R1
R2 2
(8) Nu
H
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8) Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
H
Nu
1
(1)
1
H
+
R2 Nu
1
R1
_
2
R2
H
R2 (2)
2
1
R1
R1
R2 H
R1
Nu
R1
Nu
+
2 1
(3)
1
R1
+
R2 Nu
H
R2
R1
R2
_
2
H
2
(4)
2
H
Nu
A-III
652
Nu 1
1
R1
H
+
Nu
1
_
R2
2
(5) R1
R2
R1
H (6)
2
1
R1
H
R2 H
Nu
R2
Nu
R2
+
2 1
1
R1
R2
+
Nu
_
(7) R1
H
R1
R2
2
H
2
(8)
2
Nu
H
H
Nu
R1
R2
H
R2
R1
Nu
R1
Nu
H
R2
R1
R2
H
Nu
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8) Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
1
1
H R1
1
+
Nu
_
R2
2
R1
2
H+
1
(1)
(2)
R2 2
1
2
R1 H
Nu
1
+ 2
_
(3)
R2 2
(4)
A-III
653
1
1
1
+
R1
Nu
H
_
H
R1
R2
R1
H
Nu
R2
Nu
R2
R1
H
R1
R2
Nu
H
(5)
R2
2
2
H+
1
Nu
(6)
R2
R1 2
1
1 2
+
R1
Nu
R2
_
(7)
H
2
2
(8)
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8) Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
2 Reacciones con halógenos (X = Cl, Br, I) (iones onio) R2 R 1
X
1
R1
R3
R2
R4
X
+ X
+
X
R3
R1 R2
(1)
_
R3
X
R4
X
R3
R4 1
2
R4 (2)
2
R1
R1
R2 X
+
R2
R1
X 1
X
1
+ X R1
X
R2
_
2
(1) X
R2
X
R2 (2)
2
R1
X
A-III
654
1 1
X
R1
+
R2
X
X
R2
X
R2
R1
X
(1)
_
R2 1
;
X
R1
2
Compuestos: (1) = (2)
+ X
R1
2
2
(2)
Enantiómeros: (1) y (2)
3 Reacciones con XOH (X = Cl, Br, I) (iones onio) R 2 R1
X
1
+ X
(1) HO
_ R3
R1 R2
HO
R1
R3 R4
X
R4 (2)
2 2
R2
R3
X
R4 1
R4
R3
R1
+
OH
R2
R3
HO
R4
1
(3) R1
2
1
_ HO
R3
R1 R2
R 2 R1
R4 X +
X
R2
OH (4)
2
X Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4)
R4
; Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4)
R1
X
1
+ X R1
R2
_ HO
(1) OH
R2
X
R2 (2)
2
1
2
R1
R3
R2 X
R1
OH
OH
R2
+
1 1
2
R1
R2
_ HO
X +
(3) R1
X
R1
OH (4)
2
X
R2
Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4) ; Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4)
A-III
655
1
R2
X
R2
R1
OH
OH
R2
R1
X
R1
OH
X
R2
2
+
1
_ HO
2
1
R1
R2
2
X +
Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4)
R2
(1)
(2)
2
1
R2
OH
HO
R1
R1
X
_
+ X
X
R1
(3)
(4)
; Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4)
4 Reacciones con peroxiácidos (R-CO3H) R2 R1
OH
1
(1)
H + O R1
R3
1)RCO3H
R2
R4
2)H3O+
HO
R4
HO
R3
H2O
R3
R1 R2
R4 1
R3 R4 (2)
2
2
R1
OH
R2
Enantiómeros: (1) y (2) R1 1
H
(1)
O+ R1
R2
1)RCO3H
R1
2)H3O+
OH
R2
1
H 2O
OH
R2
OH
R2
2
(2)
2
R1
OH
Enantiómeros: (1) y (2) 1
1)RCO3H
1
H 2O
2
2)H3O+ R1
R2
R1
O+ H
R2
2
OH
R2
R1
OH
R1
OH
OH
R2
(1)
(2)
Enantiómeros: (1) y (2)
A-III
656
5 Reacciones con tetraóxido de osmio (OsO4) O
O Os O
R1 R2 R1
OH
HO
H3O+
R3
(1)
R4
R1
R3
R2
R4
R1
R3 R
OsO4
R3 R4
R2
O
R2
H3O
4
(2)
R4
O
O
R2
+
R3
R1
OH
HO
Os O
O
Enantiómeros: (1) y (2)
O
O Os O
R1
R1
R2
O
OH
R2 H3O
OH
+
(1) R1
R2
R1
R2
OsO4 R2
R1 O
H3O
O
+
(2) OH
OH
Os O
O
Enantiómeros: (1) y (2)
O
O Os O
H3O+
O
R1
R2
OsO4 R1
R2
H3O+ R1
O
O
R2
OH
OH
R1
R2
R1
R2
OH
OH
(1)
(2)
Os O
O
Enantiómeros: (1) y (2)
A-III
657
APÉNDICE IV
Las tablas que aparecen en las páginas siguientes contienen información sobre las cargas de los átomos de carbono en diferentes cationes arenio. Dichas cargas se emplean para estimar las reactividades relativas de los átomos de carbono de cualquier hidrocarburo aromático policíclico con sustituyentes. Si el lector tiene interés en conocer los coeficientes (ai) del ONE (orbital molecular no enlazante) puede utilizar las expresiones que se muestran a continuación.
cálculo de a y sus coeficientes
0,114 0,013
H *
*
*
* *
0,013
*
1
E *
0,316
(xa2)
*
0,316
* 0,051
(δEπ)1 = −8a(2β) = −1,80β n
(δ Eπ ) = 2na
; a = (δ Eπ ) 2n ; a = 1 z ; z = 1 a2
( )
Q = xa 2
; x = Q a2 = 1 a Q
a = (δ Eπ ) 2n ; x = 2n Q (δ Eπ ) ; z = 4n 2 (δ Eπ )
2
En el caso concreto del Criseno:
n = 8 ; a = (δ Eπ ) 2n = 1,80 2 × 8 = 0,1125 ; x = 2n Q (δ Eπ ) = 2 × 8 0,316 1,80 = 5
2
z = 4n 2 (δ Eπ ) = 4 × 82 1,802 = 79 ; a = 1 z = 1 79
A-IV
658
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS ESTABILIDADES RELATIVAS Y CARGAS FORMALES DE CATIONES ARENONIO POLICÍCLICOS NAFTALENO
+0,09
H *
* * +0,09
*
*
2
H * +0,12
(δEπ)2 = -3b(2β) = -2,12 β
+0,12
H 5
*
E +0,12
* E
* +0,09
(δEπ)5 = -3a(2β) = -1,81 β
*
*
*
6
* E +0,50
* +0,12
(δEπ)6 = -3b(2β) = -2,12 β
* * H +0,50
E
*
H
*
7
+0,36 *
E *
* +0,12
*
+0,12
* +0,36
* H
4
E
(δEπ)4 = -3a(2β) = -1,81 β
+0,12
H +0,50 *
+0,36
* +0,09 *
3
(δEπ)3 = -3b(2β) = -2,12 β
+0,12
+0,09 +0,12
*
* * +0,12
+0,09
+0,36
* H
*
+0,12 *
* +0,36
+0,50
*
* +0,36
(δEπ)1 = -3a(2β) = -1,81 β
+0,36
+0,12
E
1
(δEπ)7 = -3b(2β) = -2,12 β
Ci (*)
δEπ x(-β)
C1
1,81
Q(2,4) = +0.36 ; Q(5,7) = +0.09 ; Q(3,6,8) = 0.00
C4
1,81
Q(1,3) = +0.36 ; Q(6,8) = +0.09 ; Q(2,5,7) = 0.00
C5
1,81
Q(6,8) = +0.36 ; Q(1,3) = +0.09 ; Q(2,4,7) = 0.00
C8
1,81
Q(5,7) = +0.36 ; Q(2,4) = +0.09 ; Q(1,3,6) = 0.00
C2
2,12
Q(1) = +0.50 ; Q(3,6,8) = +0.12 ; Q(4,5,7) = 0.00
C3
2,12
Q(4) = +0.50 ; Q(2,5,7) = +0.12 ; Q(1,6,8) = 0.00
C6
2,12
Q(5) = +0.50 ; Q(2,4,7) = +0.12 ; Q(1,3,8) = 0.00
C7
2,12
Q(8) = +0.50 ; Q(1,3,6) = +0.12 ; Q(2,4,5) = 0.00
8
E *
* +0,36
* +0,09 * +0,09
(δEπ)8 = -3a(2β) = -1,81 β
CARGAS FORMALES
(*) carbono unido al electrófilo Los datos que aparecen en la tabla permiten realizar dos tipos de predicciones: PRIMERA: Los valores pequeños de δEπ indican las posiciones más reactivas del hidrocarburo, en este caso los átomos de
carbono C1 = C4 = C5 = C8 [δEπ x(-β) = 1,81] En estos átomos será donde tenga lugar de forma preferente la reacción de sustitución electrófila. Los valores experimentales de los factores parciales de velocidad (FPV) sirven para comprobar si la predicción es acertada (ver la tabla adjunta):
8
5
posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C1 = C4 = C5 = C8
1,81
1160
C2 = C3 = C6 = C7
2,12
151
1 7
2
6
3
4
[carbonos más reactivos]
[carbonos menos reactivos]
A-IV
659
SEGUNDA: Las cargas formales y la variación de la energía de enlace π (δEπ) ayudan a predecir en qué átomos de carbono tendrá lugar preferentemente la reacción cuando existen sustituyentes (ver páginas 363 y 364 del Tema 13)
Por ejemplo, imaginemos que se trata de averiguar cuáles serán los productos principales en la siguiente reacción: CH3 1
E+
?
Primero se eligen las posiciones que dan lugar a la menor variación de δEπ. (C4, C5 y C8) A continuación se observan los valores de las cargas formales en C1 para cada tipo de sustitución (en C4, C5 y C8): CH3
8
1
5
4
δEπ = −1,81β Sustitución en C4: Q1 = +0,36 Sustitución en C5: Q1 = +0,09 Sustitución en C8: Q1 = 0.00
Como el grupo metilo estabiliza el catión arenonio (dador de electrones) las posiciones 5 y 8 quedan descartadas (menor carga que la sustitución en C4) Después se recurre a la mayor variación de δEπ.(2,12 β) (sustituciones en C2, C3 C6 y C7) fijándose también en las cargas formales que están implicadas: CH3 1 7
2
6
3
δEπ = −2,12β Sustitución en C2: Q1 = +0,50 Sustitución en C3: Q1 = 0,00 Sustitución en C6: Q1 = 0,00 Sustitución en C7: Q1 = +0.12
Los datos indican que las posiciones más reactivas serán C4 (δEπ = -1,81β ; Q1 = +0,36) y C2 (δEπ = -2,12β ; Q1 = +0,50): CH3 1 H
+
2
E
CH3
(δEπ)2 = −1,81β ; Q1= +0,36
1 2
E+ CH3 1
4
+ H
4
(δEπ)4 = −2,12β ; Q1= +0,50
E
A-IV
660
Finalmente, puede estimarse qué posiciones serán menos reactivas: precisamente aquellas en las que la variación de δEπ sea máxima (-2,12β) y la carga formal en C1 mínima (Q1 = 0,00) Es decir: CH3 1
3
6
δEπ = −2,12β Sustitución en C3: Q1 = 0,00 Sustitución en C6: Q1 = 0,00
En resumen: CH3
CH3 2 3
6 4
Posiciones menos reactivas: C3 y C6
Posiciones más reactivas: C2 y C4
Es importante resaltar que si el sustituyente es un aceptor de electrones (NO2 por ejemplo) el catión arenonio más estable será aquél en el que sean mínimas la variación de energía π y la carga (Q) del carbono al que está unido dicho sustituyente. (Qmin = 0) 8
5
NO2
NO2
1
1
4
2
6
3
δEπ = −2,12β
δEπ = −1,81β
Sustitución en C2: Q1 = +0,50
Sustitución en C4: Q1 = +0,36
Sustitución en C3: Q1 = 0,00
Sustitución en C5: Q1 = +0,09
Sustitución en C6: Q1 = 0,00
Sustitución en C8: Q1 = 0.00
H
8
7
8
Sustitución en C7: Q1 = +0.12
E +
NO2 1
(δEπ)8 = −1,81β ; Q1= 0,00
NO2 1
E+ NO2 1
5
(δEπ)5 = −1,81β ; Q1= +0,09 H
8
NO2
5
+ E
NO2 2
5
Posiciones más reactivas: C8 y C5
4
Posiciones menos reactivas: C2 y C4
A-IV
661
ANTRACENO
+0,04
H *
*
* * +0,04
*
*
(δEπ)1 = -4a(2β) = -1,57 β
0,40
0,10
*
*
*
* H
E
+0,50
*
+ 10
H +*
0,05
*
* +
*
*
H
8
*
* E
5
8
*
* 0,05
*
E
* H +
6
+0,04
0,50
*
* *
+0,15
*
0,22
*
0,05
(δEπ)6 = -4b(2β) = -1,88 β
* +0,04
H *
0,10 *
* +0,04
*
0,10
9
* 0,40
E + *
* 0,10 *
0,10
(δEπ)9 = -2c(2β) = -1,26 β
(δEπ)8 = -4a(2β) = -1,57 β
CARGAS FORMALES
1,26
Q(10) = +0,40 ; Q(2,4,5,7) = +0,10 ; Q(1,3,6,8) = 0,00
1,26
Q(9) = +0,40 ; Q(1,3,6,8) = +0,10 ; Q(2,4,5,7) = 0,00
C1
1,57
Q(2,4) = +0,35 ; Q(10) = +0,15 ; Q(5,7) = +0,04 ; Q(3,6,8,9) = 0,00
C4
1,57
Q(1,3) = +0,35 ; Q(9) = +0,15 ; Q(6,8) = +0,04 ; Q(2,5,7,10) = 0,00
C5
1,57
Q(6,8) = +0,35 ; Q(9) = +0,15 ; Q(1,3) = +0,04 ; Q(2,4,7,10) = 0,00
C8
1,57
Q(5,7) = +0,35 ; Q(10) = +0,15 ; Q(2,4) = +0,04 ; Q(1,3,6,9) = 0,00
C2
1,88
Q(1) = +0,50 ; Q(9) = +0,22 ; Q(3,6,8) = +0,05 ; Q(4,5,7,10) = 0,00
C3
1,88
Q(4) = +0,50 ; Q(10) = +0,22 ; Q(2,5,7) = +0,05 ; Q(1,6,8,9) = 0,00
C6
1,88
Q(5) = +0,50 ; Q(10) = +0,22 ; Q(2,4,7) = +0,05 ; Q(1,3,8,9) = 0,00
C7
1,88
Q(8) = +0,50 ; Q(9) = +0,22 ; Q(1,3,6) = +0,05 ; Q(2,4,5,10) = 0,00 posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C9 = C10
1,26
127x10
C1 = C4 = C5 = C8
1,57
7900
C2 = C3 = C6 = C7
1,88
1135
3 4
5
9
1 2
10
E
*
C9
6
* +0,35 4
0,05
*
*
*
C10
9
*+ H
(δEπ)4 = -4a(2β) = -1,57 β
0,05
* +
*
E *
δEπ x(-β)
7
5
+0,04 *
* H +0,50
(δEπ)5 = -4a(2β) = -1,57 β
+
E
(δEπ)3 = -4b(2β) = -1,88 β
*
+0,35 *
+0,35
(δEπ)7 = -4b(2β) = -1,88 β
* +0,22
*
*
+0,15 +0,04
+0,35
Ci
* +0,05
+0,35
+0,15
*
3
+0,05
H
+*
*
*
*
* * 0,10
* E
0,22
H * 0,05
+0,05
2
*
+0,04
+0,05
E
+0,35
(δEπ)10 = -2c(2β) = -1,26 β
7
*
(δEπ)2 = -4b(2β) = -1,88 β
0,10
* 0,10
*
*
+0,05
* +0,35
* +0,15
+0,22 +0,50
+0,05
E + * +0,35
1
7
2
6
3
10
Posiciones más reactivas: C9 y C10
Posiciones menos reactivas: C2, C3, C6 y C7
A-IV
662
FENANTRENO
+0,05
0,14 +0,03
*
H *
*
1
* *
+0,05
*
+0,05
(δEπ)1 = -5a(2β) = -1,86 β
*
(δEπ)2 = -5b(2β) = -2,18 β
5
+0,17 *
E
*
+0,04
(δEπ)5 = -5d(2β) = -1,96 β
6
H
8
H +0,31 + *
*
9
H +0,03 *
* *
* +0,04
* +0,05
(δEπ)7 = -5b(2β) = -2,18 β
E
+0,52 +
* +0,13
+0,13
* +0,13
+0,13 *
*
10
*
H * * +0,03
*
(δEπ)9 = -5e(2β) = -1,80 β
+0,03 *
(δEπ)10 = -5e(2β) = -1,80 β
δEπ x(-β) 1,80
Q(10) = +0,52 ; Q(1,3) = +0,13 ; Q(5,7) = +0,03 ; Q(2,4,6,8) = 0,00
C10
1,80
Q(9) = 0,52 ; Q(6,8) = +0,13 ; Q(2,4) = +0,03 ; Q(1,3,5,7) = 0,00
C1
1,86
Q(2,4) = +0,31 ; Q(9) = +0,14 ; Q(6,8) = +0,03 ; Q(3,5,7,10) = 0,00
C8
1,86
Q(5,7) = +0,31 ; Q(10) = +0,14 ; Q(1,3) = +0,03 ; Q(2,4,6,9) = 0,00
C4
1,96
Q(1,3) = +0,35 ; Q(5,7,10) = +0,04 ; Q(2,6,8,9) = 0,00
C5
1,96
Q(6,8) = +0,35 ; Q(2,4,9) = +0,04 ; Q(1,3,7,10) = 0,00
C3
2,04
Q(4) = +0,37 ; Q(2,9) = +0,17 ; Q(6,8) = +0,04 ; Q(1,5,7,10) = 0,00
C6
2,04
Q(5) = +0,37 ; Q(7,10) = +0,17 ; Q(1,3) = +0,04 ; Q(2,4,8,9) = 0,00
C2
2,18
Q(1) = +0,43 ; Q(3) = +0,19 ; Q(5,7,10) = +0,05 ; Q(4,6,8,9) = 0,00
C7
2,18
Q(8) = +0,43 ; Q(6) = +0,19 ; Q(2,4,9) = +0,05 ; Q(1,3,5,10) = 0,00
10
+0,35
*+0,05
*
Ci
CARGAS FORMALES
posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C9 = C10
1,80
1630
C1 = C8
1,86
900
C4 = C5
1,96
810
C3 = C6
2,04
385
C2 = C7
2,18
173
9
10
1
8
2
7 6
+
*
C9
9
*+ E
*
+0,19
+ +0,52
* +0,03
(δEπ)8 = -5a(2β) = -1,86 β
H
*
* +0,03
+0,31
7
*
*
*
E
4
*
E *
(δEπ)6 = -5c(2β) = -2,04 β
+0,03
H
+0,05
*
* * + +0,37
+0,14
*
* +0,04
(δEπ)4 = -5d(2β) = -1,96 β
+0,43
+0,04
* * +0,04
* E
E
H
+0,35
*
+0,04 *
3
(δEπ)3 = -5c(2β) = -2,04 β *
*
H
+0,17 * + E
+0,17
*
+0,35 +
* +0,37
+0,04
+0,19
*
*
*
*
* H +
+0,04 +0,35
*
*
2
*
*
*
+0,04
* E
*
* +0,31
+0,03
+0,43
*
E * + +0,31
+0,04
+0,17
*
5
4
7
2
3
Posiciones más reactivas: C9 y C10
Posiciones menos reactivas: C2, y C7
A-IV
663
NAFTACENO
*
+0,02 *
H *
*
E
1
*
* +0,08
*
*
+0,02
+0,08
*
*
*
*
*
*
* H
* +0,32 E
4
+0,18
+0,08
+0,02
*
*
*
*
H
*
* E
7
H
10
*
E *
* +0,32
*
+0,02
* +0,18
* * +0,08
*
0,38
* * H
5
*
*
+0,09
*
*
*
H *
+0,09
*
* +0,02
E *
11
* 0,38
* +0,09
0,04
*
*
* E
6
* 0,04
*
+0,26 +0,11
*
+0,03
*
*
H *
+0,03
*
* +0,03
*
(δEπ)9 = -5b(2β) = -1,69 β
0,04
0,04
*
*
* * 0,04
* 0,04
(δEπ)11 = -5c(2β) = -1,02 β
H * * +0,17
12
* 0,38
E *
* +0,09 * +0,09
(δEπ)12 = -5c(2β) = -1,02 β
Ci
δEπ x(-β)
CARGAS FORMALES
C5
1,02
Q(12) = +0,38 ; Q(11) = +0,17 ; Q(1,3) = +0,09 ; Q(8,10) = +0,04 ; Q(2,4,6,7,9) = 0,00
C6
1,02
Q(11) = +0,38 ; Q(12) = +0,17 ; Q(8,10) = +0,09 ; Q(1,3) = +0,04 ; Q(2,4,5,7,9) = 0,00
C11
1,02
Q(6) = +0,38 ; Q(5) = +0,17 ; Q(7,9) = +0,09 ; Q(2,4) = +0,04 ; Q(1,3,8,10,12) = 0,00
C12
1,02
Q(5) = +0,38 ; Q(6) = +0,17 ; Q(2,4) = +0,09 ; Q(7,9) = +0,04 ; Q(1,3,8,10,11) = 0,00
C1
1,41
Q(2,4) = +0,32 ; Q(5) = +0,18 ; Q(6) = +0,08 ; Q(7,9) = +0,02 ; Q(2,8,10,11,12) = 0,00
C4
1,41
Q(1,3) = +0,32 ; Q(12) = +0,18 ; Q(11) = +0,08 ; Q(8,10) = +0,02 ; Q(2,5,6,7,9) = 0,00
C7
1,41
Q(8,10) = +0,32 ; Q(11) = +0,18 ; Q(12) = +0,08 ; Q(1,3) = +0,02 ; Q(2,4,5,6,9) = 0,00
C10
1,41
Q(7,9) = +0,32 ; Q(6) = +0,18 ; Q(5) = +0,08 ; Q(2,4) = +0,02 ; Q(1,3,8,11,12) = 0,00
C2
1,69
Q(1) = +0,46 ; Q(12) = +0,26 ; Q(11) = +0,11 ; Q(3,8,10) = +0,03 ; Q(4,5,6,7,9) = 0,00
C3
1,69
Q(4) = +0,46 ; Q(5) = +0,26 Q(6) = +0,11 ; Q(2,7,9) = +0,03 ; Q(1,8,10,11,12) = 0,00
C8
1,69
Q(7) = +0,46 ; Q(6) = +0,26 ; Q(5) = +0,11 ; Q(2,4,9) = +0,03 ; Q(1,3,10,11,12) = 0,00
C9
1,69
Q(10) = +0,46 ; Q(11) = +0,26 ; Q(12) = +0,11 ; Q(1,3,8) = +0,03 ; Q(2,4,5,6,7) = 0,00
11
12
posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C5 = C6 = C11 = C12
1,02
―
C1 = C4 = C7 = C10
1,41
―
C2 = C3 = C8 = C9
1,69
―
11
1
12
2
9
3
8 7
* H
E +0,46 *
* +0,03
* +0,17
* H +0,46
+0,17
0,38
9
*
*
E
(δEπ)6 = -5c(2β) = -1,02 β
*
* +0,11
* +0,26
* +0,26
*
* +0,09
* +0,09
8
* H +0,46
*
(δEπ)3 = -5b(2β) = -1,69 β
+0,03
*
* +0,11
* +0,03
+0,09
* E
+0,03
*
3
(δEπ)8 = -5b(2β) = -1,69 β
+0,02
(δEπ)10 = -5a(2β) = -1,41 β
10
*
*
(δEπ)7 = -5a(2β) = -1,41 β
+0,32
+0,17
*
+0,03
*
*
* +0,03
*
*
*
(δEπ)5 = -5c(2β) = -1,02 β
E +0,32 *
+0,03
2
*
*
0,04
* 0,04
(δEπ)4 = -5a(2β) = -1,41 β +0,32
E
*
(δEπ)2 = -5b(2β) = -1,69 β
+0,18 +0,32
*
+0,26 +0,46
*
*
(δEπ)1 = -5a(2β) = -1,41 β +0,02
*
H
* +0,32
+0,18
+0,11
*
+0,32 +0,03
* +0,02
+0,03
6
5
4
6
9
2
8
3
5
Posiciones más reactivas: C5, C6, C11 y C12
Posiciones menos reactivas: C2, C3, C8 y C9
A-IV
664
BENZO [α] ANTRACENO
H
E + +0,32 *
1 +0,02
+0,08
*
+0,02 *
*
*
H
*
* +0,32
+0,31 +
*
+0,02 *
* +0,02
*
(δEπ)1 = -7a(2β) = -1,98 β
E *
*
* * +0,08
* +0,02
2
+0,21 + +0,18
+0,02
+0,09
*
*
*
+0,02 *
(δEπ)2 = -7b(2β) = -1,96 β
*
+0,02
* +0,02
* +0,07
+
*
+0,01
E
4
*
*
*
*
(δEπ)3 = -7c(2β) = -2,13 β
* +0,13
*H
+0,06
*
*
* +0,15
* +0,06
(δEπ)4 = -7d(2β) = -1,84 β
* +0,01
*
*E
(δEπ)5 = -7e(2β) = -1,66 β
+0,34
+0,08 *
+0,34
*
* H
7
* * + E
* + H
6
*
* +0,13 * +0,51
* E
(δEπ)6 = -7e(2β) = -1,66 β
*
* *
*
+0,01
+0,04 +0,08
+0,01 *
5 * + +0,51 H
* +0,22
+0,01 +0,06
*
*
H
* +0,02
*
+0,28 +0,28
3
* 0,37
* * +0,18
E
*
*
* +0,04 * +0,15
(δEπ)7 = -7f(2β) = -1,35 β
+0,34*
H
8
+0,02
+0,12
*
*
* + E
* +0,01 * +0,05
*
(δEπ)8 = -7g(2β) = -1,63 β
+0,08
E
*
*
* +0,02
*
*
*
9
* + H +0,50
* * +0,18 +0,02
(δEπ)9 = -7a(2β) = -1,98 β
+0,02
*
+0,17
E +0,47 * 10 H +0,07 +
*
*
*
* *
* +0,02 * +0,07
H
11
+0,35 *
*
+0,35
(δEπ)10 = -7h(2β) = -1,92 β
E + *
*
* +0,13
+0,04
* +0,01
+0,01 *
* *
+0,01
(δEπ)11 = -7e(2β) = -1,66 β
Ci
δEπ x(-β)
CARGAS FORMALES
+0,09*
H + * * +0,09
12
* +0,38
* +0,04
*
E *
* * +0,04
(δEπ)12 = -7i(2β) = -1,44 β
C7
1,35
Q(12) = +0,34 ; Q(5) = +0,15 ; Q(9,11) = +0,08 ; Q(2,3) = +0,04 ; Q(1,3,6,8,10) = 0,00
C12
1,44
Q(7) = +0,38 ; Q(8,10) = +0,09 ; Q(1,3,6) = +0,04 ; Q(2,4,5,9,11) = 0,00
C8
1,63
Q(9,11) = +0,34 ; Q(12) = +0,12 ; Q(5) = +0,05 ; Q(2,4) = +0,01 ; Q(1,3,6,7,10) = 0,00
C5
1,66
Q(6) = +0,51 ; Q(7) = +0,22 ; Q(8,10) = +0,06 ; Q(1,3) = +0,01 ; Q(2,4,9,11,12) = 0,00
C6
1,66
Q(5) = +0,51 ; Q(2,3) = +0,13 ; Q(12) = +0,06 ; Q(9,11) = +0,01 ; Q(1,3,6,8,10) = 0,00
C11
1,66
Q(8,10) = +0,35 ; Q(7) = +0,13 ; Q(1,3,6) = +0,01 ; Q(2,4,5,9,12) = 0,00
C4
1,84
Q(1,3) = +0,28 ; Q(6) = +0,15 ; Q(7) = +0,07 ; Q(8,10) = +0,02 ; Q(2,5,9,11,12) = 0,00
C10
1,92
Q(11) = +0,47 ; Q(12) = +0,17 ; Q(5,9) = +0,07 ; Q(2,4) = +0,02 ; Q(1,3,6,7,8) = 0,00
C2
1,96
Q(1) = +0,31 ; Q(3,6) = +0,18 ; Q(7) = +0,08 ; Q(8,10) = +0,02 ; Q(4,5,9,11,12) = 0,00
C1
1,98
Q(2,4) = +0,32 ; Q(12) = +0,08 ; Q(5,9,11) = +0,02 ; Q(3,6,7,8,10) = 0,00
C9
1,98
Q(8) = +0,50 ; Q(7) = +0,18 ; Q(10) = +0,08 ; Q(1,3,6) = +0,02 ; Q(2,4,5,11,12) = 0,00
C3
2,13
Q(4) = +0,37 ; Q(2) = +0,21 ; Q(12) = +0,09 ; Q(5,9,11) = +0,02 ; Q(1,6,7,8,10) = 0,00
A-IV
665
posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C7
1,35
3,5x10
C12
1,44
―
C8
1,63
―
C5 = C6 = C11
1,66
―
C4
1,84
―
C10
1,92
―
C2
1,96
―
C1 = C9
1,98
―
C3
2,13
―
6
2 1 11
12
8
7
3
3
4
10 9
5 6
7
Posición más reactiva: C7
Posición menos reactiva: C3
CRISENO
+0,11
H *
*
*
+0,01 *
* +0,01
*
+0,07 +0,45
E
1
*
*
+ +0,32
* +0,32
* +0,05
* +0,02 *
4
* +0,35 E
7
* + E
*
+0,13
*
*
* +0,01
*
*+E
* +0,13
+0,05
+0,01
*
*
*
*
* H +0,40
*
* +0,01
* +0,11
(δEπ)7 = -8a(2β) = -1,80 β
+0,04
*
+0,04
(δEπ)5 = -8d(2β) = -1,90 β
* * + H
6
+0,16
E
*
*
*
*
* +0,39 E
(δEπ)6 = -4e(2β) = -1,67 β
+0,02
8
* + H +0,45
*
+0,02
* +0,02
* +0,07
(δEπ)8 = -8b(2β) = -2,16 β
* +0,04
*
+0,06
*
+0,02 *
E
3
*
+0,04 *
5
* H +0,51
+
(δEπ)3 = -8c(2β) = -2,01 β
+0,01
* +0,01
*
+0,06
*
*
*
+0,32
H
*
* +0,02
+0,01 *
(δEπ)4 = -8d(2β) = -1,90 β
+0,32 *
*
+0,17
*
* + H
*
*
+0,16
+0,02
(δEπ)2 = -8b(2β) = -2,16 β
+0,01
*
*+
*
+0,35
*
*
*
H
+0,14
*
+0,14 *
+0,02
+0,06
+0,01 *
2
+0,02
(δEπ)1 = -8a(2β) = -1,80 β
*
E
*
E +0,40 * 9 H
+ *
+0,14
* *
* *
* +0,02
* +0,14
(δEπ)9 = -4c(2β) = -2,01 β
A-IV
666
E
+0,01
H
E + *
10
+0,35 *
* +0,35
*
*
*+0,01
+0,01
H
*
*
* +0,01
+0,01 *
* +0,06
(δEπ)10 = -8d(2β) = -1,90 β
+0,51 +0,13
*
11
H
*
+ *
*
*
+0,13
*
+0,04 *
* +0,01
*
12
+0,39 *
* +0,04
(δEπ)11 = -8d(2β) = -1,90 β
E + *
* +0,04
*
* +0,04
* +0,17
(δEπ)12 = -8e(2β) = -1,67 β
Ci
δEπ x(-β)
C6
1;67
Q(5) = +0,39 ; Q(12) = +0,17 ; Q(1,3,8,10) = Q10 = +0,04 ; Q(2,4,7,9,11) = 0,00
C12
1,67
Q(11) = +0,39 ; Q(6) = +0,17 ; Q(2,4,7,9) = +0,04 ; Q(1,3,5,8,10) = 0,00
C1
1,80
Q(2,4) = +0,32 ;Q(11) = +0,11 ; Q(6) = +0,05 ; Q(7,9) = +0,01 ; Q(3,5,8,10,12) = 0,00
C7
1,80
Q(8,10) = +0,32 ; Q(5) = +0,11 ; Q(12) = +0,05 ; Q(1,3) = +0,01 ; Q(2,4,6,9,11) = 0,00
C4
1,90
Q(1,3) = +0,35 ; Q(12) = +0,06 ; Q(5,8,10) = +0,01 ; Q(2,6,7,9,11) = 0,00
C10
1,90
Q(7,9) = +0,35 ; Q(6) = +0,06 ; Q(2,4,11) = +0,01 ; Q(1,3,5,8,12) = 0,00
CARGAS FORMALES
C5
1,90
Q(6) = +0,51 ; Q(7,9) = +0,13 ; Q(2,4,11) = +0,01 ; Q(1,3,8,10,12) = 0,00
C11
1,90
Q(12) = +0,51 ; Q(1,3) = +0,13 ; Q(5,8,10) = +0,01 ; Q(2,4,6,7,9) = 0,00
C3
2,01
Q(4) = +0,40 ; Q(2,11) = +0,14 ; Q(6) = +0,06 ; Q(7,9) = +0,02 ; Q(1,5,8,10,12) = 0,00
C9
2,01
Q(10) = +0,40 ; Q(5,8) = +0,14 ; Q(12) = +0,06 ; Q(1,3) = +0,02 ; Q(2,4,6,7,11) = 0,00
C2
2,16
Q(1) = +0,45 ; Q(3) = +0,16 ; Q(12) = +0,07 ; Q(5,8,10) = +0,02 ; Q(4,6,7,9,11) = 0,00
C8
2,16
Q(7) = +0,45 ; Q(9) = +0,16 ; Q(6) = +0,07 ; Q(2,4,11) = +0,02 ; Q(1,3,5,10,12) = 0,00
12
posición
(δEπ)x(-β)
C6 = C12
1,67
12200
C 1 = C7
1,80
975
C4 = C10
1,90
696
C5 = C11
1,90
2790 (?)
C 3 = C9
2,01
307
C 2 = C8
2,16
186
1
(FPV)
12 2
2
11 10
3
9
4 8
5
8 7
6
6
Posiciones más reactivas: C6 y C12
Posiciones menos reactivas: C2 y C8
BENZO [c] FENANTRENO +0,01
E
* +0,01
*
+0,05 *
1
*
H
*
*
+0,34
H
*
+0,02
* +0,34 * +0,05
(δEπ)1 = -8a(2β) = -1,86 β
+0,02 +0,42
*
*
* *
* * +0,02
2
*
+0,15
+0,02
E
*
+0,15
* * +0,15
(δEπ)2 = -8b(2β) = -2,06 β
+0,02 * +0,07*
* *
* *
E 3
H * +0,43 * +0,07
(δEπ)3 = -8c(2β) = -2,10 β
A-IV
667
+0,12
+0,01 +0,01
+0,01 +0,33
*
*
*
*
*
*
+0,33
*+
E
+0,05
+0,05 +0,05
*
*
*
4
*
*
H
*
* +0,05 *+
+0,01
* +0,12
(δEπ)4 = -8d(2β) = -1,83 β
+0,12
+0,05
*
*
*
+0,49 *
H
7
*
+0,05
E
* + E
* +0,49 E
+0,02
*
+ *
+0,07 *
*
* *
* H +0,45
(δEπ)10 = -8c(2β) = -2,10 β
*
H
*
* +0,01
*
+*
* * +0,12
* +0,05
*
11
+ *
+0,34
E
+0,42 +0,02
*
*
*
* +0,02
*
*
*
+0,34 * +0,05 *
* +0,02
* +0,15
* +0,01
(δEπ)9 = -8d(2β) = -1,83 β
(δEπ)8 = -8e(2β) = -1,79β
+0,15
* +0,07
E
8
H * +0,02
* 9
*
+ *
+0,33 +0,01
+0,33
* +0,05
*
*
* +0,05
*
+0,43
+0,05 +0,05
*
* +0,01
+0,15
10
H
6
(δEπ)6 = -8a(2β) = -1,86 β
(δEπ)5 = -8e(2β) = -1,79β
(δEπ)7 = -8a(2β) = -1,86 β
E
* + H
*
H
* +0,12
+0,01
* +0,12
* +0,45
* +0,05
*
*
*
E
5
* +0,01
*
+0,01
E
*
12
+ *
H
*
*
* +0,01 * +0,05
(δEπ)12 = -8a(2β) = -1,86 β
(δEπ)11 = -8b(2β) = -2,06β
Ci
δEπ x(-β)
C5
1,79
Q(6) = +0,45 ; Q(1,3,7,10,12) = +0,05 ; Q(2,4,8,9,11) = 0,00
C8
1,79
Q(7) = +0,45 ; Q(1,3,6,10,12) = +0,05 ; Q(2,4,5,9,11) = 0,00
C4
1,83
Q(1,3) = +0,33 ; Q(6) = +0,12 ; Q(7,10,12) = +0,01 ; Q(2,5,8,9,11) = 0,00
C9
1,83
Q(10,12) = +0,33 ;Q(7) = +0,12 ; Q(1,3,6) = +0,01 ; Q(2,4,5,8,11) = 0,00
C6
1,86
Q(5) = +0,49 ; Q(2,4) = +0,12 ; Q(8) = +0,05 ; Q(9,11) = 0,01 ; Q(1,3,7,10,12) = 0,00
C7
1,86
Q(8) = +0,49 ; Q(9,11) = +0,12 ; Q(5) = +0,05 ; Q(2,4) = 0,01 ; Q(1,3,6,10,12) = 0,00
C1
1,86
Q(2,4) = +0,34 ; Q(5,8) = +0,05 ; Q(9,11) = +0,01 ; Q(3,6,7,10,12) = 0,00
C12
1,86
Q(9,11) = +0,34 ; Q(5,8) = +0,05 ; Q(2,4) = +0,01 ; Q(1,3,6,7,10) = 0,00
CARGAS FORMALES
C2
2,06
Q(1) = +0,42 ; Q(3,6) = +0,15 ; Q(7,10,12) = +0,02 ; Q(4,5,8,9,11) = 0,00
C11
2,06
Q(12) = +0,42 ; Q(7,10) = +0,15 ; Q(1,3,6) = +0,02 ; Q(2,4,5,8,9) = 0,00
C3
2,10
Q(4) = +0,43 ; Q(2) = +0,15 ; Q(5,8) = 0,07 ; Q(9,11) = +0,02 ; Q(1,6,7,10,12) = 0,00
C10
2,10
Q(9) = +0,43 ; Q(11) = +0,15 ; Q(5,8) = 0,07 ; Q(2,4) = +0,02 ; Q(2,4,5,8,11) = 0,00 posición
(δEπ)x(-β)
(FPV)
C5 = C8
1,79
8680
C4 = C9
1,83
2050
C6 = C7
1,86
2465
C1 = C12
1,86
1580
C2 = C11
2,06
1200
C3 = C10
2,10
422
A-IV
668
11
2 12
10
1
3
9
3
10
4 8
8
5 7
5
6
Posiciones más reactivas: C5 y C8
Posiciones menos reactivas: C3 y C10
TRIFENILENO
+0,05
H + *
*
*
*
*
+0,01 *
* +0,05
+0,01
+0,05
+0,01
*
1
* * +0,01
*
E * +0,31
* +0,05 *
+0,05 *
+0,35
* +0,05
(δEπ)1 = -9a(2β) = -2,00 β
*
*
2
*
* +0,31
*
+0,01
+ E *
* +0,22
*
H
+0,35 *
* +0,01
(δEπ)2 = -9b(2β) = -2,12 β
(δEπ)3 = -9b(2β) = -2,12 β
+0,01 +0,01
*
+0,31
*
+0,05 *
* +0,05
+ * H 4
* +0,31
E
(δEπ)4 = -9a(2β) = -2,00 β
*
+0,31 *
+0,31 *
H
*
+
H * +0,05
* *
8
10
+0,35
*
E
+ +0,22 * *
* +0,01 *
+0,31 *
+0,05
*
+0,05
*
(δEπ)10 = -9b(2β) = -2,12 β
+0,01
*
* +0,05
* +0,31 *
+0,05 *
* +0,01
* *
+0,01
*
* +0,01
+0,05
(δEπ)9 = -9a(2β) = -2,00 β
+0,31
11
* E
E * + +0,35
+0,31
* * +0,01
* +0,01
(δEπ)11 = -9b(2β) = -2,12 β
12
*
*
*
* +0,01
(δEπ)6 = -9b(2β) = -2,12 β
H+ *
(δEπ)8 = -9a(2β) = -2,00 β
H
*
+0,31
*
+0,22 *
+0,01
*
+0,35
E *
* * +0,05
E
*+
*
* * +0,01
6
*
* +0,31
(δEπ)7 = -9b(2β) = -2,12 β
H
H
* +0,05
9
E + *
* +0,05
+0,22
+0,22 *
+0,05 *
*
*
H
* +0,05
+0,05
* +0,01
*
*
(δEπ)5 = -9a(2β) = -2,00 β
* +0,35
+0,05 *
*
*+ E 5
+0,01
7
* * +0,01
* *
E
+0,05
*
* +0,01
H
* + +0,22 E 3
+0,01
*
*
+ H * +0,05
* * +0,01
* +0,05
(δEπ)12 = -9a(2β) = -2,00 β
A-IV
669
Ci
δEπ x(-β)
C1
2,00
Q(2,4) = +0,31 ; Q(10,12) = +0,05 ; Q(6,8) = +0,01 ; Q(3,5,7,9,11) = 0,00
C4
2,00
Q(1,3) = +0,31 ; Q(5,7) = +0,05 ; Q(9,11) = +0,01 ; Q(2,6,8,10,12) = 0,00
C5
2,00
Q(6,8) = +0,31 ; Q(2,4) = +0,05 ; Q(10,12) = +0,01 ; Q(1,3,7,9,11) = 0,00
C8
2,00
Q(5,7) = +0,31 ; Q(9,11) = +0,05 ; Q(1,3) = +0,01 ; Q(2,4,6,10,12) = 0,00
C9
2,00
Q(10,12) = +0,31 ; Q(6,8) = +0,05 ; Q(2,4) = +0,01 ; Q(1,3,5,7,11) = 0,00
C12
2,00
Q(9,11) = +0,31 ; Q(1,3) = +0,05 ; Q(5,7) = +0,01 ; Q(2,4,6,8,10) = 0,00
C2
2,12
Q(1) = +0,35 ; Q(3) = +0,22 ; Q(5,7) = 0,05 ; Q(9,11) = +0,01 ; Q(4,6,8,10,12) = 0,00
C3
2,12
Q(4) = +0,35 ; Q(2) = +0,22 ; Q(10,12) = 0,05 ; Q(6,8) = +0,01 ; Q(1,5,7,9,11) = 0,00
C6
2,12
Q5 = +0,35 ; Q7 = +0,22 ; Q9 = Q11 = 0,05 ; Q1 = Q3 = +0,01 ; Q(2,4,8,10,12) = 0,00
CARGAS FORMALES
C7
2,12
Q(8) = +0,35 ; Q(6) = +0,22 ; Q(2,3) = 0,05 ; Q(10,12) = +0,01 ; Q(1,3,5,9,11) = 0,00
C10
2,12
Q(9) = +0,35 ; Q(11) = +0,22 ; Q(1,3) = 0,05 ; Q(5,7) = +0,01 ; Q(2,4,6,8,12) = 0,00
C11
2,12
Q(12) = +0,35 ; Q(10) = +0,22 ; Q(6,8) = 0,05 ; Q(2,4) = +0,01 ; Q(1,3,5,7,9) = 0,00
10
posición
(δEπ)x(-β)
C1 = C4 = C5 = C8 = C9 = C12
2,00
620
C2 = C3 = C6 = C7 = C10 = C11
2,12
136
11
9
10 12
8
1
1
8
7
2 5
4
11
12
9
7 6
(FPV)
3
5
2 6
4
Posiciónes más reactivas: C1 = C4 = C5 = C8 = C9 y C12
3
Posiciónes menos reactivas: C2 = C3 = C6 = C7 = C10 y C11
DERIVADOS DISUSTITUIDOS DE NAFTALENO DISUSTITUCIÓN –1,8 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C4
1,81
Q1(Z) = +0,36 ; Q8(Z') = +0,09
C5
1,81
Q1(Z) = +0,09 ; Q8(Z') = +0,36
C2
2,12
Q1(Z) = +0,50 ; Q8(Z') = +0,12
C7
2,12
Q1(Z) = +0,12 ; Q8(Z') = +0,50
C3
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q8(Z') = 0,00
C6
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q8(Z') = 0,00 Z'
Z
7
2
6
3 5
4
Z = Z' = Me (FPV): C4 = C5 = 211 000 > C2 = C7 = 109 000 > C3 = C6 = 1820 (ONE)* (reactividades relativas): C4 = C5 > C2 = C7 > C3 = C6
*Orbital molecular No Enlazante
A-IV
670
DISUSTITUCIÓN –2,3 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C1
1,81
Q2(Z) = +0,36 ; Q3(Z') = +0,00
C4
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,36
C5
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,09
C8
1,81
Q2(Z) = +0,09 ; Q3(Z') = 0,00
C6
2,12
Q2(Z) = +0,12 ; Q3(Z') = 0,00
C7
2,12
Q2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,12 8
1
5
4
Z
7 6
Z'
Z = Z' = Me (FPV): C1 = C4 = 1x106 > C5 = C8 = 24 100 > C6 = C7 = 6970 ONE (reactividades relativas): C1 = C4 > C5 = C8 > C6 = C7
DISUSTITUCIÓN –2,6 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C1
1,81
Q2(Z) = +0,36 ; Q6(Z') = +0,00
C5
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,36
C4
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,09
C8
1,81
Q2(Z) = +0,09 ; Q6(Z') = 0,00
C3
2,12
Q2(Z) = +0,12 ; Q6(Z') = 0,00
C7
2,12
Q2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,12 8
1
5
4
Z
7
Z'
3
Z = Z' = Me (FPV): C1 = C5 = 1,01x106 > C4 = C8 = 31 400 > C 3 = C7 = 8060 ONE (reactividades relativas): C1 = C5 > C4 = C8 > C3 = C7
A-IV
671
DISUSTITUCIÓN –2,7 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C1
1,81
Q2(Z) = +0,36 ; Q7(Z') = +0,09
C8
1,81
Q2(Z) = +0,09 ; Q7(Z') = +0,36
C3
2,12
Q2(Z) = +0,12 ; Q7(Z') = +0,12
C6
2,12
Q2(Z) = +0,12 ; Q7(Z') = +0,12
C4
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = 0,00
C5
1,81
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = 0,00
Z'
8
1
5
4
Z
6
3
Z = Z' = Me (FPV): C1 = C8 = 3,77x106 > C3 = C6 = 26 000 > C4 = C5 = 8150 ONE (reactividades relativas): C1 = C8 > C3 = C6 > C4 = C5
DISUSTITUCIÓN –1,5 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C4
1,81
Q1(Z) = +0,36; Q5(Z') = 0,00
C8
1,81
Q1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,36
C2
2,12
Q1(Z) = +0,50 ; Q5(Z') = 0,00
C6
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,50
C3
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,12
C7
2,12
Q1(Z) = +0,12 ; Q5(Z') = 0,00
Z 8 2
7 6
3
Z'
4
Z = Z' = Me (FPV): C4 = C8 = 139 000 > C2 = C6 = 33 000 > C3 = C7 = 3030 ONE (reactividades relativas): C4 = C8 > C2 = C6 > C3 = C7
A-IV
672
DISUSTITUCIÓN –1,4 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C2
2,12
Q1(Z) = +0,50 ; Q4(Z') = 0,00
C3
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,50
C5
1,81
Q1(Z) = +0,09 ; Q4(Z') = 0,00
C8
1,81
Q1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,09
C6
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,12
C7
2,12
Q1(Z) = +0,12 ; Q4(Z') = 0,00 Z
8 7
2
6
3 5
Z'
Z = Z' = Me (FPV): C2 = C3 = 50 100 > C5 = C8 = 6950 > C6 = C7 = 2160 ONE (reactividades relativas): C2 = C3 > C5 = C8 > C6 = C7
DISUSTITUCIÓN –1,3 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C4
1,81
Q1(Z) = +0,36 ; Q3(Z') = +0,36
C2
2,12
Q1(Z) = +0,50 ; Q3(Z') = +0,12
C5
1,81
Q1(Z) = +0,09 ; Q3(Z') = +0,09
C8
1,81
Q1(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = 0,00
C6
2,12
Q1(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = 0,00
C7
2,12
Q1(Z) = +0,12 ; Q3(Z') = +0,12 Z
8 2
7 6 5
4
Z'
Z = Z' = Me (FPV): C4 = 1,15x105 > C2 = 2,8x103 > C6 = 13 700 ONE (reactividades relativas): C4 > C2 > C5 > C8 > C6 > C7
A-IV
673
DERIVADOS DISUSTITUIDOS DE FENANTRENO DISUSTITUCIÓN –4,5 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C9
1,80
Q4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,03
C10
1,80
Q4(Z) = +0,03 ; Q5(Z') = 0,00
C1
1,86
Q4(Z) = +0,31 ; Q5(Z') = 0,00
C8
1,86
Q4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,31
C3
2,04
Q4(Z) = +0,37 ; Q5(Z') = 0,00
C6
2,04
Q4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,37
C2
2,18
Q4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,05
C7
2,18
Q4(Z) = +0,05 ; Q5(Z') = 0,00 9
10 1
8
2
7 6
3
Z' Z
Z = Z' = Me (FPV): C9 = C10 = 38 300 ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C3 = C6 > C2 = C7
DISUSTITUCIÓN –3,6 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C9
1,80
Q3(Z) = +0,13 ; Q6(Z') = 0,00
C10
1,80
Q3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = + 0,13
C1
1,86
Q3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,03
C8
1,86
Q3(Z) = +0,03 ; Q6(Z') = 0,00
C4
1,96
Q3(Z) = +0,35 ; Q6(Z') = 0,00
C5
1,96
Q3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,35
C2
2,18
Q3(Z) = +0,19 ; Q6(Z') =
C7
2,18
Q3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,19 9
10 1
8
2
7
Z'
0,00
5
4
Z
Z = Z' = Me (FPV): C9 = C10 = 59 800 ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C4 = C5 > C2 = C7
A-IV
674
DISUSTITUCIÓN –2,7 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C9
1,80
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,03
C10
1,80
Q2(Z) = +0,03 ; Q7(Z') = 0,00
C1
1,86
Q2(Z) = +0,31 ; Q7(Z') = 0,00
C8
1,86
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,31
C4
1,96
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,04
C5
1,96
Q2(Z) = +0,04 ; Q7(Z') = 0,00
C3
2,04
Q2(Z) = +0,17 ; Q7(Z') = 0,00
C6
2,04
Q2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,17 9
10 1
8
Z'
Z 6
5
4
3
Z = Z' = Me (FPV): C9 = C10 = 12 950 ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C4 = C5 > C2 = C7
DERIVADOS TETRASUSTITUIDOS DE FENANTRENO TETRASUSTITUCIÓN –3,4,5,6 CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C9
1,80
Q3(Z1) = +0,13 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,03 ; Q6(Z4) = 0,00
C10
1,80
Q3(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = +0,03 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q6(Z4) = +0,13
C1
1,86
Q3(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = +0,31 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q6(Z4) = +0,03
C8
1,86
Q3(Z1) = +0,03 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,31 ; Q6(Z4) = 0,00
C2
2,18
Q3(Z1) = +0,19 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,05 ; Q6(Z4) = 0,00
C7
2,18
Q3(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = +0,05 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q6(Z4) = +0,19 9
10 1
8
2
7
Z4
Z3 Z2
Z1
Z1 = Z2 = Z3 = Z4 = Me (FPV): C9 = C10 = 356 000 ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C2 = C7
A-IV
675
TETRASUSTITUCIÓN –2,4,5,7 9
10 1
8
Z4
Z1 6
Z 3 Z2
3
Z1 = Z2 = Z3 = Z4 = Me (FPV): C9 = C10 = 230 000 ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C3 = C6
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS] posición
(δEπ)x(-β)
Qn(Z)
C9
1,80
Q2(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,03 ; Q7(Z4) = +0,03
C10
1,80
Q2(Z1) = +0,03 ; Q4(Z2) = +0,03 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q7(Z4) = 0,00
C1
1,86
Q2(Z1) = +0,31 ; Q4(Z2) = +0,31 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q7(Z4) = 0,00
C8
1,86
Q2(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,31 ; Q7(Z4) = +0,31
C3
2,04
Q2(Z1) = +0,17 ; Q4(Z2) = +0,37 ; Q5(Z3) = 0,00 ; Q7(Z4) = 0,00
C6
2,04
Q2(Z1) = 0,00 ; Q4(Z2) = 0,00 ; Q5(Z3) = +0,37 ; Q7(Z4) = +0,17
A-IV
View more...
Comments
