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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Espiranos.............................................................................................................................................................. 642 Cumulenos ........................................................................................................................................................... 642
Alquilidencicloalcanos ..................................................................................................................................... 645
APÉNDICE II
...................................................................................................................................................... 646 TABLAS DE pKa
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
) ................................................................................................. 656 5 Reacciones con tetraóxido de osmio (OsO4
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 CHCH3
CH2 CH2 CH32
(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 sustitu-yentes se indica con números. Así, el hidrocarburo anterior se llama 2-Metilpentano y el otro isómero del hexa-no, derivado del pentano, se conoce por 3-Metilpentano:
CH3 CH2 CH CH2 CH33
CH3
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 sus-tituyentes, 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:
CH3 CH2 CHCH3
CHCH3
CH2 CH2 CH2 CH2 CHCH3
CH327
8
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:
247CH3 CH
CH3CH2CH2 CH
CH3CH2 CH
CH3CH3
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 CH2 CH CH CH CH CH3
CH3CH3
CH2 CH2 CH3
CH3
23
4
5
se nombra 2,3,5-Trimetil-4-propilheptano(*) y no 4-sec-Butil-2,3-dimetilheptano o 4-(1,2-Dimetilpropil)-3-metilheptano. 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 C CH2 CH3
CH3
CH3
2
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 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3
CH CH3CH3
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)
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3
CH CH3CH3
4
1
[1-Metiletilo]
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 <propilo> al sustituyente en la posición 4 de este compuesto, mejor que <n-propilo>
I
3
CH3 CH2 CH CH CH CH2 CH2 CH2
CH2 CH2CH3
CH2 CH3
CH3
CH34
3 5
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
1,2-Dimetilpropilo
CH3 CH2 C CH CH CH2 CH2 CH2 CH3
CH3
CH3
CH2
CH
CH3
CHCH3
CH3
CH3
3
4
5 CHCH
CH3
CH3
CH3
1
2
3
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.
PRIMARIO : R-CH2_
SECUNDARIO : R2CH_
TERCIARIO : R3C_
TIPOS DE ÁTOMOS DE CARBONO
iso- : un Me unido al penúltimo carbono: CH3 CH
CH3
(CH2)n
neo- : dos Me unidos al penúltimo carbono: CH3 C
CH3
(CH2)n
CH3
PREFIJOS
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES: Son los isómeros que se diferencian en el tipo de ordenación de los enlaces entre los átomos.
CH3 CH2 CH2 CH3
n-Butano
(p.f. = -1380C ; p.e. = -120C)
CH3 CH CH3
2-Metilpropano
(p.f. = -1450C ; p.e. = 0.50C)
CH3
I
4
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C15H32 C20H42
ISÓMEROSCONSTITUCIONALES
366.3194347
359532000
FÓRMULA
Metano CH4 Metilo CH3
Etano Etilo CH3CH2CH3 CH3
Propano n-Propilo (Propilo) CH3CH2CH2CH3 CH2 CH3
Isopropilo CH3 CH CH3
Butano n-Butilo (Butilo) CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH3
Isobutilo CH3 CHCH3
CH2 (2-Metilpropilo)
sec-Butilo CH3CH2 CHCH3
(1-Metilpropilo)
terc-Butilo CH3 CCH3
CH3
(1,1-Dimetiletilo)
Pentano n-Pentilo (Pentilo)CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2
Isopentilo CH3 CH CH2CH2
CH3(3-Metilbutilo)
Neopentilo CH3 C CH2
CH3
CH3
(2,2-Dimetilpropilo)
terc-Pentilo CH3 CH2 CCH3
CH3
(1,1-Dimetilpropilo)
RADICALES DE HIDROCARBUROS SATURADOS
I
5
CRUDO DE PETRÓLEO
gas de refineria gasolina ligera nafta queroseno gasóleo
destilación
(C1_C4) (C5
_C12) (C12_C15) (C15
_C25)
< 250C (25 _ 950C) (95 _ 1500C) (150 _ 2300C) (230 _ 3400C)p.e.
EJERCICIO RESUELTOEscribe las estructuras y el nombre de los nueve hidrocarburos saturados que tienen la fórmula molecular C7H16.
RESPUESTA:
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH3
3-Metilhexano
CH3CH CHCH2CH3
CH3 CH3
2,3-DimetilpentanoHeptano 2-Metilhexano
CH3CHCH2CHCH3
CH3 CH3
2,4-Dimetilpentano
CH3 CCH3
CH2CH2CH3
CH3
2,2-Dimetilpentano
CH3CH2CHCH2CH3
CH3
CH3
3,3-Dimetilpentano
CH3 CCH3
CHCH3
CH3
CH3
2,2,3-Trimetilbutano
CH3CH2CHCH2CH3
CH2CH3
3-Etilpentano
GEOMETRÍA DE LOS ALCANOS ACÍCLICOS
H
H
HH H
H
HH
H
H
HH
H
H
HHMetano:
H
HHH
H H H
HHH
H H
1.5361.091
110.9
110.9
H
H HH H
H
HH1.096
H
H HH H
H
HH
H
HHH
H H H
HHH
H H
H
H HH H
H
HH
1.096
1.115
1.526H
H HH H
H
HH
112.4
109.5111.8
Etano: Propano:
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.
=Δ )otane(H0f2C (grafito) + 3H2 (g) CH3CH3 (g) −20.2 kcal/mol
Las entalpías de formación se determinan a partir de los calores de combustión experimentales. En el caso de las parafinas:
)HC(H 2n2n0f +ΔnC (grafito) + (n + 1) H2 (g) CnH2n+2 (g,l,s)
Calor de combustión de la parafina:
)HC(H 2n2n0
.comb +ΔCnH2n+2 (g,l,s) + 1/2 (3n + 1) O2 (g) nCO2 (g) + (n + 1) H2O (l) Entalpía de combustión de la parafina:
[ ] ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δ+Δ+−Δ++Δ=Δ ++ )HC(H)O(H)1n3(21)OH(H)1n()CO(Hn)HC(H 2n2n
0f2
0f2
0f2
0f2n2n
0.comb
Teniendo en cuenta que , la entalpía de formación de la parafina será: 0)O(H 2
0f =Δ
)HC(H)OH(H)1n()CO(Hn)HC(H 2n2n0
.comb20f2
0f2n2n
0f ++ Δ−Δ++Δ=Δ [1]
Las entalpías de formación del CO2 y del H2O son las energías de combustión del carbono y del hidrógeno:
=Δ )CO(H 20f
=Δ )OH(H 20f
C (grafito) + O2 (g) CO2 (g) −94.05 kcal/mol
H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) −68.32 kcal/mol Sustituyendo estos valores en [1]:
=Δ + )HC(H 2n2n0f )HC(H 2n2n
0.comb +Δ−94.05n − 68.32(n + 1) −
=Δ + )HC(H 2n2n0f )HC(H 2n2n
0.comb +Δ_ _ 162.37n _ 68.32 kcal/mol
I
7
ENERGÍA DE ENLACE
Es la energía necesaria para disociar un enlace homolíticamente:
=)H(D 20
=− )CHH(D 30
=− )CHCHH(D 320
H H 2 H (g) 104.204 kcal/mol
H CH3 H (g) + CH3(g) 104.8 kcal/mol
H CH2CH3 H (g) + CH2CH3 (g) 100.3 kcal/mol
Las energías de enlace se determinan utilizando las entalpías de formación de los radicales que surgen en la ruptura.
H CH2CH3 (g) CH2CH3 (g) + H (g)
2C (grafito) + 3H2 (g)
)CHCH(H 330fΔ
)CH(D0 −
)CHCH(H)H(D21
320f2
0 •Δ+
ENERGÍA DE ENLACE H− C EN EL ETANO (ENERGÍA H− CH2CH3)
)CHCH(H)H(D21)CH(D)CHCH(H 32
0f2
0033
0f •Δ+=−+Δ
mol/kcal0.282/2.104)2.20(
)CHCH(H)H(D21)CHCH(H)CHCHH(D 32
0f2
033
0f32
0
100.3=++−−=
=•Δ++Δ−=−
H CnH2n+1 (g,l,s) H (g)
nC (grafito) + (n+1)H2 (g)
)CH(D0 −+ CnH2n+1 (g)
)HC(H 2n2n0f +Δ )HC(H)H(D
21
1n2n0f2
0+•Δ+
EN GENERAL:
{ }0 0 0f fD (H-R) = -ΔH (H-R)+ΔH (•R) + 52.1 kcal/mol
I
8
ENERGÍA DE ENLACE C−C EN EL ETANO (ENERGÍA CH3−CH3)
CH3 (g)
2C (grafito) + 3H2 (g)
+ CH3 (g)CH3 CH3)CC(D0 −
)CHCH(H 330fΔ )CH(H2 3
0f •Δ
mol/kcal8.342)24.20(
)CH(H2)CHCH(H)CC(D 30f33
0f
0
89.8=×+−−=
=•Δ+Δ−=−
EN GENERAL:
R (g)
nC (grafito) + (n + 1)H2 (g)
+ R' (g))CC(D0 −
)HC(H 2n2n0f +Δ )'R(H)R(H 0
f0f •Δ+•Δ
CnH2n+2(g,l,s)
[ ]mol/kcal)'R(H)R(H)'RR(H)RR(D 0f
0f
0f
0 •Δ+•Δ+−Δ−=−
Si la parafina se disocia, dando lugar a dos radicales iguales:
{ } mol/kcal)R(H2)RR(H)RR(D 0f
0f
0 •Δ+−Δ−=− En las tablas siguientes aparecen valores típicos de las energías de enlace C-H y C-C:
ENERGÍAS DE ENLACE C −H
Hidrocarburo ∗•Δ )R(H0f
∗−Δ )RH(H0f
∗− )RH(D0
H−CH3 34.8 -17.89 104.8 H−CH2CH3 28.0 -20.24 100.3 H−CH2CH2CH3 22.8 -24.82 99.7 H−CH2CH(CH3)2 13.9 -31.45 97.4 H−CH(CH3)2 19.0 -24.82 95.9 H−C(CH3)3 9.0 -31.45 92.5
(*) (kcal/mol)
I
9
ENERGÍAS DE ENLACE C −C
Hidrocarburo ∗•Δ )R(H0f
∗•Δ )'R(H0f
∗−Δ )RC(H0f
∗− )RC(D0
CH3−CH3 34.8 34.8 -20.2 89.8 CH3−CH2CH3 34.8 28.0 -24.8 87.6 CH3−CH2CH2CH3 34.8 22.8 -29.8 87.4 CH3−CH(CH3)2 34.8 19.0 -31.4 85.2 CH3CH2−CH2CH3 28.0 28.0 -29.8 85.8 CH3CH2−CH2CH2CH3 28.0 22.8 -35.0 85.8
(*) (kcal/mol)
ESTABILIDADES RELATIVAS DE RADICALES ALQUILO Las estabilidades relativas de los radicales alquilo (primarios, secundarios y terciarios) puede estimarse utili-zando las energías de enlace H−C. Estabilidad relativa de los radicales propilo e i-propilo:
CH3CH2CH2 CH3CH3CH2 + H D0(Pr_H) = 99.7 kcal/mol
CH3CHCH3 + H D0(i-Pr_H) = 95.9 kcal/mol
HCH3CHCH3
H
mol/kcal)9.957.99(D0 3.8=−=Δ El radical isopropilo (secundario) es, aproximadamente, 3.8 kcal/mol más estable que el radical propilo (prima-rio). Estabilidad relativa de los radicales isobutilo y terc-butilo:
CH3CHCH2 CH3CCH2 + H D0(i-Bu_H) = 97.4 kcal/mol
CH3 CH3
CH3CCH3 + H D0(t-Bu_H) = 92.5 kcal/mol
H
CH3CCH3
CH3 CH3
H
mol/kcal)5.924.97(D0 4.9=−=Δ El radical terc-Butilo (terciario) es, aproximadamente, 4.9 kcal/mol más estable que el radical isobutilo (prima-rio).
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.
HHH
HHH
600 (ángulo diedro)H2
HHH1
H H
H2
HH
H1
H H
HHH2
H1
HH
H(H)(H)H
H1(H2)
(conformación alternada)
(conformación eclipsada)
1800
Existen interacciones electrostáticas de repulsión (van der Waals) entre los H unidos a átomos de carbono con-tiguos. El giro en torno del enlace C-C ocasiona variaciones en el contenido energético de una conformación dada:
H
H HH
HH
ΔG(kcal/mol)
_ __ _ _ __
0 60 120 180 240 300 360
H(H)
H(H)(H)H
H(H)
H(H)(H)H
H(H)
H(H)(H)H
H(H)
H(H)(H)H
H
H HH
HHH
H HH
HH
_2.8
Temperatura ambiente: Giro rápido; las conformaciones son indistinguibles (no se pueden aislar ni identificar confórmeros de la misma molécula. Vida media: 10-6 segundos) Temperaturas bajas (≈ -1000C):Giro perezoso. Posibilidad de identificar confórmeros y estudiarlos, bien juntos (equilibrio) o por separado.
I
11
CONFORMACIONES DEL PROPANO Y DEL BUTANO
HH
H
H H
HH H
HHH
HH HH H
1800
H(H)(H)H
H(Me)HH
Me
HHH
H
H MeH
HH
ΔG
(kcal/mol)
_ __ _ _ __
0 60 120 180 240 300 360
H(H)
H(Me)(H)H
H(H)
H(H)(Me)H
H(Me)
H(H)(H)H
H(Me)
H(H)(H)H
Me
H HH
HHH
Me HH
HH
H
H MeMe
HH
Me(Me)
H(H)(H)H
Me(H)
H(Me)(H)H
Me
H HMe
HH
Me(H)
H(H)(Me)H
H
Me HMe
HH
Me(Me)
H(H)(H)H_
_
_
5.7
3.3
0.9
ΔG(kcal/mol)
_ __ _ _ __
0 60 120 180 240 300 360
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.
CH3CH2 CHCH3
CH2CH2CH3
3-Metilhexano
C
Me
H
PrEt
Me
HPrEt
Me
H PrEt
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
HPrEt
Me
Et Pr
H
Proyección de Fischer A partir de una proyección de Fischer se puede dibujar fácilmente una representación tridimensional de la mo-lécula. La forma de hacerlo es la siguiente:
Me
Et Pr
H
Me
PrEtH
grupo izquierdo
grupoderecho
Me
EtPrH
grupo izquierdo
grupoderecho
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
HPrEt
600Me
Pr HEt
600Me
EtHPr
600Me
H EtPr
600Me
PrEtH
600Me
Et PrH
600Me
HPrEt
Si en la representación tridimensional de un enantiómero se intercambian dos sustituyentes cualquiera, se ob-tiene la representación tridimensional del otro enantiómero:
Me
HPrEt
Me
H PrEt
pareja de enantiómeros
(1) (2)
Me
H PrEt
H
Me PrEt
vuelcoMe
HPrEt
(2) (1) (1) Cuando se hace lo mismo con la proyección de Fischer se obtiene un resultado idéntico:
Me
H P
Et
(2)
Me
Pr H
Et
(1)
pareja de enantiómeros
r
Me
H Pr
Et
(2)
H
Me Pr
Et
(1)
H
Me PrEt
(1)
I
14
Dos intercambios en la representación tridimensional o en la proyección de Fischer conducen al mismo este-reoisómero:
Me
H Pr
Et
(2)
H
Me Pr
Et
(1)
H
Pr Me
Et
(2)
Me
H PrEt
(2)
H
Pr MeEt
(2)
EJERCICIO RESUELTO
¿Son iguales (1) y (2)? Pr
MeHEt
(1)
Me
EtHPr
(2)
RESPUESTA:
Pr
MeHEt
(1)
Me
EtHPr
(2)
Pr
H Me
Et
(1)
Me
H Pr
Et
Me
H Et
Pr
Me
H Et
Pr
(2) (2)
Las moléculas (1) y (2) son iguales.
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
44
4
1
1
1
1
223 3
proyección
en el plano
proyección
en el plano
configuración (R)
configuración (R)2
23
3
44
4
1
1
1
1
proyección
en el plano
proyección
en el plano
configuración (S)
configuración (S)
33
33
22
22
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:
[configuración (R)]
[configuración (R)]
2 3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
1
23
4
1800 (en el plano)
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: 127I > 80Br > 35Cl > 32S > 31P > 28Si > 19F > 16O > 14N > 12C > 1H
I[1]
[3]Cl Br[2]
H[4]
(R)
I[1]
Cl[3][2]Br
H[4]
(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 estereo-génico (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 CCH3
HCCH3
CH3H
2,3-Dimetilhexano Para establecer las prioridades relativas de los radicales isopropilo, propilo y metilo se procede del modo si-guiente: 1. Primero se dibuja cualquier representación tridimensional de uno de los enantiómeros y a continuación su proyección de Fischer:
CH
CH2CH2CH3CH3
H
3
CH3CH3
PrH
CH3
i-Pr
3
2. Después se observa qué átomos están unidos al carbono C1 de cada uno de los tres radicales (isopropilo, propilo y metilo):
CH3 C
CH3
H
C1(C2C2 H)12
CH3 CH2
C1(HHH)
12CH2
2
CH3
C1(C2HH)
1
el átomo C1 está unido a dos carbonos y un hidrógeno
el átomo C1 está unido a un carbono y a dos hidrógenos
el átomo C1 está unido a tres hidrógenos
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:
CH
CH2CH2CH3CH3
H
3
CH3CH3 C2(CCH)[1]
C4(C5HH)[2][3](HHH)C
H[4]
3
PrH
CH3
i-Pr
(3R)
3
1 2
4 5
EJERCICIO RESUELTO
Averigua la configuración absoluta del siguiente estereoisómero:
H
i-Pr
PrCH3
RESPUESTA:
(3S)
C2(CCH)[1]
[2](C5HH)C4 C(HHH)[3]
H[4]
CH
CH3CH2CH2 CH3
H
3 3
CH3 CH3
CH3H
Pri-Pr
3
EJERCICIO RESUELTOOrdena los radicales siguientes de menor a mayor prioridad: 2-Metilpropilo, 3-Metilbutilo, Propilo, Hexilo, Pentiloy Butilo.
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)
H3C CHCH3
CH2CH2
CH3 CHCH3
CH2
5. C1(CHH) C2(CHH) C3(CCH)
6. C1(CHH) C2(CCH)
s átomos que deciden la prioridad de un radical están escritos con negritaRESPUESTA: Lo
I
18
EJERCICIO RESUELTOEl 3-Metilhexano tiene un átomo de carbono asimétrico (estereogénico) Dibuja una representación tridimen-sional de cada enantiómero y averigua su configuración absoluta.
RESPUESTA:
CH3CH2CH2 CCH3
HCH2CH3
3-Metilhexano
MePrH
Et C2(C1HH)(HHH)[2]
[1](HHC)(C5HH)C4 C(HHH)[3]
H[4]
CH2CH3
CH3CH2CH2 CH3
H
33
(3R)
(3S)
C2(C1HH)(HHH)[2]
C4(C5HH)(CHH)[1][3](HHH)C
H[4]
CH2CH3
CH2CH2CH3H3C
H
3
3
PrMeH
Et
MOLÉCULAS ACÍCLICAS CON DOS ÁTOMOS DE CARBONO ASIMÉTRICOS
LOS DOS ÁTOMOS DE CARBONO TIENEN SUSTITUYENTES DISTINTOS
CH3CH2 CHCH3
CHCH3
CH2CH2CH3
3,4-Dimetilheptano
Et CMe
HCMe
HPr
Me PrH
Me HEt
MePrH
MeHEt
(1) (2)
Me PrH
Et HMe
MePrH
EtHMe
(3) (4)
33
44
33
44
H
Et Me
Pr Me
H
H
EtMe
PrMe
H
(2)(1)
3
4
(3R,4S)(3S,4R)
H
Me Et
Pr Me
H
H
MeEt
PrMe
H
(4)(3)
3
4
(3S,4S)(3R,4R)
3
4
3
4
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
CH3CH2 CHCH3
CH CH2CH3
CH3
3,4-Dimetilhexano
Et CMe
C EtMe
H H
Et MeH
Me HEt
EtMeH
MeHEt
(2)(1)
Et MeH
Et HMe
EtMeH
EtHMe
(4)(3)
3 3
4 4
3 3
4 4
H
Me Et
Et Me
H
H
MeEt
EtMe
H
(2)(1)
3
4
(3S,4S)(3R,4R)
H
Et Me
Et Me
H
H
EtMe
EtMe
H
(4)(3)
3
4
(3R,4S)(3S,4R)
3
4
3
4
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:
EtMeH
EtHMe
(3)
3
4
giro de 1800
en el plano
Et MeH
Et HMe
3
4
(3)
Et MeH
Et HMe
(4)
3
4
H
Et Me
Et Me
H
H
EtMe
EtMe
H
(4)(3)
3
4
(3R,4S)(3S,4R)
3
4
giro de 1800
en el plano
H
Et Me
Et Me
H
3
4
(3)
(3S,4R)
I
20
EtMeH
EtHMe
(3)
3
4
Et MeH
Et HMe
(4)
3
4[plano de simetría]
EJERCICIO RESUELTO
¿Es la molécula A una forma meso?Et
H Me
Me Et
H
(A)
RESPUESTA:
Et
H Me
Me Et
H
(A)
3
4
(3R,4S)
intercambio
H
Et Me
Me Et
H
3
4
intercambio
H
Me Et
Me Et
H
3
4
[plano de simetría]
NÚMERO DE ISÓMEROS ÓPTICOS (*) Tipo de compuesto: n átomos de carbono estereogénicos (la fórmula del compuesto no se puede dividir en dos mitades iguales)
CH2CH3CH3
Pr
MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS: N = 2n CHMe 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
I
21
CONFIGURACIONES DE LOS ISÓMEROS ÓPTICOS n = 2 ; N = 4 (RR)/(SS) ; (RS)/(SR) n = 3 ; N = 8 (RRR)/(SSS) ; (SRR)/(RSS) (RSR)/(SRS) ; (RRS)/(SSR) n = 4 ; N = 16 (RRRR)/(SSSS) ; (SRRR)/(RSSS) (RRRS)/(SSSR) ; (RSRR)/(SRSS) (RRSR)/(SSRS) ; (RRSS)/(SSRR) (RSSR)/(SRRS) ; (RSRS)/(SRSR) Tipo de compuesto: número par (n) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en
dos mitades iguales)
CH3 CH3
MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS: N = 2(n-1) MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE INACTIVAS: N' = 2(n-2)/2
(n=2 ; N=2 ; N'=1
Pr
CHMe EJEMPLOS: CHMe
Et
(n=2 ; N=2 ; N'=1) )
CONFIGURACIONES DE LOS ISÓMEROS ÓPTICOS n = 2 ; N = 2 (RR)/(SS) N' = 1 (RS)=(SR) [forma MESO] n = 4 ; N = 8 (RRRR)/(SSSS) ; (SRRR)/(RSSS) (RSRR)/(SRSS) ; (SRRS)/(RSSR) N' = 2 (SRSR) [forma MESO] (RRSS) [forma MESO]
I
22
H
PrMeMe
HEt
Me
PrH
Me
HEt
EtHH
MePrMe
Et(Pr)(H)H
Me(Me)
(conformación alternada )
(conformación eclipsada)
Me HPr
EtMeH
PrHMe
EtMeH
Me
EtH
HMe
Pr
proyección frontal
Et
HMe
PrH
Me
proyecciones laterales
Me HPr
EtMeH3
4
(3R,4S)
3
4
(3R,4S)
33
4 4
Me
EtH
PrH
Me
proyección frontal
Et
HMe
HMe
Pr
proyecciones laterales
3
4
(3R,4S)
3
4
(3R,4S)
PrHMe
EtMeH
CONFORMACIONES, PROYECCIONES DE NEWMAN Y PROYECCIONES DE FISCHER
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.
3
4
3
4
23
EJERCICIOS ADICIONALES
1.1 Dibuja dos representaciones tridimensionales del enantiómero de las siguientes moléculas:
(1) (2) (3) (4)
H
Me Pr
Et
Me
Pr Et
Bu
Et
Bu Me
H
Pr
Bu H
Me
1.2 ¿Qué relación de estereoisomería existe entre las siguientes moléculas?
H
Et Me
Et
Pr Me
Me
Pr Et
Et
Me H
H
Me Et
Pr
Et Me
Et
H Me
Me
Pr Et
(1) (2) (3) (4) 1.3 Averigua si alguna de las siguientes moléculas es un estereoisómero MESO ópticamente inactivo:
Me
Et H
H
Et Me
H
Et Me
Et
Me H
Bu
Me Pr
Me
Bu Pr
Pr
Bu Me
Bu
Me Pr
(1) (2) (3) (4) 1.4 Dibuja las proyecciones de Fischer correspondientes al enantiómero de (1) y a los diastereoisómeros de (2):
EtMeMe
HHPr
MeHPr
PrHEt
(1) (2) 1.5 Utiliza proyecciones de Fischer para averiguar la relación de estereoisomería que existe entre las moléculas que aparecen a continuación.
ClEtMe
MeOHH HO H
Me
MeEt Cl MeH
Me
OHClEt Cl Et
H
MeMe OH
(1) (2) (3) (4)
I
24
1.6 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad:
CH3 CCH3
CH3
CH3 CHCH3
CH3CH2CH2 CH3 CCH3
CH3
CH2 CH3 CHCH3
CH2 CCH3
CH3
CH3 CHCH3
CH2CH3CH2 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CH2CH2CH2 CHCH3
CH3 1.7 Calcula las energías de enlace (C1−H) y (C1−C2) en la molécula de propano, empleando los siguientes da-tos:
mol/kcal2.104)H(D 20 = mol/kcal8.24)HC(H 83
0f −=Δ mol/kcal8.34)metilo(H0
f =Δ
mol/kcal0.28)etilo(H0
f =Δ mol/kcal8.22)propilo(H0f =Δ
1.8 Calcula las energías de enlace H-C2 y C1-C2 en el 2-metilpropano, empleando los datos siguientes:
mol/kcal2.104)H(D 20 = mol/kcal4.31)noMetilpropa2(H0
f −=−Δ mol/kcal8.34)Metilo(H0f =Δ
mol/kcal0.19)opiloPri(H0f =−Δ ΔH0
f (t-Butilo) = 9.0 kcal/mol
I
2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS
NOMENCLATURA DE CICLOALCANOS MONOCÍCLICOS
Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano Cicloheptano
CH2CH3CH3
CH2CH3CH3
CH3
CH2CH3CH2CH3CH3
1-Etil-1-metilciclopropano 1-Etil-2-metilciclopropano 1-Etil-3-metilciclobutano 1-Etil-3-metilciclopentano
13
2 1 112
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 gru-pos unidos a través de dichos enlaces se denominan también ecuatoriales o axiales:
a
e
a
e
a
e
aa
a
ee
e
a
e
a
e
a
e
aa
a
e e
e1
23
4
56
4
32
1
65
a
e
a
e
a
e ea
ee
aa
1
2
3
4
5
6
"silla" "bote" "silla" Los términos ecuatorial y axial pueden abreviarse por e y a cuando se hallen unidos a fórmulas. Estas abrevia-turas 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
H4
H
Br1
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)
H2
cis-1(e)-X-2(a)-Z
H
X(e)1
X(a)
H
Z(e)
H1 2
cis-1(a)-X-2(e)-Z
Z(a)
H2
trans-1(a)-X-2(a)-Z
X(a)
H1
H
H
Z(e)
X(e)1 2
trans-1(e)-X-2(e)-Z
H
H
H
H
HH
HH
H
H
H
H
_
_
41.8
18.6
_0.0
ΔG
curso
"silla"
"bote"
"silla"
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.
mol/kcal4.4G0298 +=Δ
H
H
H
H
H
H HH
"silla" "bote"
eq0T KlogTR3.2G −=Δ ,)K298(C25a 00 mol/cal4400G0
298 +=Δ
2.3298987.13.2
4400Klog −=××
−= [ ][ ] ( )
44 103.6;1silla
bote103.6K −− ×≅αα−
α==×=
[ ] [ ] 060.0100bote%940.99)1(100silla% =α==α−=
II
27
En los ciclohexanos sustituidos, existen interacciones de van der Waals entre átomos de hidrógeno y los susti-tuyentes unidos a enlaces axiales:
H
H
H
H
HH
H
HH
HHH2.33 A
2.50 A
2.50 A
H
HHH
H
H
HH
Por ejemplo, en el (a)-Clorociclohexano las interacciones 1,3 provocan un desplazamiento del equilibrio hacia la conformación ecuatorial:
mol/cal4.502G0298 −=ΔH
H
Cl(a)
Cl(e)
(1-α) α
37.0298987.13.2
4.502Klog +=××
+= [ ][ ] ( ) 702.0;
1)a(Cl)e(Cl33.2K ≅α
α−α
===
[ ] [ ] 8.29)1(100)a(Cl%2.70100)e(Cl% =α−==α= 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:
H(e)
H(a)
Br(a)
Br(e)
30% 70%
II
28
En la tabla siguiente aparecen algunos valores significativos de ΔG, en función del tipo de sustituyentes:
H(e)
H(a)
X(a)
X(e)
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 hidró-geno, las relaciones estéreas entre los dos sustituyentes prioritarios (CIP) se expresan como cis o trans, segui-dos de un guión y colocados delante del nombre del compuesto:
21
MePr
(cis)- 2-Metil-1-propilciclobutano
H
H
Pr
Me
1
2
(cis)
H
H
Me
Pr
2
1
(cis)
=H H
Pr
Me
H
H
1
2
(cis)
12PrMe
(cis)-2-Metil-1-propilciclobutano
Me
Pr
H
H
2
1
(cis)
=H H
(trans)-3-Metil-1-propilciclopentano
Pr
H
H
MeHPr
H Me1 3
(trans)
HMeH Pr
13
(trans)
=31
(trans)-3-Metil-1-propilciclopentano
Pr
H
H
MeH Me
HPr1 3
(trans)
PrHMe H
13
(trans)
=3 1
II
29
21
Et
H
Me
H
H
Me
Me
H
21
Et
H
H
Me
(cis)-1-Etil-2-metilciclobutano (trans)-1-Etil-2-metilciclobutano (trans)-1,2-Dimetilciclopentano
21
1 4
(cis)-1-Metil-4-propilciclohexano
H
(e)Me
Pr(a)
H1
4
H
Pr(e)
Me(a)
H4
1
(cis) (cis)
Pr
H
Me
H
1 4
(cis)-1-Metil-4-propilciclohexano
H
(e)Me
H
Pr(e)1
4
Pr(a)
H
Me(a)
H4
1
(cis)
H
Pr
Me
H
(cis) Si existen dos posiciones con dos sustituyentes distintos cada una, también se emplea la regla de secuencia (CIP) para definir la estereoquímica:
21
Et[1]
H[2]
Me[2]
Et[1]
Et[1]
Me[2]
Me[1]
H[2]
21
Et[1]
H[2]
Et[1]
Me[2]
(trans)-1,2-Dietil-2-metilciclobutano (cis)-1,2-Dietil-2-metilciclobutano (cis)-1-Etil-1,2-dimetilciclopentano
21
ISOMERÍA ÓPTICA Los compuestos cíclicos con sustituyentes, pueden presentar isomería óptica debido a la presencia de carbo-nos 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:
21
(1)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
12
(2)
H
CH3
CH3
H
CH3
H
H
CH3
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano Las moléculas (1) y (2) son trans, pero se trata de dos estereoisómeros distintos, ambos quirales y de configu-raciones 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
(1)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
(2)
(trans)-1,2-Dimetilciclopropano
(3)
(cis)-1,2-Dimetilciclopropano
(forma MESO)(pareja de enantiómeros)
21 12
H
CH3
CH3
H
CH3
H
H
CH3
21
CH3
H
CH3
H
(1)
(trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclopropano
(1S)
H[4]
[2](C3HH)C2 C2(C3CH)[1]
CH3[3]
1
CH3[3]
[1](C3CH)C1 C3(C1HH)[2]
H[4]
221
H
CH3
CH3
H
(2S)
(2)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclopropano
H[4]
[1](C3CH)C2 C3(C2HH)[2]
CH3[3]
1
CH3[3]
[2](C1HH)C3 C1(C3CH)[1]
H[4]
2
12
CH3
H
H
CH3
(1R) (2R)
(3)
(cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclopropano
(forma MESO)
CH3[3]
[2](C2HH)C3 C2(C3CH)[1]
H[4]
1
CH3[3]
[1](C3CH)C1 C3(C1HH)[2]
H[4]
2
1 2
CH3
H
CH3
H
(1R) (2S)
Derivados de ciclobutano:
21Me
H
H
Me4 3
(1)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclobutano (trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
(2)
2 1Me
H
H
Me 43
21
Me
H
Me
H4 3
(3)
(cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
(forma MESO)
21Me
H
H
Me4 3
(1)
(trans)(1R,2R)-1,2-Dimetilciclobutano
Me[3]
[2](C3HH)C4 C2(C3CH)[1]
H[4]
1
H[4]
[1](C4CH)C1 C3(C4HH)[2]
Me[3]
2
(1R) (2R)
II
31
(trans)(1S,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
(2)
2 1Me
H
H
Me43
(1S)
Me[3]
[1](C3CH)C2 C4(C3HH)[2]
H[4]
1
H[4]
[2](C4HH)C3 C1(C4CH)[1]
Me[3]
2
(2S)
21Me
H
Me
H4 3
(3)
(cis)(1R,2S)-1,2-Dimetilciclobutano
(forma MESO)
Me[3]
[2](C3HH)C4 C2(C3CH)[1]
H[4]
1
Me[3]
[1](C4CH)C1 C3(C4HH)[2]
H[4]
2
(1R) (2S)
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 ací-clico que tenga el mismo número total de átomos de carbono. El número de átomos de carbono unidos al áto-mo 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:
C C C
[átomo espiránico] [átomo espiránico] [átomo espiránico]
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.
C C C
1
2
3
4
87
65 1
2
34
567
8
9 10
1 2
3
45
678
9
10 11 Los átomos de carbono se numeran de modo que los sustituyentes tengan los numeros más bajos posibles:
C1
2
3
4
87
65
CH3
C1
2
3 4
87
65
CH3
y no
1-Metil espiro[3,4]octano 3-Metil espiro[3,4]octano
C
1 2
34
56
78
9 10
CH3
C
12
345
67
8
910
CH3
y no
2,7-Dimetil espiro[4,5]decano 3,9-Dimetil espiro[4,5]decano
CH3CH3
ESTEREOQUÍMICA DE ESPIRANOS
CR2
R1
CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje estereogénico]R1
R2
R3
R4
Los espiranos pueden ser ópticamente activos:
Cl
H
H
Me
1
369
3-Cloro-9-metilespiro[5,5]undecano
HMe
HMe
Cl
H
Cl
H
Cl[3]
[2]H Me[1]
H[4]
(R)
Cl[3]
H[2][1]Me
H[4]
(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
HMe
Cl
H
Cl[3]
[2]H Me[1]
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 me-diante 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]
[átomo común]
[átomo común]
Biciclo[4.3.0]nonano 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:
1
6
5
4
3
2
[primera cabeza de puente]
[segunda cabeza de puente]
[puente más largo: 4 átomos]
3 Se continúa por el siguiente puente más largo, hasta regresar al átomo 1:
1
65
4
3
2
[siguiente puente más largo: 3 átomos]
7
8
9
II
34
4 Se numera el puente menor (si existe) desde la primera hasta la segunda cabeza de puente:
1
65
4
3
2
[primera cabeza de puente]
7
8
9
[segunda cabeza de puente]
10
11
Los sustituyentes se sitúan de tal modo que tengan los números más bajos posibles:
1
65
4
32
7
8
910
11
Et
Me
7-Etil-3-metil biciclo[4.3.2]undecano
y no
6
12
3
45
9
8
710
11
Et
Me
9-Etil-4-metil biciclo[4.3.2]undecano
1
65
4
3
2
7
8
9
Biciclo[4.3.0]nonano Biciclo[6.1.0]nonano Biciclo[3.3.1]nonano
123
4
5
6 78
9 9
1 2
3
456
7
8
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
H
Me
H1 2
34H
Me
H
Me
Me
H
H
Me
H
Me
Me
H
cis (1) cis (2) trans (3) trans (4)
Me Me
HH
Me H
MeH
H Me
HMe
H H
MeMe
1 2
3
4
5
cis (5) cis (8)trans (7)trans (6) 2.2 Dibuja las representaciones tridimensionales, y asigna las configuraciones absolutas, de los estereoisóme-ros de los siguientes compuestos: 1,2-Diclorociclohexano, 1,3-Diclorociclohexano, 1,4-Diclorociclohexano, 1-Bromo-2-cloro ciclohexano, 1-Bromo-3-clorociclohexano y 1-Bromo-4-clorociclohexano.
II
3. HIDROCARBUROS CON ENLACES MÚLTIPLES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO
GEOMETRÍA
CH2 CH2
HH
H H
1170
HF
F H
1250
1100
HCl
Cl H
1230
1140
F2C CH2 Cl2C CH2
121.50
Ángulos de enlace promedios:
HR
R R
1190 CH2R
R R
CH3R
R R
110.50
CH3 122-1250
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 CH2 CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH CH CH3
Etileno
Propeno
Propileno
Eteno 1-Buteno 2-Buteno
CH2 CH CH2 CH2 CH3 CH CH CH2 CH2 CH3CH2 CH3 CH3 CH2 CH CH CH2 CH3
1-Hexeno 2-Hexeno 3-Hexeno
1 1 2 1 2 3
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 C CH2
CH3CH3 CH2 C CH2 CH3 CH CH CH2
CH3 CH3CH3 C CH CH3
CH3
2-Metilpropeno 2-Metil-1-buteno 3-Metil-1-buteno 2-Metil-2-buteno
III
36
CH3 CH CH CH CH2 CH3 CH C
2-Metil-1-hexeno 4-Etil-2-hexeno 3-Metil-3-hexeno
1 1 2 12
3
CH2CH3CH3
2
3
4CCH3
CH2CH2CH2CH3CH2 CH2CH3CH3CH2
CH CH CH2CH2CH3
1 2 3 4 5
1-Pentenilo
CH2 CH CH CH2CH3
1 2 3 4 5
2-Pentenilo
C CH CH1 3
CH2CH3 CH3
CH2CH3
1-Etil-3-metil-1-pentenilo
CH CH CH2CH2CH3
1 2 3 4 5
1-Pentenilo
CH2 CH CH CH2CH3
1 2 3 4 5
2-Pentenilo
C CH CH1 3
CH2CH3 CH3
CH2CH3
1-Etil-3-metil-1-pentenilo
1-Ciclohexil-1-penteno
1 2CH CH CH2CH2CH3 CH2 CH CH CH2CH3
1
1-Ciclohexil-2-penteno(1-Pentenil)ciclohexano (2-Pentenil)ciclohexano
CH3 CH3 CH31
1
23
1
2
34
Ciclohexeno 1-Metilciclohexeno 3-Metilciclohexeno 4-Metilciclohexeno
CH2 CHCH3
CH3
1-Isobutilciclohexeno
CH2 CHCH3
CH3
3-Isobutilciclohexeno
CH2 CHCH3
CH3
4-Isobutilciclohexeno
1
1
1
2
2
33
4
1 1
2
3
12
1-Ciclohexenilo 2-Ciclohexenilo 3-Ciclohexenilo
3
III
37
CH2 CHCH3
CH3 CH2 CHCH3
CH3 CH2 CHCH3
CH31 1 1
2 2
3
1-(1-Ciclohexenil)-2-metilpropano
1
2
1-(2-Ciclohexenil)-2-metilpropano
1
2
1-(3-Ciclohexenil)-2-metilpropano
2
1
CHCH3
1,1-(1-Ciclohexenil)etano
CH2CH2 CH2CH2
3
1 1
1,2-(1-Ciclohexenil)etano 1-(2-Ciclohexenil)-2-(3-ciclohexenil)etano
1 1
1 1
2
CH2 CH CH3 CH CH2 CH3 CH CH CH3
CH3C CH2 CH3
CH3
Metileno Etilideno Propilideno 1-Metilpropilideno 2-Metilpropilideno
1 1
1
12 2
2 2
CH2
Metilenciclohexano
CH CH3
Etilidenciclohexano
CCH3 CH2CH3
(1-Metilpropiliden)ciclohexano
CH CHCH3
CH3
(2-Metilpropiliden)ciclohexano
1 1
2
1
Ciclobutilideno Ciclopentilideno Ciclohexilideno
CH CH3
Ciclohexilidenetano
CCH3 CH2CH3
2-Ciclohexilidenbutano
CH CHCH3
CH3
1-Ciclohexiliden-2-metilpropano
2 1
2
CH
(2-Cloroetiliden)ciclohexano
CH2Cl C
Cl
CH3
1-(1-Cloroetiliden)-3-metilciclohexano
CH3
13
C
CH2Cl
CH31
1-(1-Clorometiletiliden)-4-clorociclohexano
1
1
2
1 2Cl
4
III
38
CH
1-Ciclohexiliden-2-cloroetano
CH2Cl C
Cl
CH3
1-(3-Metilciclohexiliden)-1-cloroetano
CH3
13
C
CH2Cl
CH31
1-(4-Clorociclohexiliden)-1-clorometiletano
1
1
2
1 2Cl 4
CH3
12
3
1,1'-Biciclohexilideno
11'
3-Metil-1,1'-biciclohexilideno
CH3
12
3
H3C
1'2'
3'
3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno
CH3 CH CH CH CH CH3 CH3 C CH CH CH CH3 CH3 CH C CH C CH3
CH3 CH3 CH3
2,4-Hexadieno 2-Metil-2,4-hexadieno 2,4-Dimetil-2,4-hexadieno
1 2 4 1
2
4
24
CH3 CH C CH CH CH CH3 CH3 C C CH C CH CH3
CH3 CH3
2,3,5-Heptatrieno 2,5-Dimetil-2,3,5-heptatrieno
CH2
3-Metilenciclohexeno
1
CH2
CH3
2
4
2-Metil-4-metilenciclohexeno
CH2
4-Metilenciclohexeno
1
43
1
CH3 CH3 CH31
1
5
3
1
2
4
1,3-Ciclohexadieno 1-Metil-1,3-ciclohexadieno 5-Metil-1,3-ciclohexadieno 1-Metil-1,4-ciclohexadieno
3
1
3
CH2 CHCH3
CH3
1-Isobutil-1,3-ciclohexadieno
CH2 CHCH3
CH3
5-Isobutil-1,3-ciclohexadieno
CH2 CHCH3
CH3
6-Isobutil-1,4-ciclohexadieno
1
1
12
2
23 3
34
4
4
55
6
III
39
12
1
3
2
5
1
1,3-Ciclohexadienilo
3
2,4-Ciclohexadienilo 2,5-Ciclohexadienilo
2
4
3
4
12
1
3
1-(1,3-Ciclohexadienil)-3-metilciclohexano
3
2
4
1-(2,4-Ciclohexadienil)-4-metilciclohexano
CH3
CH3
1
4
1
3
2-Ciclohexenilideno
1
2
3
1 12 2
3 3
4
3-Ciclohexenilideno 2,4-Ciclohexadienilideno
12
3
4
2,5-Ciclohexadienilideno
5
CH3CH2 CH2CH3
CH31
23
1'3'
1'-(3-Etil-2-ciclohexeniliden)-3'-metilciclohexano
12
3
CH3
1'-(3-Etil-3-ciclohexeniliden)-4'-metilciclohexano
4' 1'
CH3CH2 CH2CH3
CH3
12
3 1
23CH3
4' 1'1'3'
3-(3'-Metilciclohexiliden)-1-etilciclohexeno 4-(4'-Metilciclohexiliden)-1-etilciclohexeno
4
CH3
CH3
1
23
4
5
1'3'
1'-(4-Metil-3,5-ciclohexadieniliden)-3'-metilciclohexano
CH3
CH3
123
4
5
1'3'
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):
CH3CH3
H H
(Z)-2-buteno
H HCH3CH3
(p.e. = 40C)
HCH3
H CH3
(E)-2-buteno
H CH3
HCH3
(p.e. = 10C) DIASTEREOISÓMEROS: Estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí
CH2CH3 [2][1] CH3
[2] H CH2CH2CH3 [1]
(E)-3-Etil-2-hexeno
CH3 CH C
CH2CH3
CH2CH2CH3
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
3-Etil-2-hexeno
CH2CH2CH3[1][1] CH3
[2] H CH2CH3 [2]
(Z)-3-Etil-2-hexeno
1
2 3
4 5 6
Los radicales con un doble enlace pueden presentar isomería (Z)/(E):
(Z)-2-Butenilo (E)-2-Butenilo (Z)-2-Pentenilo (E)-2-Pentenilo
HH
CH2 CH3
CH3H
CH2 H
HH
CH2 CH2CH3
CH2CH3H
CH2 H
[(Z)-2-Butenil]ciclohexano
12
12
[(E)-2-Butenil]ciclohexano
HH
CH2 CH3
CH3H
CH2 H
III
41
12
12
HH
CH2 CH3
CH3H
CH2 H
1-[(Z)-2-Butenil]ciclohexeno 1-[(E)-2-Butenil]ciclohexeno 3-[(Z)-2-Butenil]ciclohexeno
1 2
CH3H
CH2 H
2
3
OLEFINAS CON DOS DOBLES ENLACES CONJUGADOS 2,4-Heptadieno:
HMe
HEt
H
H
HMe
HH
Et
H
HH
HEt
H
Me
HH
HH
Et
Me
(2Z,4Z) (2Z,4E) (2E,4Z) (2E,4E)
2
4
EJERCICIO RESUELTO¿Cuántos diastereoisómeros tiene el 2,4-Hexadieno?
RESPUESTA:
HMe
HMe
H
H
HMe
HH
Me
H
HH
HMe
H
Me
HH
HH
Me
Me
(2Z,4Z) (2Z,4E) (2E,4Z) (2E,4E)
2
4
Los estereoisómeros (2Z,4E) y (2E,4Z) son iguales (superponibles)
OLEFINAS CON DOBLES ENLACES ACUMULADOS (CUMULENOS)
CR2
R1
CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje quiral]
Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos:
( )CMe
HC C
Et
H
( ) CMeHCC
Et
H
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):
( )CMe
HC C
H
Et C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CHH)[3]
(S)
( )CMe
HC C
Et
H
(1)
(2)
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)
(1)
¡ ASÍ NO !
( ) CMeHCC
Et
H
Si la molécula se mira al contrario, se btiene la confogurción opuesta a la real.
C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(S)
Si en un cumuleno se intercambian los sustituyentes de uno de los carbonos con doble enlace, se obtiene su enantiómero:
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CHH)[3]
(S)
C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
[intercambio]
( )CMe
HC C
H
Et
( )CMe
HC C
Et
H
Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z)/(E):
(Z)-2,3,4-Hexatrieno (E)-2,3,4-Hexatrieno
( )CMe
HC C
MeHC
( )CMe
HC C
HMeC
III
43
PRIORIDADES DE LOS RADICALES CON DOBLE ENLACE Los átomos subrayados son átomos "extra", que se añaden porque existe un doble enlace.
C12C
2 1C1(CC) C2(C)
(C)
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. C1(CHH) C2(CHH) CH2=C-CH2CH2-
Me 2. C1(CHH) C2(CCH) C3(CCH) C4(CHH) CH2=CH-CH-CH2-
Me 3. C1(CHH) C2(CCH) C3(CCH) C4(CHH) C5(HHH) Et-CH=CH-CH2- 4. C1(CHH) C2(CCH) C3(CCC) Me2C=CH-CH2- 5. C 1(CHH) C2(CCC) Me-CH=C-CH2-
Me
CH2=CH-CH2-CH-Me
6. C1(CCH) C2(CHH) 7. C 1(CCH) C2(CCH) C3(CHH) Et-CH=CH- 8. C 1(CCH) C2(CCH) C3(CCH) Me-CH=CH-CH-
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:
21
Me
H
Me
H34
Átomo de carbono 3 (prioridades): C4(C1CH)[1] C2(C1CH)[2]>
Átomo de carbono 4 (prioridades): C3(C2CH)[1] C1(C2CH)[2]>
(3S)
Me[3]
[1](C1CH)C4 C2(C1CH)[2]
H[4]
3
Me[3]
[2](C2CH)C1 C3(C2CH)[1]
H[4]
4
(4R)
EJERCICIO RESUELTO¿Cuántos estereoisómeros tiene el 2,3,5-Heptatrieno?
RESPUESTA:CH3 CH C CH CH CH CH3
2,3,5-Heptatrieno
( ) C
H
H H
CH3 H
( ) CMe
CC
H
HH
H3C
H[4]
H[2] C(HHH)[1]
C(CCH)[3]
(S)
H[4]
H[2] C(HHH)[1]
C(CCH)[3]
(R)
(Z)(S)-2,3,5-Heptatrieno (Z)(R)-2,3,5-Heptatrieno
CMe
HC
( ) C
H
H CH3
H
( )C
H
HCH3
H
(E)(S)-2,3,5-Heptatrieno (E)(R)-2,3,5-Heptatrieno
CMe
HC C
HMeC
III
45
RESPUESTA (continúa)H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CCH)[3]
(S)
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CCH)[3]
(R)
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:
CH3 CH C CH CH
CH3
CH2CH31 2 3 4
5-Metil-2,3-heptadieno
C(CCH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
H
EtMe
2 3 45 H[4]
[2](HHC)C C(HHH)[3]
C(CCH)[1]
5
C(CCH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(S) (5S)H[4]
[2](HHC)C C(HHH)[3]
C(CCH)[1]
5
CMe
HC
( ) C
H
HEtMe
2 3 4
5
CMe
H C
( ) C
H
(1)
(2)
(3)
(4)
C(CCH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
H
MeEt
2 3 45
(5S)
H[4]
C(CHH)[2][3](HHH)C
C(CCH)[1]
5
C(CCH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(S)
H[4]
C(CHH)[2][3](HHH)C
C(CCH)[1]
5
CMe
HC
( ) C
H
HMe
Et
2 3 4
5
CMe
HC
( ) C
H
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)
(5R)
(5R)
III
46
ESTEREOQUÍMICA DE ALQUILIDENCICLOALCANOS
Los alquilidencicloalcanos tienen una geometría semejante a los cumulenos con dos enlaces dobles:
CR2
R1CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje quiral]
EtMe
14
1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano
Et
HMe
EtMe
Me Me
(S) (R)
[1] [1][2] [2]
[3] [3]
[4] [4]
Et Et
HH
H HH
H
H H
H
NOMENCLATURA DE ALQUINOS
CH3 C CHHC CH CH3 C C CH3HC C CH2 CH3
EtinoAcetileno Propino 1-Butino 2-Butino
HC C CH2 CH CH3 CH3 C C CH CH3 CH3 C C C CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
4-Metil-1-pentino 4-Metil-2-pentino 4,4-Dimetil-2-pentino
CH C C CHCH3 CH3
1CH3
1-Ciclohexil-1,4-dimetil-2-pentino
CH2 C C CH2CH31
1-Ciclohexil-2-pentino
C C CH2CH2CH31
1-Ciclohexil-1-pentino
III
47
CH C CCH3
C CH C CH3
CH3
1 2 3 4 5 6
1-(1-Ciclohexenil)-1,5-heptadien-2,6-dimetil-3-ino
CH C CCH3
C CH C CH3
CH3
1 2 3 4 5 6
1-(2,5-Ciclohexadienil)-1,5-heptadien-2,6-dimetil-3-ino
2
5
CH3 C CHC C CH3 C C CH2
Etinilo 1-Propinilo 1-Butinilo 2-Butinilo
CH3 CH2 C C
3-Metil-1-butinilo
CH3 CH C C CH3 C C CH
1-Metil-2-butinilo
CH3 CH3
CH3 C C C CH2
CH3
2-Metil-3-pentinilo
C C CH2CH2CH3
1
1-Pentinilo
CH2 C C CH2CH3
2-Pentinilo
1CH C C CHCH3 CH3
1
1,4-Dimetil-2-pentinilo
CH3
NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
C6H5
Benceno Fenilo
CH2
C6H5 CH2
Tolueno Bencilo
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
1
2
1 1
3
4
1,2-Dimetilbenceno 1,3-Dimetilbenceno 1,4-Dimetilbenceno
o-Dimetilbenceno m-Dimetilbenceno p-Dimetilbenceno
o-Xileno m-Xileno p-Xileno
CH C CH CCH2
CH3
CH2 CCH3
CH3
CH3
Feniletileno
Vinilbenceno
Estireno
2-Fenilpropeno 1-Fenil-2-metilpropeno 2-Fenil-2-buteno
(2-Metil-1-propenil)benceno (1-Metil-1-propenil)benceno
CH CH3
III
48
1
2
Ciclohexilbenceno 1-Fenilciclohexeno 3-Fenilciclohexeno
1
3
Fenilciclohexano (1-Ciclohexenil)benceno (2-Ciclohexenil)benceno
1
2
1
2
C CH C C C C CH2CH3 CH2CH3
Fenilacetileno 1-Fenilpropino
CH2 C CH
3-Fenil-1-propino 1-Fenil-1-butino
C C CHCH3
CH3
1-Fenil-4-metil-2-pentino
1
2 3
4
56
2'3'
4'
5' 6'
1'
Bifenilo
1
2
3
45
6
7
88a
4a
12
3
45
6
7
8 9
10
8a 9a
10a 4a1
2
3
45
67
8
9
1010a
4a
4b
8a
1
2
34
4a4b
56
7
8 8a
9 1010a
Naftaleno Antraceno Fenantreno Fenantreno
EJERCICIO RESUELTODibuja todos los isómeros derivados del benceno, que tienen la fórmula molecular C9H12.
RESPUESTA:
CH2CH2CH3 CH CH2CH3
CH3
CH2CH3
CH3
1
3
CH3 CH3
Propilbenceno Isopropilbenceno 2-Metiletilbenceno 3-Metiletilbenceno
1
2
1-Fenilpropano 2-Fenilpropano o-Metiletilbenceno
o-Etilmetilbenceno
m-Metiletilbenceno
m-Etilmetilbenceno
CH3 CH3CH2CH3 CH3CH3
CH3
1
3
1
2
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
1 1
34 4
5
p-Etilmetilbenceno 1,2,3-Trimetilbenceno
2
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_ H2C CH_CH2
_ HC C_ H2C C_ H2C CH_ CH3_C C_
(1) (2) (3) (4) (5) (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, 2,4-Dicloro-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:
C C
( ) C
Br
HH
Et1
23
1' 4'4
6
III
4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES
INTRODUCCIÓN
R__X ; Ar__X (X = F, Cl, Br, I)
R__OH ; Ar__OH
R__O__R ; R__O__R' ; R__O__Ar ; Ar__O__Ar
R__NH2 ; R__NH__R ; N
R
R R
C__H
O
R C__H
O
Ar C__R
O
R C__Ar
O
R; ; ;
C__OH
O
R C__OH
O
Ar;
C__O_R'
O
R C__O_R
O
Ar;
C__NH2
O
R C__NH_R
O
Ar; C__NR2
O
Ar;
C__X
O
R C__X
O
Ar; (X = Cl, Br, I)
C__O
O
R ;C__H
O
C__O
O
Ar C__Ar
O
C NR ; C NAr
R__NO2 ; Ar__NO2
1 Haluros de alquilo:
2 Alcoholes y fenoles:
3 Éteres:
4 Aminas:
5 Aldehidos y cetonas:
6 Ácidos carboxílicos:
7 Ésteres:
8 Amidas:
9 Haluros de ácido:
10 Anhidridos de ácido:
11 Nitrilos:
12 Nitrocompuestos:
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 CH
X
CH3
IV
51
Bromuro de neopentilo
1-Bromo-2,2-dimetilpropano
Cloruro de isopropilo
2-Cloropropano 7-Bromo-2-cloro-5-isopropil-2,7-dimetilnonano
CH3 CCH3
CH3
CH2Br CH3 CH
Cl
CH3 CH3CH2 C
Br
CH3
CH2 CH
CHMe2
CH2CH2 C
Cl
CH3
CH3
CÍCLICOS SATURADOS
Cl
(Clorociclohexano ; Cloruro de ciclohexilo)
H
(e) Cl
Cl (a)
H
(e) Clorociclohexano (a) Clorociclohexano
H
H1
1
H
H
H
(e) I
I (a)
H
(cis) (1a)-Cloro-(4e)-yodociclohexano
Cl (a)
H1
4
4
1
H
Cl (e)
(cis) (1e)-Cloro-(4a)-yodociclohexano
21
MeBr
cis (1S,2R) 1-Bromo-2-metilciclobutano
H
H
Br
Me
1
2
cis (1S,2R)
H
H
Me
Br
2
1
cis (1S,2R)
=H H
Br
Me
H
H
1
2
(cis)(1R,2S)
12
BrMe
(cis)(1R,2S) 1-Bromo-2-metilciclobutano
Me
Br
H
H
2
1
(cis)(1R,2S)
=H H
IV
52
(trans)(1S,3S) 1-Bromo-3-clorociclopentano
31
Br
H
H
ClHBr
H Cl1 3
(trans)(1S,3S)
HClH Br
13=
(trans)(1S,3S)
(trans)(1R,3R) 1-Bromo-3-clorociclopentano
3 1
Br
H
H
ClH Cl
HBr1 3
(trans) (1R,3R)
BrHCl H
13 =
(trans) (1R,3R)
INSATURADOS ALIFÁTICOS
CH2Cl C
H
Cl
Clorometilo Clorometileno
CHCl2
Diclorometilo
CCl3
Triclorometilo
C
Cl
Cl
Diclorometileno
Cl_CH CH2
CloroetilenoCloruro de vinilo
Br_CH2_CH CH2
3-Bromopropeno Bromuro de alilo
CH3_CH C_CH2CH2CH3
MeI
3-Metil-2-yodo-2-hexeno
Br
Cl1
2
4-Bromo-1-clorociclohexeno
CH_Me
Cl
H
Me Me
(E)-4-Cloro-3-metil-2-penteno
Cl
Br
4-Bromo-5-clorociclohexeno
1
24
54
2 3
45
1
Cl
H
H
Br
Cl
H
H
Br
H
H
Cl
Br
H
H
Cl
Br
(trans)(4S,5S) (trans)(4R,5R) (cis)(4S,5R) (cis)(4R,5S)
1 1 1 1
2 2 2 24 4 4 4
5 5 5 5
(4-Bromo-5-clorociclohexeno)
HH
HBrCl
HH
H
HBrH
ClBr
H
HHCl
HBr
H
HHH
Cl
(1E,3Z) (1E,3E) (1Z,3Z) (1Z,3E)
1 1 1 13 3 3 34 4 4 4
(1-Bromo-4-cloro-1,3-butadieno)
IV
53
C C_H
4-Cloro-1-butino 4-Bromo-1-cloro-2-pentino
C CH
Me
13
(3-Metilciclohexil)acetileno
ClCH2CH2
MeCHBr C C CH2 Cl
CH2Cl CClH
Clorometilciclohexano Clorometilenciclohexano
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
X
X
(X = F, Cl, Br, I)
(m-Dibromobenceno, m-Fluoroyodobenceno, etc.)
X
X
(X = F, Cl, Br, I)
(p-Diyodobenceno, p-Bromoyodobenceno, etc.)
(X = F, Cl, Br, I)
X
(Clorobenceno, Bromobenceno, etc.)
XX
(X = F, Cl, Br, I)
(o-Diclorobenceno, o-Bromoclorobenceno, etc.)
Bu
X
(X = F, Cl, Br, I) (p-Bromobutilbenceno, p-Butilclorobenceno etc.)
MeX
(X = F, Cl, Br, I) (o-Clorotolueno, o-Bromotolueno etc.)
Et
X(X = F, Cl, Br, I) (m-Etilyodobenceno, m-Etilfluorbenceno, etc.)
IV
54
MeX
(X = F, Cl, Br, I) 4-Bromo-2-clorotolueno, 2-Bromo-4-yodotolueno etc.)
X
1
2
4
Et
X(X = F, Cl, Br, I) (2,3,5-Tricloroetilbenceno, 2-Bromo-3,5-dicloroetilbenceno etc.)
X
X
1
2
35
Bu
X
(X = F, Cl, Br, I) (4-Bromo-2,3-dicloro-5-metilbutilbenceno, 5-Metil-2,3,4-triyodobutilbenceno etc.)X
X Me
1
3
2
4
5
Cl
MeBr
1
36
6-Bromo-1-cloro-3-metilnaftaleno
Cl
Et
Br
Me
2
4
2'
4'
2'-Bromo-4-cloro-2-etil-4'-metilbifenilo
CH=CHCl
Br
4
1
Et 6
1-Bromo-4-(2-clorovinil)-6-etilnaftaleno
CH2C6H5
1C6H5
4
4-Bencil-5-bromo-1-fenilnaftaleno
1
Cl
1-(m-Clorofenil)naftaleno
Cl
m-(1-Naftil)clorobenceno
=
1Br5
Br
Me
Br18
10
1,8-Dibromo-10-metilantraceno
C6H5
ClBu
Br 6
81
3
3-Bromo-1-butil-8-cloro-6-fenilantraceno
IV
55
ALCOHOLES Y FENOLES
R CH2 CH2OH R CH2 CHR'
R CH2 CR'
R''OH OH
alcohol primario alcohol secundario alcohol terciario CH3OH (Metanol, Alcohol metílico) CH3CH2OH (Etanol, Alcohol etílico) CH3CH2CH2OH (1-Propanol, n-Propanol, Alcohol n-propílico)
CH
OH
CH3CH3 (2-Propanol, Isopropanol, Alcohol isopropílico) CH3CH2CH2CH2OH (1-Butanol, n-Butanol, Alcohol n-butílico)
CH3CH2_CH_CH3
OH(2-Butanol, sec-Butanol, Alcohol sec-butílico)
CH3_CH_CH2OH
CH3
(2-Metil-1-propanol, Isobutanol, Alcohol isobutílico)
CH3_C__OH
CH3
CH3
(2-Metil-2-propanol, Alcohol terc-butílico)
1-Pentanol
CH3CH2CH2CH2CH2OH
2-Pentanol 3-Pentanol
CH3CH2 CH2 CH CH3
OH
CH3CH2 CH CH2CH3
OH
CH2 CH_CH_CH3
OH
CH2 CH_CH2OH
2-Propen-1-ol
Alcohol alílico
3-Buten-2-ol
C CH_CH2OHCH3
CH3
3-Metil-2-buten-1-ol 4-Cloro-3-penten-2-ol
C CH_CH_CH3CH3
Cl OH
IV
56
CH2CH2OH
2-(1-Ciclohexenil)etanol
CH_CH3
OH CH2CH2OH1
21
1
2
1
23
1-(1-Ciclohexenil)etanol 2-(2-Ciclohexenil)etanol
HOCH2__CH2OH
1,2-Etanodiol
Etilenglicol
HOCH2__CH__CH2OH
OH
1,2,3-Propanotriol
Glicerina
HOCH2__CH__CH2OH
Br
2-Bromo-1,3-propanodiol
CH2OH
Fenilmetanol
Alcohol bencílico
CH2CH2OH CH_CH3HO2 1
CH2CH2CH2OH
Cl
2-Feniletanol 1-Feniletanol
3
3-(m-Clorofenil)-1-propanol
4-Fenil-2-buten-1-ol 1-(m-Yodofenil)-2-propen-1-ol
CH
Me
3-[1-(3-Metilnaftil)]-2-propen-1-ol
1
3
3CH2
_CH CH CH2OH I
CHOH
CH CH2
CH CH2OH
OH OHMe
OH
Me
HO
Me
Fenol o-Metilfenol
o-Cresol
m-Metilfenol
m-Cresol
p-Metilfenol
p-Cresol
OHMe
CH
OHOH
OH
Br
2-Meti-4-vinilfenol1-Naftolα-Naftol
2-Naftolβ-Naftol
3-Bromo-1-naftolCH2
IV
57
m-(2-Metil-1-propenil)fenol
OHCH2CH2OH
o-(2-Hidroxietil)fenol
2-(o-Hidroxifenil)etanol
HO CH_CH3
OH
p-(1-Hidroxietil)fenol
1-(p-Hidroxifenil)etanol
OH
CH CCH3
CH3
ÉTERES
CH3_O_CH3 CH3
_O_CH2CH3 CH3CH2_O_CH2CH3
Dimetil éter Etil metil éter Dietil éter
O_CH3
Ciclohexil metil éter
MeO_ EtO_
Metoxi Etoxi
CH3CH2_O_CH2CH2Cl
1-Cloro-2-etoxietano
(2-Cloroetil) etil éter
O_Et
Etoxiciclohexano
Ciclohexil etil éter
CH3_O_CH=CH2
Metil vinil éter
Metoxietileno
HO
O_CH=CH_CH3
(3-Hidroxiciclohexil) (1-propenil) éter
OMe HO OEt MeO CH=CH_CH3
Fenil metil éter
Metoxibenceno
Anisol
(p-Hidroxifenil) etil éter
p-Etoxifenol
Metil [p-(1-propenil) fenil] éter
Anetol
OMe
CH=CH25
1
1-Metoxi-5-vinilnaftaleno
H2C CH2O
Oxirano
Oxido de etileno
ClCH2__CH CH2
O
Clorometil oxirano1-Cloro-2,3-epoxipropano
C6H5O_ C6H5CH2O_ CH2=CH_CH2O_
Fenoxi Benciloxi Aliloxi
IV
58
AMINAS
amina primaria amina secundaria sal de amonioamina terciaria
+R CH2 NH2
:
R CH2 N:
HR' R CH2 N:
R''R' R CH2 N
R''R'
R'''
CH3_NH2 CH3
_N_CH3
CH3
CH3_NH_CH3
Metilamina Dimetilamina Trimetilamina
CH3CH2_NH_CH2CH2CH3
Etilpropilamina
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2
1
1-Pentanamina
CH3 CH2 CH2 CH
CH3
2-Pentanamina
NH2
CH3 CH2 CH
3-Pentanamina
NH2
CH2 CH31
1
Pentilamina 1-Metilbutilamina 1-Etilpropilamina
2-Metil-3-pentanamina
CH3 CH
CH2 CH
CH3CH3
NH2
1,3-dimetilbutanamina
CH3 CH2 CH
CH
CH3
CH3NH2
1-Isopropilpropilamina1,3-Dimetilbutilamina
CH3 CH
CH
CH
CH3CH3
CH3
2,4-Dimetil-3-pentanamina
NH2
1,4-Butanodiamina
(putrescina)
1,5-Pentanodiamina
(cadaverina)
H2N CH2CH2CH2CH2 NH2 H2N CH2CH2CH2CH2CH2 NH2
NH2 NMeMe
Ciclohexilamina N,N-Dimetilciclohexilamina Metilvinilamina
NH2
Me
12
3
(3-Metil-2-ciclohexenil)amina
CH2 CH N CH3
H
H2N
Me
1
2
3
4
(4-Metil-3-ciclohexenil)amina
NH21
2
5
(2,5-Ciclohexadienil)amina
NH21
3
(1,3-Ciclohexadienil)amina
IV
59
NH2 NH2
Me
NH2
NH2
Fenilamina
Anilina
o-, m-, p- Metilanilina
o-, m-, p-Toluidinao-, m-, p- Fenilendiamina
H2N N 2
p-(p-Aminofenil)anilinaBencidina
H
NH2OMe
Cl
4-Cloro-2-metoxianilina
NH_Me
OH
(m-Hidroxifenil)metilamina
NH2NH2
1-Naftilamina
α-Naftilamina
2-Naftilamina
β-Naftilamina
NH_C6H5
(N-Fenil)-1-naftilamina
CH2_CH_NH2
Me
Anfetamina
CH2CH2NH2
OHOH
2-(3,4-Dihidroxifenil) etilamina
Dopamina
1 1
12
12
34
2-Fenilisopropilamina
CH2CH2NH2
OMeOMe
MeO
2-(3,4,5-Trimetoxifenil) etilamina
OMeCH2
_CH_CH3
NH2
OO
HH
MDA ("Extasis")Mescalina (alucinógeno)
2
1
2
3
5
4
2 1
2
4
5
1
2-(2-Metoxi-4,5-metilendioxifenil)isopropilamina
ALDEHIDOS
C__H
O
H (H_CHO ; CH2O) (Metanal, Formaldehido, Formol)
C__H
O
CH3 (CH3_CHO) (Etanal, Acetaldehido)
C__H
O
CH3CH2 (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
Ciclohexanocarbaldehido Ciclopentanocarbaldehido
CHOCHO
1,2-Naftalenodicarbaldehido
CH2 CH_CH_CHO
CH3
2-Metil-3-butenal
CH2 C_CH2_CHO
CH3
3-Metil-3-butenal
CH2 C_CH2CH2_CHO
CH3
4-Metil-4-pentenal
CHO CHO1
3
21
1-Ciclohexeno-1-carbaldehido 2-Ciclohexeno-1-carbaldehido
CHO
3
21
Me 5
5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido
CHO CH=CH_CHO CHO
OMe
CHO
OMeOH
Benzaldehido p-Metoxibenzaldehido3-Fenilpropenal
Cinamaldehido4-Hidroxi-3-metoxibenzaldehido
Vainillina
CETONAS
CH3 C__CH3
O
(Dimetil cetona, Propanona, Acetona))(CH3_CO_CH3)
CH3CH2 C__CH3
O
(CH3CH2_CO_CH3) (Etil metil cetona, Butanona)
CH3CH2CH2 C__CH3
O(CH3CH2CH2
_CO_CH3) (Metil propil cetona, 2-Pentanona)
CH3CH2 C__CH2CH3
O(CH3CH2
_CO_CH2CH3) (Dietil cetona, 3-Pentanona)
IV
61
CH3CH_CH2 C__CH3
OCH3
(CH3_CH_CH2
_CO__CH3)
CH3
( Isobutil metil cetona, 4-Metil-2-pentanona)
CH3CH2 C__CH_CH3
O CH3
(CH3CH2 CO__CH_CH3)CH3
(Etil isopropil cetona, 2-Metil-3-pentanona
CH2=CH C__CH3
O
CH2=CH_CH2 C__CH3
OCH2=CH C__CH2CH3
O
Metil vinil cetona Alil metil cetona Etil vinil cetona
3-Buten-2-ona 4-Penten-2-ona 1-Penten-3-ona
CH3C=CH C__CH3
OCH3
(2-Metil-1-propenil) metil cetona
4-Metil-3-penten-2-ona
CH2_CO_CH2CH3CO_CH2
_CH2CH3
1-(2-Ciclohexenil)-2-butanonaCiclohexil propil cetona
CO_CH2_CH2CH3
1-Ciclohexenil propil cetona
1
2
1 1
CH3_CO_CO_CH2
_CH2_CH3 CH3
_CO_CH2_CO_CH2
_CH3 CH3_CO_CH2
_CH2_CO_CH3
2,3-Hexanodiona 2,4-Hexanodiona 2,5-Hexanodiona
1 2 3 1 2 4 1 2 5
O OO
Me
Et OH
O
5-Etil-3-hidroxi-1,2-ciclohexanodiona2-MetilciclopentanonaCiclobutanona
1 21 2
35
CO_CH3
CO CO
Fenil metil cetona
Acetofenona
Ciclohexil fenil cetona Difenil cetona
Benzofenona
OO
O
O
O
O?
o-Benzoquinona p-Benzoquinona m-Benzoquinona (?)
O
O
1,4-Naftoquinona
O O
1,8-Naftoquinona (?)
? ?
IV
62
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
H C__OH
O
(H_CO2H) (Ác. metanoico, Ác. fórmico)
C__OH
O
CH3 (CH3_CO2H) (Ác. etanoico, Ác. acético)
C__OH
O
CH3CH2 (CH3CH2_CO2H) (Ác. propanoico, ác. Propiónico)
C__OH
O
CH3CH2CH2 (CH3CH2CH2_CO2H) (Ác. butanoico, Ác. butírico)
C__OH
O
CH3CH2CH2CH2 (CH3CH2CH2CH2_CO2H) (Ác. pentanoico, Ác. valérico)
C__OH
O
CH3__CH
CH3
(CH3_CH_CO2H)
CH3
(Ác. 2-metilpropanoico, Ác. isobutírico)
C__OH
OC__OH
O
CH2=CH CH2=CH_CH2C__OH
O
CH3_CH=CH C__OH
O
CH3CH2_CH=CH
Ác. propenoico Ác. 3-butenoico
Ác. acrílico
Ác. 2-butenoico Ác. 2-pentenoico
C__OH
O
CH2=CH_CH__CHC__OH
O
CH3_CH=CH_CH
Ác. 2-metil-3-pentenoico Ác. 2,3-dimetil-4-pentenoico
CH3 CH3 CH3
CH2=C_CH=CH_CO2HCH3
Ác.4-metil-2,4-pentadienoico
Ác. (E) 2-butenoico Ác. (Z) 2-butenoicoÁc. crotónico Ác. isocrotónico
Ác. etanodioico
Ác. oxálico
HO2C_CH2_CO2H
Ác. propanodioico
Ác. malónico
CO2HH
CH3 H
CO2HCH3
H H
OHHO
O O
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
HO2C CO2H
H
ác. (Z) 2-Butenodioico
ác. Fumárico
HO2C
H CO2H
H
ác. (E) 2-Butenodioico
ác. Maleico
CO2H CO2H
NH2HO
ác. Ciclohexanocarboxílico ác. 3-Amino-5-hidtroxi- ciclohexanocarboxílico
1
5 3
CO2H CO2H CO2H
Ác. 1-ciclohexen-1-carboxílico Ác. 2-ciclohexen-1-carboxílico Ác. 3-ciclohexen-1-carboxílico
12
3 3
11
CO2H CO2H
Me
1 1
2
3
ác. (3-Metil-2-ciclohexen)- 1-carboxílico
Me
2
3
ác. (3-Metil-1-ciclohexen)- 1-carboxílico
CO2HO
O
CO2H1 2
1
6
53
ác. (3-Oxo-5-ciclohexen)- 1-carboxílico
3
ác. (2-Oxo-3-ciclohexen)- 1-carboxílico
CO2H CO2H
CH3
Ác. benzoico Ác. o-, m-, p-metilbenzoico
Ác. o-, m-, p-toluico
CO2HOH
Ác. o-hidroxibenzoico
Ác. salicílico
CH=CH_CO2H
Ác. 3-fenilpropenoico
13
Ác.cinámico
CO2H
OHOH
HOCO
CO2H
Ác. 3,4,5-trihidroxibenzoicoÁc. gálico
Ác. p-benzoilbenzoico
CO2H
Ác. 1-naftalenocarboxílico Ác. 2-naftalenocarboxílico
CO2H
CO2HCO2H
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H
Ác. ftálico Ác. isoftálico Ác. tereftálico
IV
64
ÉSTERES
H CH3C__O
O
C__O
O
CH3CH3 H C__O
O
CH2CH3 CH3 C__O
O
CH2CH3
Formiato de metilo Formiato de etilo Acetato de metilo Acetato de etilo
CH3CH2 C__O
O
CH3
Propanoato de metilo
CH3CH2CH2 C__O
O
CH3 CH3 C__O
O
CH2CH2CH3
Butanoato de metilo Acetato de propilo
Propionato de metilo Butirato de metilo
C__O
O
OCH3 CH3 C__O
O
C
O
CH3 O CH3 C__O
O
C
O
CH3 O C 3CH2
Carbonato de dimetilo Oxalato de dimetilo Malonato de dimetilo
H
C__O
O
CH3 C__O
O
CH2CH3CO2Me CO2Et( ) ( )
Metoxicarbonilo Etoxicarbonilo
CO2Me CO2Et CO2Me
Ciclohexanocarboxilato de metilo
Metoxicarbonilciclohexano
1
3
2
1-Etoxicarbonilciclohexeno
1
1-Metoxicarbonil-2-ciclohexeno
CO2Et
4
21
3
1-Etoxicarbonil-3-ciclohexeno
CO2CH2CH2CH3
Benzoato de propilo
CH=CH_CO2Me
3-Fenilpropenoato de metilo
13
Cinamato de metilo
CO2EtCO2Me
1
3
5
1-Naftalenocarboxilato de etilo
1-Etoxicarbonilnaftaleno
2-Naftalenocarboxilato de metilo
2-Metoxicarbonilnaftaleno
3-Cloro-5-fenil-6-hidroxi-5-metil- 3-hexenoato de etilo
6
C
CH2OH
CH3
CH C
Cl
CH2 CO2Et
IV
65
AMIDAS
Las amidas se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por la palabra amida (fórmico, formami-da; acético, acetamida; propiónico, propionamida, etc.)
C__NH2
O
H C__NH_CH3
O
H C__NH2
O
CH3 C__NH_CH2CH3
O
CH3
Formamida N-Metilformamida Acetamida N-Etilacetamida
CONH2
Ciclohexanocarboxamida
Carbamoilciclohexano
CONH2
3
21
1-Carbamoil-2-ciclohexeno
CONH_Me
OMe
4
21
1-(N-Metilcarbamoil)-2-metoxi-3-ciclohexeno
3
CONH2 CONH_Me CON_MeMe
Benzamida N-Metilbenzamida N,N-Dimetilbenzamida
C
O
NH
Benzanilida
(N-Benzoil) anilina
C__MeOH
N COH
N
Acetilamino Benzoilamino
NHCOMe
1-(N-Acetilamino) naftaleno
NHCOC6H5
2-(N-Benzoilamino) naftaleno
1 2
CONH
(N-Ciclohexil) benzamida
HALUROS DE ÁCIDO Los haluros de ácido se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por ilo (fórmico, formilo; acéti-co, acetilo; propiónico, propionilo, etc.)
C__O
H Cl BrCH3 C__O
CH3CH2 C__O
I C6H5 C__O
Cl
Cloruro de formilo Bromuro de acetilo Yoduro de propanoilo Cloruro de benzoilo
IV
66
C__
O
H CH3 C__
O
C6H5 C__
O
CH3CH2 C__
O
AcetiloFormilo BenzoiloPropionilo
C__
O
Cl C__
O
CH3CH C__
O
CloroacetiloCloroformilo 2-Cloropropionilo
ClCH2
Cl
CO2Et
COCl
m-Cloroformil benzoato de etilo
COCH2Cl1
1-Cloroacetil-7-cloroformilnaftaleno
COCHCH3
COCl
Cl
1-(2-Cloropropionil)-3-cloroformilnaftaleno
1
3
2ClOC 7
Dicloruro de oxalilo Dicloruro de maloniloDicloruro del ácido carbónico
Fosgeno
(empleado en la Primera Guerra Mundial)
C
O
Cl Cl C
O
Cl C
O
Cl C
O
Cl CH2 C
O
Cl
ANHIDRIDOS DE ÁCIDO
C__O
O
CO
CH3CH3 C__O
O
CO
CH3CH2 CH2CH3 C__O
O
CO
Anhidrido acético Anhidrido propiónico Anhidrido benzoico
(MeCO)2O ; Ac2O (EtCO)2O (C6H5CO)2O ; Bz2O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Anhidrido Succínico Anhidrido 1,2-Ciclohexanodicarboxílico Anhidrido Ftálico
IV
67
NITRILOS
Los nitrilos se nombran sustituyendo la terminación ico de los ácidos, por nitrilo (propiónico, propionitrilo; butí-rico, butironitrilo; benzoico, benzonitrilo, etc.)
C N C N C N C NCH3 CH3CH2
Acetonitrilo PropionitriloBenzonitrilo
CH2
Etanonitrilo Propanonitrilo Fenilacetonitrilo
CN CN
3
21
Ciclohexanocarbonitrilo 2-Ciclohexen-1-carbonitrilo
CN
1-Ciclohexen-1-carbonitrilo
1CN
4
3
1
3-Ciclohexen-1-carbonitrilo
CH3
CNHO
1
5 3
3-Ciano-5-hidroxitolueno
CN
CH3HO
1
3 5
3-Hidroxi-5-metilbenzonitrilo
OH
CH3NC
1
3 5
3-Ciano-5-metilfenol
MeO O
CH2CH_CNCH3
CO2MeH2N
1
3
5
1
2
4
62
3
(6-metoxicarbonil-2-oxociclohexil)
(5-amino-3-metoxifenil)2-Metil-3-[...] propanonitrilo
2-Metil-3-[4-(5-amino-3-metoxifenil)-6-metoxicarbonil-2-oxociclohexil]propanonitrilo
NITRODERIVADOS
CH3_NO2 CH3CH2
_NO2 CH3CH2CH2_NO2 CH3CH2CH_NO2
CH3
CH3CHCH2_NO2
CH3
Nitrometano Nitroetano 1-Nitropropano 2-Nitrobutano 2-Metil-1-nitropropano
1
1
2 12
IV
68
CH2=C_CH2_NO2
CH31
2CH3C=CH_NO2
CH3
12 3
2-Metil-1-nitropropeno 2-Metil-3-nitropropeno
NO2
Nitrociclohexano
NO2
1
23
NO21
1-Nitrociclohexeno 3-Nitrociclohexeno
NO2 CH3
NO2
NO2
NO2
CHO
NO2O2N
Nitrobenceno o-, m-, p-Nitrotolueno o-, m-, p-Dinitrobenceno 3,5-Dinitrobenzaldehido
NO2
NO2
COMe
NO2
CO2EtNO2
CH3O2N NO2
NO2
m-Nitroacetofenona o-Nitrobenzoato de etilo 2,4,6-Trinitrotolueno
TNT
1,3-Dinitronaftaleno
MOLÉCULAS HETEROCÍCLICAS
O S N N
NN
H1 11
1
1 1
2 2 22
2 23 3 3
3
3 3
4 4 4 4
4 4
5 5 55
5 5
6 6
7
8
6
7
8
Furano Tiofeno Pirrol Piridina Quinoleina Isoquinoleina
N
N
O
O
H
H1
2
34
56
Timina
se encuentra en el ADN
CH3
N
N
OH
1
2
345
6
Citosina
se encuentra en el ADN y en el ARN
NH2
N
NN
N
H
NH2H
1
23
4
5 6O
7
8
9
Guanina
se encuentra en el ADN y en el ARN
N
N
O
O
H
H1
2
345
6
Uracilo
se encuentra en el ARN
N
NN
NH
1
2
3
4
5 6NH2
7
8
9
Adenina
se encuentra en el ADN y 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 C1(NNN)1 N C
ALDEHIDOS Y CETONAS
CO
H C1(OOH)
CH3 CO
C1(OOC) C2(HHH)
CH3CH2 CO
C1(OOC) C2(CHH) C3(HHH)
C6H5 CH2 CO C1(OOC) C2(CHH) C3(CCC)
C6H5 CO C1(OOC) C2(CCC)
2
3
4
5
6
AMIDAS
C1(OON) N2(HH)7 H2N CO
C1(OON) N2(CH) C3(HHH)CH3 NH CO
8
CH2 NH CO
9 CH3 C1(OON) N2(CH) C3(CHH)
C6H5 NH CO C1(OON) N2(CH) C3(CCC)10
CH3 N
CH3
CO11 C1(OON) N2(CC) C3(HHH)
C1(OON) N2(CC) C3(CHH)Et NEt
CO12
C1(OON) N2(CC) C3(CCC)C6H5 N CO
C6H5
13
ÁCIDOS Y ÉSTERES
CO
HO
CH3 O CO
CH2 O COCH3
CH2 CH O CO
C6H5 O CO
C1(OOO) O2(H)
C1(OOO) O2(C) C3(HHH)
C1(OOO) O2(C) C3(CHH)
C1(OOO) O2(C) C3(CCH)
C1(OOO) O2(C) C3(CCC)
14
15
16
17
18
IV
70
AMINAS
H2N
CH3 NH
C6H5 NH
CH3 NCH3
C6H5 NC6H5
19
20
21
22
23
N1(HH)
N1(CH) C2(HHH)
N1(CH) C2(CCC)
N1(CC) C2(HHH)
N1(CC) C2(CCC)
NITRODERIVADOS
O NO
24 N1(OOO)
ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES
HO
CH3 O
CH3CH2 O
C6H5CH2 O
C6H5 O
25
26
27
28
29
O1(H)
O1(C) C2(HHH)
O1(C) C2(CHH) C3(HHH)
O1(C) C2(CHH) C3(CCC)
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:
CH3 C
O
O N C O CH3 C
O
NH Cl C
O
CH3CH2 N CH2CH3 CH3 CCH3
CH3
O C
O
O NH C
O
O C
O
O HO NH CH3 CO
CH2 CO
H NH
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.
Y
HMeHO
HClHO
HO HMe
HO HCl
EtHEt
OHHHO
HHOH
EtOHEt
Y
(1) (2) (3) (4)
MeHEt
NH2MeH
MeH2NH
HEtMe
(5) (6) (7) (8)
21Y
Cl
H H
H HCl
Cl Cl
Y
(9) (10) (11) (12)
Cl
H
H
Cl
H
Cl
Cl
H
1
2
21
3
4
5
H
Me
Me
H
H
Me
H
Me
YY
(13) (14)
4
H
Cl
Cl
H1
Cl
H
Cl
HY
CO2HMe
H Me
(15) (16)
YMeMe
H CO2H
( )
HMeEt
Br(17) (18)
( )
MeHBr
EtC CC C C CC CY
CC CMe
Et ( )
H
Et
Y
(19) (20)
CC CMe
Et ( )
Et
H
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 2 2
Et Me
H
OHO 1 3H CH2Cl
MeO H
O1
Cl OH
Me Et
(1) (2) (3) 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 estereoisó-meros 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 confi-guración 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
H2N CO2HMe
EtHMe
H
Cl
H H
H
(1) (2) (3)
H
Me
H
Me
(4)
C
( ) C CH
CO2Et
H
H
1
2
H
CH
CN
MeH
HOCl
H
Me
H
H
Me
(5) (6) (7)
1
2
1
4
CH2
IV
74
C
CH
HMe
H2N NO2
H
Cl
Cl
H
Me
Me
(8) (9) (10)
NH2
H H
Me
Et
CO2H
CH2
CH
4.11 Ordena los radicales siguientes de menor a mayor prioridad.
Acetoacetilo
Acetonilo
SO
C6H5
MeCOCH2 CO
MeCOCH2
CH2 CH CH2 O Aliloxi
Aminometilenamino
Aminooxi
Bencenoazoxi
Bencenosulfinilo
Cianato
CN Ciano
C6H5 S Feniltio
HO NH
CS
Me
Tioacetilo
CS
C6H5
Tiobenzoilo
CS
NH2 Tiocarbamoilo
Hidroxiamino
N C O
H2N−CH=N−
H2N−O−
C6H5 N=N−O−
SO
C6H5 NHO
Bencenosulfonamido
SO
C6H5
O
Bencenosulfonilo
(C6H5)2CH
CO
Br
Bromoformilo
CH2 CCH3
CH2
2-Metil-2-propenilo
CH2 CH CHCH3
1-Metil-2-propenilo
CH3CH2 CH CH CH2 2-Pentenilo
CH2 CCH2CH3
1-Etiletenilo
Difenilmetilo
H2C=CH CH=CH
CH3CH=CHCH2
CO
NH2
Carbamoilo
CH CHCH3CH2 1-Butenilo
CH2 C CH2CH2
CH3
3-Metil-3-butenilo
CH3 CH CCH3
CH2
2-Metil-2-butenilo
2-Butenilo
1,3-Butadienilo
H2C=CH CH=CH
CH3CH=CHCH2
CO
NH2
Carbamoilo
CH CHCH3CH2 1-Butenilo
CH2 C CH2CH2
CH3
3-Metil-3-butenilo
CH3 CH CCH3
CH2
2-Metil-2-butenilo
2-Butenilo
1,3-Butadienilo
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
H
(1) (2)
HH2N H
HO2C
H
CH2OH
H
CO2H
CO2HH
(3) (4)
HMe
4.14 Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros:
H Me
O
C6H5H
(1)
Me H
O
HC6H5
(2)
HO2CH H
Me
Me
H
Me
H
(3) 4.15 Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros:
(3)(1)
( )C CHMe
H
Me
H 24
1
Me H
HMe
4' 4
MeH
MeH3' 3
1
5
1'
5'(2)
(6)
H
MeMe
H
34'11
6
C
( )
Me
H C CMe
H
3
4'1
2
65
CMe
HC
( ) CMe
H4 4'
(5)(4) 4.16 Asigna la configuración absoluta a las siguientes sustancias naturales:
NMe
H
OH
H
H
O OMe
O
1
23 4
56
78
Cocaina
Me
H
Me
Me
Me O
1
2
34
5
6 78
910
β−Vetivona
Me
HMe
HOH
MeMe
Elemol
Me
H
OH
Me1
23
3'
4
56
12
3
4
Grandisol
IV
76
Me
H
MeMe H
HMe
Cedreno
H
MeH
Me
OH
MeMe
β−Acorenol Agarospirol
H
Me
Me
H
OHMe
Me
12
3 4
5
6 7
8910
1
2
34
5
6 7
8
910
1
23
4
56
7
8
9
10
MeMe
MeH
H
Me
OH
H
Alcohol de Patchouli
1
234
56
78 9
10
Me
HO
Me H OH
MeMe
O
Illudin-s
HOH H
O
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Estrona
1
2
34 5
6
7
O
CO2H
Me
HHO
HHO
HHO
H
H
12
3
4
56
7
8
9
1011
12
1314
1516
1718
19
20
Prostaglandina PGF2α
NH
H
HO
OH
H
MeH5
6 78
9
10
11
12
1314
1516
Morfina
H H
COMe
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Progesterona
O
Me
H
10
12
45
N
NH
H
HH
23
45
6
7
8
910 11
12
14
13
15
16
17
Esparteina
H H
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Colesterol
H
MeH
HO
3
4
2
17
1
1
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
)H(H)2n2()C(Hn 0a
0a Δ++Δ)HC(H 2n2n
0f +Δ
0aHΔ
CnH2n+2 (g,l,s)
n C(grafito) + (n + 1) H2(g)
nC(g) + (2n+2)H(g)
C(grafito) C(g) gramoátomo/kcal29.171)C(H0
a =Δ
1/2 H2(g) H(g) gramoátomo/kcal10.52)H(H0
a =Δ
)HC(H)H(H)2n2()C(Hn)HC(H 2n2n
0f
0a
0a2n2n
0a ++ Δ−Δ++Δ=Δ
mol/kcal]2.104n49.275)HC(H[)HC(H 2n2n
0f2n2n
0a ++Δ−=Δ ++
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
mol/kcal82.24)propano(H0
f −=Δ =Δ )propano(H0a −(−24.82) + 275.49 x 3 + 104.2 = + 955.49 kcal/mol
( ) mol/kcal812.29otanbuH0f −=Δ =Δ )otanbu(H0
a −(−29.812) + 275.49 x 4 + 104.2 = + 1235.97 kcal/mol
( ) mol/kcal00.35otanpenH0
f −=Δ =Δ )otanpen(H0a −(−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:
∑ 0D (propano) = 2 x 89 + 8 x 97 = 954 kcal/mol
∑ 0D (butano) = 3 x 89 + 10 x 97 = 1237 kcal/mol
∑ 0D (pentano) = 4 x 89 + 12 x 97 = 1520 kcal/mol
V
79
( )2n2n0a HCH +Δ ∑ 0D Δ
954
1237
1520
955.49
1235.97
1516.65
+ 1.49
- 1.03
- 3.35
PARAFINAS CICLICAS
)s,l,g(HC n2n )g(Hn2)g(nC +
)HC(H n2n0fΔ
)g(nH)grafito(nC 2+
)H(Hn2)C(Hn 0a
0a Δ+Δ
0aHΔ
)HC(H)H(Hn2)C(Hn)HC(H n2n
0f
0a
0an2n
0a Δ−Δ+Δ=Δ
n49.275)HC(H)HC(H n2n
0fn2n
0a +Δ−=Δ
Veamos que resultados se obtienen para las moléculas de ciclopentano y ciclohexano:
0fHΔ =Δ )otanciclopen(H0
a(ciclopentano) = - 18.46 kcal/mol −(−18.46) + 275.49 x 5 = + 1395.91 kcal/mol
=Δ )ociclohexan(H0a
0fHΔ (ciclohexano) = - 29.43 kcal/mol −(−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:
∑ 0D (ciclopentano) = 5 x 89 + 10 x 94.5 = 1390 kcal/mol
∑ 0D (ciclohexano) = 6 x 89 + 12 x 95.5 = 1680 kcal/mol
∑ 0D)HC(H n2n0aΔ Δ
1390
1680
1395.91
1682.37
+ 5.91
+ 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:
n49.275)HC(H)HC(H n2n0fn2n
0a +Δ−=Δ
Realizamos el cálculo para las moléculas de propeno, (Z)-2-penteno y (E)-2-hexeno.
CH3 CH CH2 CH3 CH CH CH2 CH3 CH3 CH CH CH2 CH2 CH3
0fHΔ =Δ )propeno(H0
a(propeno) = + 4.879 kcal/mol 275.49 x 3 − 4.879 = 821.591 kcal/mol
0fHΔ [ ] =−−Δ penteno2)Z(H0
a[(Z)-2-penteno] = -6.710 kcal/mol 275.49 x 5 + 6.711 = 1384.16 kcal/mol
0fHΔ [ ] =−−Δ hexeno2)E(H0
a[(E)-2-hexeno] = -12.56 kcal/mol 275.49 x 6 + 12.56 = 1665.55 kcal/mol La energía media del enlace C=C es 148 kcal/mol:
∑ 0D (propeno) = 148 + 89 + 6 x 97 = 819 kcal/mol
∑ 0D [(Z)-2-penteno] = 148 + 3 x 89 + 10 x 97 = 1385 kcal/mol
∑ 0D [(E)-2-hexeno] = 148 + 4 x 49 + 12 x 97 = 1668 kcal/mol
∑ 0D Δ
819
1385
1668
821.59
1384.16
1665.55
+ 2.59
- 0.84
- 2.45
)HC(H n2n0aΔ
En la tabla siguiente aparecen los valores de ( )∑−Δ=Δ 00
a DH para una serie de olefinas acíclicas:
V
81
Monoolefina )mol/kcal(H0
aΔ ∑ )mol/kcal(D0 Δ 2-metilpropeno 1105.303 1102 +3.30 1-penteno 1382.45 1385 -2.55 (Z)-2-penteno 1384.16 “ -0.84 (E)-2-penteno 1385.04 “ +0.04 2-metil-1-buteno 1386.13 “ +1.13 3-metil-1-buteno 1384.37 “ -0.63 2-metil-2-buteno 1387.62 ” +2.62 1-hexeno 1662.90 1668 -5.10 (Z)-2-hexeno 1664.50 “ -3.50 (E)-2-hexeno 1665.50 “ -2.50 (Z)-3-hexeno 1664.50 ” -3.50 (E)-3-hexeno 1665.50 “ -2.50 2-metil-1-penteno 1666.50 “ -1.50 3-metil-1-penteno 1663.96 ” -4.04
4-metil-1-penteno 1664.60 ” -3.40 2-metil-2-penteno 1667.90 “ -0.10 (Z)-3-metil-2-penteno 1667.26 ” -0.74 (E)-2-metil-2-penteno 1667.90 ” -0.10 (Z)-4-metil-2-penteno 1666.20 “ -1.80 (E)-4-metil-2-penteno 1667.20 “ -0.80 2-etil-1-buteno 1665.86 “ -2.14 2,3-dimetil-1-buteno 1667.72 “ -0.28 3,3-dimetil-1-buteno 1667.19 “ -0.81
Δ(medio) = -1.32 kcal/mol DIOLEFINAS ACÍCLICAS
)HC(H 2n2n0f −Δ )H(H)2n2()C(Hn 0
a0a Δ−+Δ
0aHΔ
CnH2n-2 (g,l,s)
n C(grafito) + 1/2(2n -2) H2(g)
nC(g) + (2n-2)H(g)
mol/kcal]2.104n49.275)HC(H[)HC(H 2n2n
0f2n2n
0a −+Δ−=Δ −−
=−Δ )pentadieno3,1(H0f + 18.70 kcal/molCH2 CH CH CH CH3
=−Δ )pentadieno4,1(H0f + 25.20 kcal/molCH2 CH CH2 CH CH2
=−Δ )pentadieno3,2(H0f + 33.10 kcal/molCH3 CH C CH CH3
Al tratarse de tres isómeros, la suma de las energías de enlace es la misma en los tres casos:
∑ 0D (pentadienos) = 148 x 2 + 89 x 2 + 97 x 8 = 1250 kcal/mol
V
82
0aHΔ (1,4-pentadieno) = −25.20 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1248.05 kcal/mol
0aHΔ (1,3-pentadieno) = −18.70 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1254.55 kcal/mol
0aHΔ (2,3-pentadieno) = −33.10 + 275.49 x 5 − 104.2 = + 1240.15 kcal/mol
∑ 0D)HC(H 2n2n0a −Δ Δ
1250
1250
1250
1248.05
1254.55
1240.15
- 1.95
+ 4.55
- 9.85
POLIOLEFINAS ACÍCLICAS
Hidrocarburo )mol/kcal(H0aΔ ∑ )mol/kcal(D0 Δ
1248.05 1250 -1.95 1528.64 1533 -4.36
CH2 CH CH2 CH CH2
971.01 967 +4.01 1254.55 1250 +4.55 1254.45 1250 +4.45 1255.15 1250 +5.15 1537.94 1533 +4.94 676.35 684 -7.65 958.21 967 -8.79 1240.15 1250 -9.85 1242.25 1250 -7.75 1238.45 1250 -11.55
CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
CH2 CH CH CH2
HC CH3
H H
H2C
HC H
H CH3
H2C
CH2 CCH3
CH CH2
CH2 CCH3
C CH2
CH3
CH2 C CH2
CH2 C CH CH3
CH C CH CH3CH3
CH2 C C CH3
CH3
CH2 C CH CH2 CH3
V
83
POLIOLEFINAS CÍCLICAS
mol/kcal)n39.223)HC(H(H nn0f
0a +Δ−=Δ
mol/kcal)102.52n39.223)HC(H(H 1nn0f
0a −+Δ−=Δ +
mol/kcal)20.104n39.223)HC(H(H nn0f
0a −+Δ−=Δ
(CnHn)
(CnHn+1)
(CnHn+2)
Siguen algunos ejemplos. Poliolefina )mol/kcal(H0
fΔ )mol/kcal(H0aΔ ∑ )mol/kcal(D0 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
+
++ +_ _
2s(C) 2px(C) dos OAs sp(C)
sp(C) sp(C)
. .
OA pz
OA sp OA sp
OA py
OA pz
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)
sp2(C) sp2(C)
+
2py(C)
___
+
+ +
+
++
+
tres OAs sp2(C)
sp2(C)
__
_
.
. .
átomo de carbono con hibridación sp2
OA pz
OA sp2OA sp2
OA sp2
OA pz
átomo de carbono con hibridación sp2
.
. ..
.
V
85
HIBRIDACIÓN sp3: Los híbridos sp3 se obtienen por combinación lineal de un OA 2s y tres OAs 2p de carbono
+
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(C)
sp3(C) sp3(C)
+
+
sp3(C)
__
__+
+
+
sp3(C)
.
. ..
átomo de carbono con hibridación sp3
OA sp3
OA sp3OA sp3
OA sp3
átomo de carbono con hibridación sp3
.
. ..
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
C: 1s2 2s2 p2 1s2 2s1 px1py
1pz1 electrones de valenciaH C C H
1 Formación de dos OAs híbridos sp de carbono:
+
2s(C) 2px(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:
dos OAs sp(C)
+
dos OAs sp(C)
C(sp) C(sp)
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
2py
2py
π
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:
1s(H)
+ +
1s(H)
C(sp) C(sp) σ [C(sp)-C(sp)]
σ [H(1s)-C(sp)] σ [H(1s)-C(sp)]
. . . . . . . . . . . .
H C C H
σ [C(sp)-H(1s)]
π [C(2pz)-C(2pz)]
π [C(2py)-C(2py)]
σ [C(sp)-C(sp)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETILENO
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETILENO
C: 1s2 2s2 p2 1s2 2s1 px1py
1pz1 electrones de valencia
H
C C
H
H H Formación de tres OAs híbridos sp2 de carbono:
+
2s(C) 2px(C)
tres OAs sp2(C)
+
2py(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
C C
H
H H
σ [H(1s)-C(sp2)]
σ [C(sp2)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETANO
C: 1s2 2s2 p2 1s2 2s1 px1py
1pz1 electrones de valenciaC C
H
H
H
H
H
H
1 Formación de cuatro OAs híbridos sp3 de C:
+
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(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) C(sp3) σ [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):
σ [C(sp3)-C(sp3)]
+
H(1s)
.
. .
. .
.
. .
.
..
.. .
.
. .
..
..
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ETANO
C C
H
H H
H
H
H
σ [C(sp3)-C(sp3)]
σ [H(1s)-C(sp3)]
σ [C(sp)-C(sp)] C C
C C
C C
C N
:
C N :
C O
C(2s1px1py1pz1)
híbrido geometría grupo funcionalátomo tipo de enlace
sp C C (alquinos)
sp2 σ [C(sp2)-C(sp2)] (alquenos)C C
sp3 σ [C(sp3)-C(sp3)] (alcanos)C C
O(2s1px1py2pz1) sp3 σ [C(sp3)-O(sp3)] (alcoholes, éteres)C O:
sp2 σ [C(sp2)-O(sp2)] C O
:: C O: (aldehidos, cetonas)
N(2s2px1py1pz1) sp3 σ [C(sp3)-N(sp3)] C N: (aminas)
sp σ [C(sp)-N(sp)] C N : (nitrilos)
: :
TIPOS DE HIBRIDACIÓN Y GEOMETRÍA MOLECULAR
::
V
89
ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE GRUPOS FUNCIONALES
ALCOHOLES Y ÉTERES
C: 1s2 2s1 px1py
1pz1 +
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(C)
.
.
.
..
. ..
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) cuatro OAs sp3(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1 . .
.
.
. .
.. ...
.
Orbitales moleculares localizados del metanol
C OH
H
HH
Metanol:
+
C(sp3) O(sp3) σ [C(sp3)-O(sp3)]
.
.
. .
.
.
..... .
.
. .
.
....
+
σ [C(sp3)-O(sp3)]
H(1s)
.
. .
. .
.
. ...
.
..
..
..
. .
..
....
C
H
H
HO
H
σ [H(1s)-C(sp3)]
σ [C(sp3)-O(sp3)]
σ [H(1s)-O(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL METANOL
V
90
Orbitales moleculares localizados del dimetil éter
O CH3:
: O
H HHH
H H::
Dimetil éter: CH3
+
C(sp3) O(sp3) σ [C(sp3)-O(sp3)]
2 σ [C(sp3)-O(sp3)]
.
.
..
.
.
..
.
. .
. .
.
..
.
. .
.
... .
+
C(sp3) C 3)
O(sp3)
..
.
. . . . ..
.
.
.. .
..
..
. . .
.
.
. ..
.
. .... ...
(sp
: O
H H
HH
H H:
σ [C(sp3)-O(sp3)] σ [H(1s)-C(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL DIMETIL ÉTER
ALDEHIDOS Y CETONAS
C: +
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(C)
1s2 2s1 px1py
1pz1 . .
..
.
. ..
C +
2s(C) 2px(C)
+
2py(C)
OA pz
+
2pZ(C) tres OAs sp2(C) + un OA pz(C)
1s2 2s1 px1py
1pz1 . .
.. .
.
.
..
V
91
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1 . .
..
.
. .
.
...
.
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
OC O
CH3
H ::Acetaldehido: CH3 C H
C
O
HCH
H H
σ [C(sp3)-C(sp2)]
σ [C(sp2)-O(sp2)]
σ [H(1s)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp3)] σ
. .
.. .
.
. . ..
.
.
. .. .
C OHCH3
..
..
..
. .. .
. .
.. ....
C
O
H
H
HH
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
[H(1s)-C(sp3)]σ
σ[H(1s)-C(sp2)]
σ [C(sp3)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETALDEHIDO
V
92
Orbitales moleculares localizados de la dimetilcetona
C
H H HHH
H
O
Dimetilcetona: CH3 CO
CH3
C
O
H
H
H
HH H
σ [C(sp2)-C(sp3)]
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp3)] σ σ [H(1s)-C(sp3)]
.. ..
.
.
... .
.. .
.
. .. .
...
.
C OCH3
CH3
CH3
CH3
.
. .
.
. .. .
C
O
H
HH
H
HH
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
σ [C(sp2)-C(sp3)]
σ [H(1s)-C(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA DIMETILCETONA
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
C: +
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(C)
1s2 2s1 px1py
1pz1 . .
.. .
...
V
93
C +
2s(C) 2px(C)
+
2py(C)
OA pz
+
2pZ(C) tres OAs sp2(C) + un OA pz(C)
1s2 2s1 px1py
1pz1 . .
..
.
.
..
.
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) cuatro OAs sp3(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1 . .
..
.
.
......
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1 . . .
.
.
. .
...
..
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
Ácido acético:C
O
H
H
OH
HCH3 CO
OH
C
O
H
H
O
H
Hσ [O(sp3)-C(sp2)]
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp3)] σ
.. ..
.
.
... .
. ...
. .. .
.. ..
V
94
C OCH3
HO
CH3
HO
. .
. .. ...
C
O
O
H
HH
H
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
σ [H(1s)-O(sp3)]
σ [O(sp3)-C(sp2)] [H(1s)-C(sp2)]σ
σ [C(sp3)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ÁCIDO ACÉTICO
ÉSTERES
Orbitales moleculares localizados del acetato de metilo
Acetato de metilo:C
O
H
H
OH
H
HH
CH3 CO
OCH3
C
O
H
H
O
H
CH3
σ [O(sp3)-C(sp2)]σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp3)] σσ [O(sp3)-C(sp3)]
.. ..
.
.
... .
.. .
.
. .
. .. .
. ..
.
...
.
C OCH3
CH3O
CH3
CH3O
. .
. .. ...
C
O
O
H
HH
CH3
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
σ [O(sp3)-C(sp2)] [H(1s)-C(sp2)]σ
σ [C(sp3)-C(sp2)]
σ [C(sp3)-O(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETATO DE METILO
V
95
ANHIDRIDOS DE ÁCIDOS
Orbitales moleculares localizados del anhidrido acético
Anhidrido acético: C
OH
H
OHC
OH
H
HCH3 CO
O C
O
CH3
C
O
H
H
O
H
C
O
H
HH
σ [C(sp2)-O(sp2)]
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp3)] σσ [C(sp2)-O(sp3)]
.. . .
.
.
....
. .. .
. .
. ...
. .
. .
.
.
. .. .
...
.
C OCH3
O
CH3
C OCH3
O
CH3
.
. .
. .... .
. .
.
. ...
C
O
OC
O
HH
H HH H
σ [C(sp2)-O(sp3)]
[O(2pz)-C(2pz)]π σ[O(sp2)-C(sp2)]
σ [H(1s)-C(sp3)]
σ [C(sp3)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ANHIDRIDO ACÉTICO
HALUROS DE ÁCIDOS
Orbitales moleculares localizados de un haluro de acetilo
Haluro de acetilo:C
O
H
H
XH
CH3 CO
X
V
96
C
O
XCH
H H
[C(sp3)-C(sp2)] σ
σ [C(sp2)-O(sp2)]
σ [X(sp3)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp3)] σ
.. ..
.
.
... .
..
..
. .
. .
..
. .
C OHX
..
.. ..
..
..
. .
. ...
C
O
X
H
HH
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
σ [X(sp3)-C(sp2)] [H(1s)-C(sp2)]σ
σ [C(sp3)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE UN HALURO DE ÁCIDO
AMINAS
Orbitales moleculares localizados de la dimetilamina
N
H HHH
HH
:Dimetilamina:
:
H
CH3HN CH3
+
C(sp3) N(sp3) σ [C(sp3)-N(sp3)]
2 σ [C(sp3)-N(sp3)]
.
. .
. .
.
...
.
. .
. .
.
. ..
.
..
..
V
97
+
C(sp3) C 3)
N(sp3)
..
.
. .
. ..
. . ..
.
.
.. .
.
.
. .
.. . .
. .
.
..
..
. .
(sp
NH
H
H
H H
H
σ [C(sp3)-N(sp3)]
[H(1s)-C(sp3)] σ
H
:
σ [H(1s)-N(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA DIMETILAMINA
AMIDAS
Orbitales moleculares localizados de la N-metilacetamida
N-Metilacetamida:C
O
H
H
NH
H
H
H
H
CH3 CO
NH CH3
:
C
O
NCH
H H H
CH
HH
[C(sp3)-C(sp2)] σ
[C(sp2)-O(sp2)] σσ [N(sp3)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp3)] σσ [N(sp3)-C(sp3)]
.. ..
.
.
... .
.. .
.
. ..
..
..
..
.
...
.
C OHN
CH3
CH3NH
CH3
CH3
. .
. . ....
V
98
C
O
NH
H
H H
σ [C(sp2)-O(sp2)][C(pz)-O(pz)]π
[H(1s)-C(sp3)]σ H
HH
[C(sp3)-C(sp2)] σ σ [C(sp2)-N(sp3)]
σ [N(sp3)-C(sp3)]
σ [H(1s)-C(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DE LA N-METILACETAMIDA
NITRILOS
Orbitales moleculares localizados del etanonitrilo
Etanonitrilo: : CH
HH
C NCH3 C N
+
σ [C(sp)-N(sp)]
sp(N)sp(C)
sp3(C)
+
σ [C(sp3)-c(sp)]
.
.
..
. . . .
.
. .
. . . . ...
+
.
. .
. . . . . .
..
..
..
. . . . ...
H
HH
2pz 2pz
2py
2py
π
π
C C N :
H
HH
π [C(pz)-N(pz)]
π [C(py)-N(py)]
σ [C(sp3)-C(sp3)]
[H(1s)-C(sp3)] σ
σ [C(sp)-N(sp)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL ACETONITRILO
V
99
NITRODERIVADOS
C: +
2s(C) 2px(C)
+
2pz(C) cuatro OAs sp3(C)
+
2py(C)
1s2 2s1 px1py
1pz1 . .
..
.
. ..
N +
2s(N) 2px(N)
+
2py(N)
OA pz
+
2pz(N) tres OAs sp2(N) + un OA pz(N)
1s2 2s2 px1py
1pz1 .. .
.. .
. ...
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) cuatro OAs sp3(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1
[ OA sp3 vacio ]
.. .
..
. . . ....
+
2s(O) 2px(O)
+
2pz(O) tres OAs sp2(O) + un OA pz(O)
+
2py(O)
O: 1s2 2s2 px1py
2pz1 .. .
.
.
. .
. .. ..
Orbitales moleculares localizados del nitrometano
:
+_Nitrometano:
H
HH
NO
O
::
:
:CH3 NO2
V
100
N
O
OCH
H H
[C(sp3)-N(sp2)] σ
[N(sp2)-O(sp2)] σ
σ [N(sp2)-O(sp3)] (enlace dativo)
[H(1s)-C(sp3)] σ
.. ..
.
.
....
.. .
. .. ..
..
. .
N OO
H3CCH3
O
. .
. . ....
C
H
HH
N
O
O
::
:
:_
+
[N(sp2)-C(sp3)] σ π [N(pz)-O(pz)]
σ [N(sp2)-O(sp2)]
σ [N(sp2)-O(sp3)] (enlace dativo)
[H(1s)-C(sp3)]σ
:
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL NITROMETANO
CUMULENOS
Orbitales moleculares localizados del 1,2-propadieno
1,2-Propadieno: H2C C
( )CH2 CH
HC C
H
H
( )
CH
H C C
H
H
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp2)-C(sp)] σ
σ [H(1s)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp2)]σ
.. .
. . . . .
..
..
V
101
H
H
H
HC
HH C C
H
H
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
. .. .
CH
HC
( ) C
H
H [pz(C)-pz(C)] π
[C(sp2)-C(sp)] σ σ[C(sp2)-C(sp)]
π [py(C)-py(C)]
σ[H(1s)-C(sp2)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,2-PROPADIENO
Orbitales moleculares localizados del 1,2,3-butatrieno
1,2,3-Butatrieno: H2C C C
( ) CH2 C C C
( ) CH HH H
CH
HC C
H
HC
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp)-C(sp)] σ [H(1s)-C(sp2)]σ σ [C(sp)-C(sp2)]
..
.. . . . . . . . .
. .
H
HC
HH C C
H
HC
HH
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
π [pz(C)-pz(C)]
. ..
..
.
[pz(C)-pz(C)] ππ[py(C)-py(C)]
CH
HC
( ) C
π [pz(C)-pz(C)]
CH
H
[C(sp2)-C(sp)] σ σ [C(sp)-C(sp2)]σ [C(sp)-C(sp)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,2,3-BUTATRIENO
V
102
POLIOLEFINAS CONJUGADAS
Orbitales moleculares localizados del1,3-butadieno
1,3-Butadieno: CHH
CH
C CH H
HCH2 CH CH CH2
H H
H
H
H H
σ [C(sp2)-C(sp2)]
[C(sp2)-C(sp2)] σ
σ [C(sp2)-C(sp2)] [H(1s)-C(sp2)]σ
..
..
. .
..
. .
..
. .
..
..
H
HH
H H
H
π [C(pz)-C(pz)]
π [C(pz)-C(pz)]
. .
. .
CH
HC
C
H
HC
H
H
π [C(pz)-C(pz)]
π [C(pz)-C(pz)]
σ [C(sp2)-C(sp2)]
[C(sp2)-C(sp2)] σ
[C(sp2)-C(sp2)] σ
[H(1s)-C(sp2)]σ
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,3-BUTADIENO
Orbitales moleculares localizados del 1,3-ciclohexadieno
1,3-Ciclohexadieno: HH
H H
H
H
H
H
V
103
HH
HH
H
H
H
Hσ [C(sp3)-C(sp3)]
σ [C(sp2)-C(sp3)]
[H(1s)-C(sp2)]σ
σ [H(1s)-C(sp3)]
[C(sp2)-C(sp2)] σ
.
.
....
..
..
. .
.
.
. . . ...
.
.
. .... .
H
H
H
H
[C(pz)-C(pz)]π π [C(pz)-C(pz)]
..
..
H
H
π [C(pz)-C(pz)]
H
H
[C(sp2)-C(sp2)]σ
[C(sp2)-C(sp3)]σ σ [C(sp3)-C(sp3)]
σ [H(1s)-C(sp3)]
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL 1,3-CICLOHEXADIENO
EL MODELO DE ENLACE DESLOCALIZADO
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 estructurasresonantes, y se relacionan entre sí mediante dicho símbolo.
ADVERTENCIA IMPORTANTE
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 CH CH2
*
++
*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 CH2+
**H2C CH CH2
+
H2C CH CH2**
H2C CH CH2
H2C CH CH2**
H2C CH CH2
_ _
H2C CH CH**
CH CH2 H2C CH CH 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
HH
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:
catión radical anión
pz (vacio)
...
.
.. .
pz
.
.
...
pz (lleno)
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 CH2+
**H2C CH CH2
+
HH H
HH
HH H
HH
. . ..
++
V
106
Alilo (radical) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es tres:
H2C CH CH2**
H2C CH CH2
HH H
HH
HH H
HH
. . . ...
Alilo (anión) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es tres y el número de electrones π es cuatro:
H2C CH CH2**
H2C CH CH2
__
HH H
HH
HH H
HH
. . ...
.
..
_ _
Pentadienilo (catión) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es cuatro:
HH H
H H
H
H
HH H
H H
H
H+
+
. .. .
. ..
.HH H
H H
H
H
.
+. .
.
H2C CH CH CH CH2 H2C CH CH CH CH2** *
++H2C CH CH CH CH2
+
Pentadienilo (radical) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es cinco y el número de electrones π es cinco:
HH H
H H
H
H
HH H
H H
H
H
HH H
H H
H
H
. .. .
.
. .. .
.
. .. .
.
H2C CH CH CH CH3 H2C CH CH CH CH2 H2C CH 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:
HH H
H H
H
H
H2C CH CH CH CH2
HH H
H H
H
H
HH H
H H
H
H
H2C CH CH CH CH2 H2C CH CH CH CH2
.
** *
:_
_
.. .
.
.
: :_ _
__
. ..
.
..
.
.
.. .
.
MOLÉCULAS ACÍCLICAS (n = 1,2... ; n' = 0,1,2...)
:
(2n'+ 3) (2n'+ 2) catión no localizado
(2n'+ 3) (2n'+ 3) radical no localizado
(2n' + 3) (2n'+ 4) anión no localizado
(2n + 2) (2n + 2) polieno localizado
Tipo de sistema π nc n0 e(π) Especie Tipo de enlace π
H2C CH CH CH2( )n
H2C CH CH CH( )n'
CH2
H2C CH CH CH( )n'
CH2+
H2C CH CH CH( )n'
CH2_
Siguen algunos ejemplos:
n = 1 ; nc = (2n + 2) = 4 ; n0 e(π) = (2n + 2) = 4: H2C CH CH1,3-butadieno CH2
n = 1 ; nc = (2n' + 3) = 5 ; n0 e(π) = (2n' + 2) = 4: catión pentadienilo H2C CH CH**
CH CH2*
+
n' = 1 ; nc = (2n' + 3) = 5 ; n0 e(π) = (2n' + 3) = 5: 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*
:_
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:
HH
H
H
++
++
Cicloheptatrienuro (anión) El número de átomos de carbono del sistema conjugado es siete y el número de electrones π es ocho:
HH
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
Benceno: HH
H H
H H
V
110
HH
HH
H
H [H(1s)-C(sp2)]σ σ [C(sp2)-C(sp2)]
.
.
....
.
.
..
. .
.
.
. . . .
.
.
..
..
π [C(pz)-C(pz)]
..
. ..
.
π [C(pz)-C(pz)]
σ [C(sp2)-C(sp2)]
σ [H(1s)-C(sp2)]
H H
H H
HH
ORBITALES MOLECULARES LOCALIZADOS DEL BENCENO
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:
comparada conCH
CHHC
H2C
CHH2C
Cationes Los cationes monocíclicos con (4n-1) átomos de carbono y (4n-2) electrones π son aromáticos:
comparada conCH
CHHC
H2C
CHH2C
++
Los cationes monocíclicos con (4n + 1) átomos de carbono y 4n electrones π son antiaromáticos:
V
112
comparada con
++
HC
H2C
H2C
CH
CH
Aniones Los aniones monocíclicos con (4n + 1) átomos de carbono y (4n + 2) electrones π son aromáticos:
comparada con
HC
H2C
H2C
CH
CH
_ _
Los aniones monocíclicos con (4n-1) átomos de carbono y 4n electrones π son antiaromáticos:
comparada conCH
CHHC
H2C
CHH2C__
EJEMPLOS n = 1 ; 4n = 4 ; n0 e(π) = 4n = 4 ; CICLOBUTADIENO (antiaromático) :
n = 1 ; (4n + 2) = 6 ; n0 e(π) = (4n + 2) = 6 ; BENCENO (aromático) :
n = 1 ; (2n + 1) = 3 ; n0 e(π) = (2n + 1) = 3 ; CICLOPROPENILO (radical: no aromático) :
H n = 1 ; (4n - 1) = 3 ; n0 e(π) = (4n - 2) = 2 ; CICLOPROPENILO (catión: aromático) :
H
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)
(aromático) (antiaromático) (aromático)nc = 8 10...6
(antiaromático)4
CATIONES MONOCÍCLICOS
+ ++
+
(aromático) (aromático)(antiaromático) (antiaromático)
nc = 3 5 7 9...
ANIONES MONOCÍCLICOS
(aromático) (aromático)(antiaromático) (antiaromático)
nc = 3 5 7 9...
_ __
_
H HH
H
H HH
H
V
114
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 aromático no localizado
(4n - 1) 4n monoanión antiaromático no localizado
(4n + 1) (4n + 2) monoanión aromático no localizado
(4n + 1) 4n monocatión antiaromático no localizado
Átomos del ciclo n0 e(π ) Especie Carácter Tipo de enlace
MOLÉCULAS MONOCÍCLICAS (n = 1,2...)
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 CH CH2+ 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:
H2C CH CH2+
**H2C CH CH2
+
H2C CH CH**
CH CH2 H2C CH CH CH CH2 H2C CH CH CH CH2*
_ _ _
V
115
Ejemplos de hidrocarburos alternantes impares derivados de benceno:
CH2 CH2 CH2+ +_
Anión bencilo Catión 3-fenilpropenilo 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 CH2
H
H
H
H*
*
*
**
**
*
H
H
H
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]
[sistema conjugado de tres carbonos sp2]
H2C CH CH CH3**
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)
+
sistema conjugado de 9 carbonos
CH C
CH3
CH CH CH2
CH3
*
**
* *
C(sp3)
C(sp3) C(sp3)
C(sp3)
CH3
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:
-aCH2+
*
*
*
*
a
átomo sinasterisco
átomo sinasterisco
-a
[(a)+(−a)=0] [(a)+(−a)=0] Finalmente, se utiliza esta primera propiedad para calcular el valor relativo del coeficiente en el carbono con carga:
-a
2a
CH2+
*
*
*
*
a
átomo sinasterisco
-a
[(−a)+(−a)+2a=0]
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
-a
CH2+
*
*
*
*
a
-a
2a
(a)2+ (-a)2+ (-a)2+ (2a)2 = 1
= =2 17a 1 a7
Los coeficientes del ONE en el radical bencilo serán los siguientes:
27 CH2
+*
*
*
*
17
17
− 17
−
El orbital molecular no enlazante será de la forma:
ONE 1 2 3 41 1 1 2
7 7 7 7Ψ = Φ − Φ − Φ + Φ
O su equivalente:
ONE 1 2 3 41 1 1 2
7 7 7 7Ψ = − Φ + Φ + Φ − Φ
Donde son los orbitales atómicos que se han empleado en hacer la combinación lineal que da lugar a los orbitales moleculares.
1 2 3, , y Φ Φ Φ Φ4
Como los signos de los coeficientes son intercambiables, existen dos formas de expresarlos que son equivalentes:
-a
CH2+
*
*
*
* a
-a
2a CH2+
*
*
*
*
-2a
a
a-a
CH2+
*
*
*
*
17
17
− 17
−
CH2+
*
*
*
*17
27
−
17
17
−
27
V
119
Siguen algunos ejemplos:
CH+
*
*
*
*
a
-a-a
2a*
-2a(-2a)2+ (2a)2+ (-a)2+ (a)2+ (-a)2 = 1 ;
CH_CH2
111a =
(4a)2+ (-2a)2+ (2a)2+ (-a)2+ (a)2+ (-a)2+ (-2a)2 = 1 ;CH2*
**
**
* *
_
4a-2a
2a-a
a
-a -2a
311a =
CH2+*
***
* * *
3a-2aa
-aa -a
(-3a)2+ (3a)2+ (-2a)2+ a2+ (-a)2+ a2+ (-a)2 = 1 ;261a =
-3a
+*
*
**
*
* *
2a-a
-a-a
-a
a a(2a)2+ (-a)2+ a2+ (-a)2+ (-a)2+ a2+ (-a)2 = 1 ;
101a =
CH2
+*
**
*
**
*3a
-3aa
a
-a
-2a2a
(3a)2+ (-3a)2+ a2+ (-a)2+ a2+ (-2a)2+ (2a)2 = 1291a =
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.
+*
*
*
* 7
(Q = + 4a2)
(Q = + a2)
(Q = + a2)
(Q = + a2)a = 1/
+*
* *
(Q = + 0,57)
(Q = + 0,14)
(Q = + 0,14)
(Q = + 0,14)
*
CH2CH2
V
120
CH=CH-CH2+
*
*
*
*
*
(Q = + 4a2)
(Q = + a2)a = 1/ 11
CH=CH-CH2+
*
*
*
*
*
(Q = + 0,36)
(Q = + 0,09)
(Q = + 4a2)
(Q = + a2)
(Q = + a2)
(Q = + 0,36)
(Q = + 0,09)
(Q = + 0,09)
***
*
*
* *
_16a24a2
4a2a2
a2
a2 4a2
31a = 1/ ***
**
* *
_ - 0,52- 0,13
- 0,13- 0,03
- 0,03
- 0,13- 0,03
CH2 CH2
a = 1/
+*
***
* * *
9a24a2a2
26
+*
***
* * *a2
a2a2
9a2
+ 0,35
+ 0,35+ 0,15+ 0,04
+ 0,04+ 0,04
+ 0,04
CH2 CH2
+*
*
**
*
* *
4a2
a2
a = 1/ 10
a2a2a2
a2 a2 +*
*
**
*
* *
+ 0,4
+ 0,1
+ 0,1
+ 0,1
+ 0,1 + 0,1
+ 0,1
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 2a
-a
Q(max.) = 4a2
+
**
* *
a
-a 2a
-aBr
_
Br
CH2Br*
+ *
**
* *a
-a
a -2a
2a
-3a
Q(max.) = 9a2
*+
*
**
* *a
-a
a -2a
-3a
2a Br_
CH2CH2
V
121
+*
**a
-a
a
+
*
**a
-a
a
Br_
Br_
CH2H2C
CH2BrH2C CH2H2C
Br
CH2H2C
+
a
-a2a
-2a
*
*
*a*
CH2 CH2Br
Q(max.) = 4a2
a
-a2a
-2a
*
*
*a*
+ a
-a2a
-2a
*
*
*a* +
Br_
Br_
CH2
Br
CH2 CH2
ENTALPÍA DE ATOMIZACIÓN DE ANULENOS CnHn(n = 4, 6, 8…) El número de carbonos es par: 4, 6, 8, etc.:
)HC(H nn0fΔ )H(Hn)C(Hn 0
a0a Δ+Δ
)g(H2n)grafito(nC 2+
mol/kcaln39.223)HC(H)HC(H nn0fnn
0a +Δ−=Δ
CnHn(l,s) nC(g) + nH(g)
Ejemplo: benceno
=Δ )benceno(H0f +19.820 kcal/mol
=Δ )benceno(H0
a -19.820 + 223.39 x 6 = +1320.52 kcal/mol Δ = 27.52 kcal/mol
=∑ )benceno(D0 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 )mol/kcal(H0fΔ )mol/kcal(H0
aΔ ∑ )mol/kcal(D0 Δ
benceno 19.82 1320.52 1293 27.52 tolueno 11.95 1603.88 1576 27.88 etilbenceno 7.12 1883.20 1859 24.20 o-xileno 4.54 1886.78 “ 27.78 m-xileno 4.12 1887.20 “ 28.20 p-xileno 4.29 1887.03 “ 28.03 propilbenceno 1.87 2164.94 2142 22.94 isopropilbenceno 0.94 2165.87 “ 23.87 1,3,5-trimetilbenceno -3.84 2170.65 “ 28.65 butilbenceno -3.30 2445.60 2425 20.06 α-metilestireno 27.00 2035.61 2007 28.61 o-metilestireno 28.30 2034.31 “ 27.31 m-metilestireno 27.60 2035.01 “ 28.01 naftaleno ⎯ 2093.60 2050 43.6 antraceno ⎯ 2863.86 2807 56.86 fenantreno ⎯ 2869.56 “ 62.56
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) (2)
(3)
1.1) H2C CH CH CH CH2+
H2C CH CH CH CH2
+
+H
(4)
1.2)+
++
(5) (6)
CH2
CH CH3
(7)
1.3)
(8) (9)
H2C CH CH CH CH CH CH2 _
V
123
Apartado 2: ¿Cuál será el producto principal que se obtendrá cuando cada uno de los carbocationes siguientes reacciona con anión bromuro?
(4)(3)
+
(5)
CH2+
+
+
+
(1) (2)
H2C CH2
CH2 CH CH3
5.2 Apartado 1: Averigua si el anión (1) puede describirse empleando el modelo de enlace localizado.
ΔHa(H2) = 104,2 kcal/mol D0(C=C) = 148 kcal/mol
ΔHa (grafito) = 171,3 kcal/mol D0(C-C) = 89 kcal/mol
ΔHf (1) = 60,4 Kcal/mol D0(C-H) = 97 kcal/mol
CH2
(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:
CH2+
Cl_
Reacción 2:
_CH2
H3O+
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):
(1) (2)
(3)
CH3 CH CH CH2 CH3 CH CH CH2
Me
H
Subapartado b):
H2C C CH
CH3
CH CH CO2Et+
H2C C CH
CH3
CH CH CO2Et+
(6)
H
CH3
CO2Et
+(4) (5)
V
124
Subapartado c):
Me CH2
+
(7) (8) (9) (10)
H
H
H
HMe
H HH+
+
CH2+
Apartado 2: ¿Qué productos se obtendrán cuando cada uno de los carbocationes siguientes reacciona con anión cloruro?
+
++
(3)(2)(1)
HHH
MeH
CH2 CH2
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
CH3 CO
O H CH3 CO
O_
+ OH2H+
ác. acético(ácido)
agua(base)
anión acetato catión hidronio
base conjugada del ac. acético
ácido conjugado del agua
: :
::
:: ::O H
H
CH3CH2 NH2HO +
agua Etilamina(base)(ácido)
H C 3CH2 NH2HO +
aniónhidroxilo
catiónetilamonio
_ H
+
base conjugada del agua
ácido conjugado de la Etilamina
H
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 O
CH3
: B
Cl
Cl
Cl CH3 O
CH3
B
Cl
Cl
Cl+ _
Éter dimetílico(base de Lewis)
Tricloruro de boro (ácido de Lewis)
complejo del Éter dietílico con Tricloruro de boro
CH3CH2 OH
:: Zn2+
Etanol(base de Lewis)
Catión cinc (ácido de Lewis)
CH3CH2 O: Zn
H 2+
complejo de catión cinc y Etanol
VI
126
REACCIONES ÁCIDO – BASE ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS
CONSTANTES DE ACIDEZ Y pKa
CH3__C__OH
O
+ H2O CH3__C__O
O_
+ 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:
Keq [H2O] = Ka =[CH3CO2 ] [H3O+]
_
[CH3CO2H ]= 1,75 x 10-5[H2O] = cte.
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 + Me3C_O
_CH3
__CO2 + Me3C_OH_
Keq =[CH3CO2 ] [Me3C_OH]
_
[CH3CO2H ] [Me3CO ]_
ácido (1) ácido (2) La constante de equilibrio de dicha reacción puede expresarse en función de Ka(1) y Ka(2):
CH3__CO2H + H2O CH3
__CO2 + H3O+_
Keq(1) =[CH3CO2 ] [H3O+]
_
[CH3CO2H ] [H2O]ácido (1)
Ka(1) [H2O]
=
Me3C_OH + H2O Me3C_O + H3O+_
ácido (2) Keq(2) =
[Me3CO ] [H3O+]_
[Me3COH] [H2O] Ka(2) [H2O]
=
CH3__CO2H + Me3C_O
_CH3
__CO2 + Me3C_OH_
Keq(3) =[CH3CO2 ] [Me3C_OH]
_
[CH3CO2H ] [Me3CO ]_
ácido (1) ácido (2)
REACCIÓN GLOBAL:
Keq(3) =[CH3CO2 ] [Me3C_OH]
_
[CH3CO2H ] [Me3CO ]_
Keq(1) Ka(1) Ka(2)=
Keq(2)
Ka (ácido de partida)
Ka (ácido obtenido)= =
En este caso: Ka (ácido acético) = 1,75 x 10–5 Ka (alcohol ter-butilico) = 10–19
CH3__CO2H + Me3C_O
_CH3
__CO2 + Me3C_OH_
ácido (1) ácido (2) Keq(3) =
1,7 x 10-5=
10-19 1,7 x 1014
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)
Keq = antlog [pKa(ácido obtenido) − pKa(ácido de partida)] = antlog ΔpKa
CH3__CO2H + Me3C_O
_CH3
__CO2 + Me3C_OH_
Keq =
pKa 4,8 pKa 19antlog (19 - 4,8) = 1,6 x 1014
Siguen algunos ejemplos (ver Tabla de pKa en el Apéndice II):
H2O + NC HO + NCH_ _
Keq = 2,5 x 10-7
pKa 15,7 pKa 9,1
C6H5_CO2H + C6H5
_NH2 C6H5_CO2 + C6H6
_NH3 Keq = 2,5
pKa 4,2
+_
pKa 4,6
C6H5_OH + MeO C6H5
_O + MeOH Keq = 1,6 x 105
pKa 10
_
pKa 15,2
_
pKa 9
CH3_CO_CH2
_CO_CH3 + EtO CH3_CO_CH_CO_CH3 + EtOH
pKa 17 Keq = 108
__
O2N_CH2_CO2Et + HO O2N_CH_CO2Et + H2O
_
pKa 15,7pKa 5,8
_ Keq = 8 x 109
CH3_CO_CH3 + H
_CH2
_CO_CH3 + 1/2 H2
pKa 19 pKa 35
Keq = 1016_
CH3_CH2OH + NH2 CH3
_CH2O + NH3
_ _
pKa 17 pKa 36
Keq = 1019
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)
ÁCIDO (2) BASE CONJUGADA (2)
BASE CONJUGADA (1)
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:
H3O+ + CH3_CO2
_CH3
_CO2H + H2O
pKa (1) -1,7 pKa (2) 4,8base (2) base (1)
Keq = 3 x 106
CH3_CO2H + HO
_H2O + CH3
_CO2_
pKa (1) 4,8 pKa (2) 15,7base (2) base (1)
Keq = 8 x 1010
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)
ÁCIDO (2) BASE CONJUGADA (2)
BASE CONJUGADA (1)
base (2) + ácido (1) base (1) + ácido (2)
pKa (1) 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:
base (1)base (2) pKa (1) 10,2 pKa (2) 19
Keq = 6 x 108Me3CO + CH3_NO2 CH2
_NO2 + Me3COH_ _
NH2 + CH3_CO2Et CH2
_CO2Et + NH3_ _
base (1)base (2) pKa (1) 23 pKa (2) 36
Keq = 1013
Las especies mayoritarias en el equilibrio son el ácido más débil y la base más débil:
Me3CO + H2O Me3COH + HO_ _
base más fuerte
ácido más débil
ácido más fuerte
Keq = 1995
pKa 15,7 pKa 19
base más débil
Me3CO + H2O Me3COH + HO_ _
Keq =
(1-α) α α(1-α)
α2
(1-α)2= 1995
α = 0,98 ; en el equilibrio
[Me3CO ] = [H2O] = 0,02 moles / l
_
_
[Me3COH] = [HO ] = 0,98 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 = 1α2
(1-α)2= 1 α = 0,5
CH3_CO_CH3 + Me3CO
_CH2
_CO_CH3 + Me3COH
pKa 19 pKa 19
Keq 1
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 6.2Se 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 6.3Calcula 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:
eq0T KlogTR303.2G −=Δ
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):
K298)25273(T;molgrado/kcal10987.1R 03 =+=⋅×= −
eqeq30
298 log36.1Klog29810987.1303.2 KG ×−=××××−=Δ −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ−=
36.1logant
0298
eqGK
[ ] mol/kcal)partidadeácido(pK)obtenidoácido(pK36.1G aa0298 −−=Δ
a0298 36.1 pKG Δ−=Δ
: 50 % de conversión de los reactivos en productos
: el equilibrio está desplazado hacia la izquierda (la reacción no es útil en síntesis)
: el equilibrio está desplazado hacia la derecha (la reacción si es útil en síntesis)
Δ = =G K0298 eqSi 0 1
Δ > <G K0298 eqSi 0 1
Δ 0298 eqSi G < 0 K >1
EJERCICIO 6.4Calcula 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:
Reacción 2:
CH3_NO2 + CH3
_CO2 Na+ CH2_NO2 + CH3
_CO2H + Na+__
CH3_CO2Et + NH2 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 RESUELTOEscribe el mecanismo de la siguiente reacción, cuando el proceso tiene lugar de derecha a izquierda:
H
CHCH3 CH
Br
CH3
HO_
CHCH3 CH CH3
HO
Br_
H
:
:: :
::
RESPUESTA:
CHCH3 CH CH3
Br_
HO H H
CHCH3 CH
Br
CH3
HO_
:
::
:: :
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.
C A 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
0T
0T
0T STHG Δ−Δ=Δ
El superíndice indica que la presión es de 1 atmósfera y el subíndice es la temperatura absoluta a la que tiene lugar la reacción
[ ] [ )B(Gb)A(Ga)D(Gd)C(Gc)neta(G 0T
0T
0T
0T
0T Δ+Δ−Δ+Δ=Δ ]aA + bB cC + dD
0)neta(Si 0
T <ΔG aA + bB cC + dD hasta que la reacción alcance el estado de equilibrio
0)neta(Si 0T >ΔG cC + dD aA + bB hasta que la reacción alcance el estado de equilibrio
0)neta(Si 0
T =ΔG aA + bB cC + dD la reacción está en estado de equilibrio
EJERCICIO RESUELTOExplica en qué sentido tendrá lugar la siguiente reacción, cuando se realiza a 250 C y 1 atm.de presión:
CH3CH2OH (l) + 3O2 2CO2(g) + 3H2O(l)
0298 2 5ΔG (C H OH , l) = -40.2 kcal/mol 0
298 2G (CO , g) = -94.26 kcal/molΔ 0298 2ΔG (H O , l) = -56.70 kcal/mol
RESPUESTA:
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 reac-cionan) 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.
0298G (neta) = -3×56.7 +(-2×94.26) - (-40.2) = -318.42 kcal/molΔ
0Si 0T <ΔH la reacción es exotérmica
S = R lnp (p = número de estados posibles del sistema) 0Si 0
T >ΔH la reacción es endotérmica
0S0T ≈Δ
0S0T >Δ
0S0T <Δ
A + B C + D
C + D
A + B
A
C
(no hay variación del desorden)
(aumenta el desorden)
(disminuye el desorden) Cuando es necesario calcular la variación de energía libre de una reacción, a la presión de 1 atm., pero a una temperatura T distinta de 250C, puede utilizarse la siguiente aproximación:
0298
0298
0T STHG Δ−Δ=Δ
VI
133
Por otra parte,
eq0T KlogR303.2 TG −=Δ
cal/mollog4.6mol/kcallog106.4log10987.1303.2KlogR303.2 eqeq
3eq
3eq
0T KTKTKTTG −=×−=××−=−=Δ −−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ−Δ−=⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ−=
TTH
TGK
6.4S
logant6.4
logant0298
0298
0T
eq
Por ejemplo, la siguiente reacción es exotérmica cuando tiene lugar de izquierda a derecha:
+ 3H2 ΔHT < 0
ΔST < 0 , ya que cuatro moléculas se trasforman en una y, en consecuencia, disminuye el desorden.
0 0 0298 298A temperatura ambiente (25 C) se cumple que ΔH > TΔS y entonces:
0)()( 0298
0298
0298
0298
0298
0298
0298 <Δ+Δ−=Δ−−Δ−=Δ−Δ=Δ STHSTHSTHG
Tendrá lugar la reacción:
0G0298 <Δ+ 3H2
[ ] [ ] :cumpliráseySHC300hastaelevaseatemperaturlaSi 0298
0298
0 Δ<Δ T
0)()( 0298
0298
0298
0298
0298
0298
0573 >Δ+Δ−=Δ−−Δ−=Δ−Δ=Δ STHSTHSTHG
Ahora, la reacción que tiene lugar es la inversa:
0G0573 >Δ+3H2
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 RESUELTOA 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:silla bote mol/cal5000)sillabote(G0
298 =−Δ
silla bote(1-α) α
Keq =[bote]
[silla]= α
(1-α) = 0.000224 α = 0.0002239
[bote] = 100α = 0.02239 % [silla] = (1-α)100 = 99.9776 %
0-4298
eqΔG 5000K = antlog - = antlog - = 2.24×104.6 T 4.6×298
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
EJERCICIO RESUELTOConsidera el equilibrio entre las conformaciones anti y sesgada del n-Butano:
a) Calcula el porcentaje de n-Butano sesgado a 250 Cb) Repite el cálculo para 5000 Cc) ¿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?
CH3
H HCH3
HHH
CH3 HCH3
HH
anti sesgada
mol/kcal8.0H0298 =Δ
.e.u4.1S0298 =Δ
RESPUESTA:
a)(1-α) αanti sesgada 0
2980298
0T STHG Δ−Δ=Δ
A 250 C (2980 K): 0298ΔG = 800 - 298×1.4 = 382.8 cal/mol 0
eq 298logK = -ΔG /4.6 T = -382.8/1370.8 = -0.279
Keq = 0.5257
Keq =[sesgada]
[anti]=
α(1-α) = 0.5257 α = 0.344
VI
135
RESPUESTA (continúa)
[anti]= 100 α = 34.4 %[sesgada] = (1-α)100 = 65.6 %
b) A 5000 C (7730 K): eq0 0 0T 298 298
logKΔG = ΔH - TΔS = -
4.6T
0773ΔG = 800 - 773×1.4 = -282.2 cal/mol 0
eq 773logK = -ΔG /4.6T = +282.2/3555.8 = +0.079
eqK = antlog (+0.079) = 1.1995
Keq =[sesgada]
[anti]=
α(1-α) = 1.1995 α = 0.545
[anti]= 100α = 54.5 %[sesgada] = (1-α)100 = 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).
[sesgada] = [anti] ; α = 0.5 ; Keq =[sesgada]
[anti]=
0.5(1−0.5)
=α
(1−α)= 1
0 00 0 0298 298
eq TΔH -TΔS -800 +1.4TlogK = -ΔG /4.6T = - = = 0 ; T = 571.43 K = 298.4 C
4.6T 4.6T
d)
EJERCICIO RESUELTO
Bajo condiciones experimentales adecuadas, es posible transformar un alqueno en un alcohol:
R CH CH2 + H OHH3O+
R CHOH
CH3 0H0S 0T
0T <Δ<Δ
¿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 OHH3O+
R CHOH
CH3 0H0S 0T
0T <Δ<Δ
Si la temperatura no es muy alta se cumple [ H] > [TΔS] y entonces:
0 0 0 0 0 0 0T T T T T T TΔG = (ΔH - TΔS ) = -ΔH - (-TΔS ) = -ΔH + TΔS < 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,
0 0 0 0 0 0 0T T T T T T TΔG = (ΔH - TΔS ) = -ΔH - (-TΔS ) = -ΔH + TΔS > 0
La formación de alcohol estará favorecida trabajando a temperaturas no muy altas y empleando exceso de agua.
Obtención de la olefina:
R CH CH2 + H OHH3O+
R CHOH
CH3 ΔST >0 ΔHT > 0+ +
Ahora sucede lo contrario. Si la temperatura no es alta se cumple que [Δ HT] > [TΔS] y entonces:
0 0 0T T TΔG = (ΔH - TΔS ) > 0
Si la temperatura se eleva lo suficiente: [ ΔH] < [TΔS] y se cumplirá,
0 0 0T T TΔG = (ΔH - TΔS ) < 0
La constante de equilibrio de la reacción es:
K'eq =
[alcohol][alqueno] [H2O]
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.
R CHOH
CH3H3O+
R CH CH2 + H2OQ
INTERMEDIOS DE REACCIÓN
CARBOCATIONES Los haluros de alquilo reaccionan con NaOH acuoso, dando lugar a alcoholes:
CH3 CCH3
CH3
Cl + NaOH CH3 CCH3
CH3
OH + Cl Na_
+ +
La reacción transcurre del modo siguiente:
VI
137
CH3 CCH3
CH3
Cl CH3 CCH3
CH3
+ + Cl_
(carbocatión)
CH3 CCH3
CH3
+ + HO_
CH3 CCH3
CH3
OH
Los carbocationes tienen una geometría triangular y plana:
CH3 CCH3
CH3
+
(carbocatión)
CH3 CCH3
CH3+CH3
CH3
CH3
[OA vacio] Una prueba indirecta de la existencia de cationes carbonio planos es la racemización de sustratos ópticamente activos:
C6H5 CH
CH3
Cl
estereoisómero puro ópticamente activo
NaOHH2O
C6H5 CH
CH3
OH50 % (R)
50 % (S)
C6H5CH3
H
C6H5
OH
CH3H
C6H5
OH
CH3
H
+
1
2
estereoisómero puro ópticamente activo
C6H5
CH3
H
ClCl
C6H5 CH3
H(S)
HO_
1
2
OH
C6H5 CH3
H(S)
H
C6H5 CH3
OH(R)
ESTABILIDADES RELATIVAS DE LOS CATIONES CARBONIO
>R C CH2+
Ar CH2+
R CR
R+ > CH2 C
RCR
R+
R CR
H+ > R C
H
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 CCH3
CH3
CH2OHHCl CH3 C
Cl
CH3
CH2 CH3 CH3 CCH3
CH3
CH2 Cly no
2-Cloro-2-metilbutano 1-Cloro-2,2-dimetilbutano2,2-Dimetil-1-propanol
VI
138
CH3 CCH3
CH3
CH2
::OH H+ CH3 C
CH3
CH3
CH2 :OH
H+
H2O_CH3 C
CH3
CH3
CH2+
(carbocatión primario)
transposiciónCH3 C
CH3
CH3
CH2+ CH3 C
CH3
CH2 CH3+
(carbocatión terciario)
Cl_
CH3 CCH3
CH2 CH3
Cl
2-Cloro-2-metilbutano
CARBANIONES Los carbaniones se forman a partir de compuestos que tienen hidrógenos ácidos unidos a átomos de carbono:
Keq = 103EtO CO
CH2 CO
OEt
α
Malonato de dietilo
pKa 13
+ Et3N: EtO CO
CH CO
OEt_
+ Et3N H+
pKa 10
Acetilacetato de etilo
pKa 11,0
pKa 15,7
Keq = 5,0 x 104H3C CO
CH2 CO
OEt
α
+ HO_
H3C CO
CH CO
OEt_
+ H2O
Los carbaniones, lo mismo que los cationes carbonio, tienen geometría triangular y plana:
HCO2Et
CO2Me
[OA lleno]
EtO CO
CH CO
OMe_
HCO2Et
CO2Me_
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:
1)HO
2)ICH3CH2
CO2Et
CO2Me CH3 CH
CO2Et
CO2Me
_
CH2
EtO2C
MeO2C+ HO
_CH
EtO2C
MeO2C
_+ H2O
CHEtO2C
MeO2C
_CH3 I CH
EtO2C
MeO2CCH3 + I
_
VI
139
HCO2Et
CO2Me
H
CH3
CO2EtCO2Me
CH3
H CO2Et
CO2Me
(S)
(R)
CH3 I
CH3 I
1
2
H
CH3
CO2EtCO2Me
CO2Me
H CH3
CO2Et
1
2
VELOCIDAD Y ORDEN DE UNA REACCIÓN
CH3Br + CH3CH2O Na_ + CH3 O CH2CH3 velocidad moderada: 4h
+ CH3CH2O Na_ + CH3 C
CH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
CH3
Br velocidad moderada: 4h
CH3 CCH3
CH3
CH2 Br + CH3CH2O Na_ + CH3 C
CH3
CH3
CH2 O CH2CH3 107 veces más lenta: ~_ 4500 años
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 CH3-O-CH2CH3 0.1 0.1 v v = k [BrCH3] 0.2 0.1 2v 0.1 0.1 v v = k [C2H5O−] 0.1 0.2 2v
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 O CH2CH3 v = k[CH3Br][C2H5O ]
_
+ CH3CH2O Na_ + CH3 C
CH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
CH3
Br
(velocidad de formación) [Me3CBr]i [C2H5O−]i Me3C-O-CH2CH3
0.1 0.1 v v = k [(Me3)3CBr]I 0.2 0.1 2v 0.1 0.1 v v = cte. 0.1 1 v 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:
+ CH3CH2O Na_ + CH3 C
CH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
CH3
Br v = k [Me3CBr]
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:
Br
H
HH
CH3CH2O_ CH3CH2O
H
Br
HH
δ_
δ_
CH3CH2_O
H
HH
+ 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.
+ CH3CH2O Na_ + CH3 C
CH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
CH3
Br v = k [Me3CBr]
La reacción transcurre de la forma siguiente:
VI
141
Br
Me
MeMe
Me
Br
MeMe
δ_
δ+ lenta
Me
MeMe
+ Br_
+
catión carbonio
Me
MeMe
+CH3CH2O_ rápida
Me
MeMe
CH3CH2O
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.
reactivos productos K =[estado de transición]
[reactivos][estado de transición]
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 B es la cte. de Bolztmann; h es la cte. de Planck) A 250C, TKB / h = 6x1012 seg. La velocidad de cualquier reacción puede expresarse entonces como:
[ ]transicióndeestadohKT B=v
K =[estado de transición]
[estado de transición] = K [reactivos][reactivos]
v =KBT
h[estado de transición] =
KBTh
K [reactivos]
La velocidad específica de cualquier reacción será: k =KBTh
K[reactivos] = 1 ; v =
Como ΔG = ΔH − TΔS ; ΔG = ΔH − TΔS ; en el equilibrio: ΔG = −RT lnK
ΔGTk =KBTh
expRT
(ecuación de Eyring)
_
Esta ecuación dice que la velocidad específica de cualquier reacción (k) es proporcional a ΔGTΔGT (no a )
VI
142
UN SÓLO ESTADO DE TRANSICIÓN Y NINGÚN INTERMEDIO DE REACCIÓN
curso de la reacción
ΔG > 0
ΔG<0
ΔG
A
B
A B
Reacción entre BrCH3 y EtO−: un estado de transición y ningún intermedio de reacción:
+BrH
HH
CH3CH2O
CH3CH2O
H
Br
HH
δ_
δ_
CH3CH2_O
H
HH
curso de la reacción
_
Br_
+
ΔG > 0
ΔG<0
ΔG
VI
143
DOS ESTADOS DE TRANSICIÓN Y UN INTERMEDIO DE REACCIÓN
ΔG
A + B
C
I
(1)
(2)
ΔG (1)
ΔG (2)
ΔG
intermedio de reacción
curso
A + B Clenta Irápida
ΔG (1) > ΔG (2)
Reacción entre Me3CBr y C2H5O−: dos estados de transición y un compuesto intermedio.
curso
Me
MeMe
CH3CH2O
Br
Me
MeMe
Me
Br
MeMe
δ_
δ+
Me
MeMe
+
catión carbonio
δ+δ_
Me
MeMe
CH3CH2O
ΔG1
ΔG2
ΔG < 0
ΔG
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 KB C, y constantes específicas de velocidad idénticas:
AC B KB =[B]
[A]KC =
[C]
[A]
KBKC
Supongamos que KB = 100KC ;[B]
[A]= 100
[C]
[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:
Ak(B) = 1000 seg-1
k(-B) = 1 seg-1B
k(C) = 100000 seg-1
k(-C) = 10000 seg-1C
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) =
10000010000
=10 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
A B A+(catión) + :B_
(anión)Reacciones heterolíticas:
Reacciones homolíticas: A B A + B(radical) (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):
:Cl
::
_H O
::
_: : R O
::
_: N C :
_H2O
:: NH3:
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):
H3O:+ ++
NO2 Br RCH2+
Ejemplo de reacción nucleófila (el reactivo que provoca la reacción es un nucleófilo):
NCK + C6H5CH2_Br C6H5CH2
_CN + KBr
N C:_
CH2 BrC6H5
N C CH2
C6H5
+: Br: :_
Ejemplo de reacción electrófila (el reactivo que provoca la reacción es un electrófilo):
+ HO3NH2SO4
NO2H
HNO3 + H2SO4 NO2+
+ SO4H_
+ H2O
H
NO2+ NO2H
+SO4H
_ 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:
El reactivo es electrófilo: SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA REACCIONES DE SUSTITUCIÓN El reactivo es nucleófilo: SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA
El reactivo es electrófilo: ADICIÓN ELECTRÓFILA REACCIONES DE ADICIÓN 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
C
O
Z
RNu
_C
O
Z
R
Nu + _
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.
eliminación C
O
CH3 Cl_
+
Cloruro de acetiloÁcido acético
C ClCH3
O
HO_
:adición C Cl
CH3
O:
HO
:_
HO
: :
eliminaciónC
O
CH3 Cl_
+
Cloruro de acetilo
C ClCH3
O:adición C Cl
CH3
O:
H3N
:_
H3N
: :H3N: + +
acetamida
+H NH2 C
O
CH3B: H2N C
O
CH3 + B H+
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO
Nu_
CH2____Z
R
Nu___CH2__R + Z:
_
NC RO HO Br C6H5O R-CO2 R-OH H2O: R3N:_ _ _ _ _ _
Los reactivos nucleófilos más empleados son:
::
:
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:
H3N: CH2
CH3
Cl H3N CH2
CH3
Cl+_+
Cloruro de etilo
_ +NH2 CH2H
CH3CH3 CH2 NH2 + H2O
EtilaminaHO
CH2 CH CH2 I + NC_
CH2 CH CH2 CN + I_
Yoduro de alilo
3-Yodo-1-propeno3-Butenonitrilo
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+
E
+
H
H+
Los reactivos (E) implicados normalmente en las reacciones de sustitución electrófila son los siguientes:
+++E = R R C
O
NO2 SO3 X +
RCOClAlCl3
COR
+ HCl
CO
R_ Cl : AlCl3 CO
R_ Cl AlCl3_+
CO
R_ AlCl4_
+
+ +CO_RH
H Cl3Al Cl_
CO_R
+ HCl + AlCl3R CO
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+
δ−
δ+
δ−
μ = 2,73 D μ = 2,84 D
C
O
Me HC
O
Me Me
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:
H R_OH R_NH2 NC R_C CNu_ _ _ _:
:
:
:= Esquema general de la reacción:
Nu
R
R
C O_ Nu C_
R'
R
O HB Nu C
R'
R
OH
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:
R
RO_ C__R
O_ H___OH2
+
C__R
OH
+ H2O
R Rión alcóxido cianhidrina
N C N C N C
CH2CHO + CN_
CH2__CH__CN
O_
H3O+CH2
__CH__CN
OH
Fenilacetaldehido 2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo
(67 %)
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:
+
_R CH CH R
ER C
HHC R
E
+Nu
R CH
CH
R
E Nu
VI
149
R CH CH2
H Brδ+ δ−
lenta R CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
R CH CH3+
+ Br_ rápida
R CH CH3
Br
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):
H CHR
CH
Br
RHO_
CHR
CH R + H2O Br+_
H CHCH3
CH
Br
CH3HO_
CHCH3
CH CH3 + H2O Br+_
H C
CH3
C
Br
CH3HO_
CCH3
C CH3 + H2O 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 CH3CH2O Na+ + H2O
2. 2CH3OH + 2Na 2CH3O Na+ + H2
3. Me3C-OH + NH3(liq.) Me3CO NH4+
4. Me2CH-OH + Na+H 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
H CO
CH2 CO
H + HO_
H CO
CH CO
H
:
_+ H2O1.
CH4 + CH3CH2O_
CH3 + CH3CH2OH:_
2.
CH3 CN + CH3O_
CH2 CN + CH3OH:_
3.
CH3 +NO2 NH2:
:
_
CH2 +NO2 NH3::_
4.
CH3 C CH2 CO2C2H5 + HCO3
_CH3 C CH CO2C2H5 + H2CO3
:
_5.
O O
6.3 Considera el siguiente equilibrio conformacional:
H
H
CH3(a)
CH3(e) mol/cal1700G0298 −=Δ
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 CH2H2
[Pt]CH3CH2CH2CH3 ΔH0 = -30.3 kcal/mol
Butano
C CH
Me Me
H
H2
[Pt]CH3CH2CH2CH3
Butano
ΔH0 = -28.6 kcal/mol
(Z)-2-Buteno
C CH
Me H
Me
H2
[Pt]CH3CH2CH2CH3
Butano
ΔH0 = -27.6 kcal/mol
(E)-2-Buteno El alqueno con el doble enlace al final de la cadena (1-buteno, alqueno terminal) es menos estable que cual-quiera 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 al-queno (Z) en el que dichos grupos están próximos.
CH3CH CH CH2H2
[Pt]CH3CHCH2CH3 ΔH0 = -30.3 kcal/mol
2-Metilbutano
CH3 CH3
3-Metil-1-buteno
alqueno terminal conun sustituyente (i-Pr) en el doble enlace
CH3CH2 C CH2H2
[Pt]CH3CH2CHCH3 ΔH0 = -28.5 kcal/mol
2-Metilbutano2-Metil-1-buteno
alqueno terminal condos sustituyentes (Me,Et) en el doble enlace
CH3 CH3
H2
[Pt]CH3CH2CHCH3 ΔH0 = -26.9 kcal/mol
2-Metilbutano2-Metil-2-buteno
alqueno con tres sustituyentes (Me) en el doble enlace
CH3CH3CH C CH3
CH3
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 energéti-camente favorable, es decir, son exotérmicas. Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción:
CH3 CH CH CH3HX CH3 CH
HCHX
CH3
C6H5 CH CH C6H5HX C6H5 CH
HCHX
C6H5 En general:
R1 C C R1 HXR2 R2
R1 C C R1R2 R2
XH Sin embargo, cuando el doble enlace del alqueno no tiene los mismos sustituyentes, existe la posibilidad de que se formen dos productos diferentes:
CH3 CH CH2
(CH3CH2CH2Cl ; 1-Cloropropano)
(CH3_CH_CH3 ; 2-Cloropropano)
Cl
HCl
CH3 CH CH2
Cl H
CH3 CH CH2
H Cl
La adición electrófila de haluros de hidrógeno al doble enlace de una olefina transcurre a través de carbocatio-nes (Tema 6): Primer paso: reacción del alqueno con el protón procedente de H-X:
CH3 CH CH2
H Brδ+ δ−
lenta CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
CH3 CH CH2
H Brδ+ δ−
lenta CH3 CH2 CH2+
+ Br_
[carbocatión primario]
VII
153
Segundo paso: reacción del catión carbonio con el anión bromuro (nucleófilo):
CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
rápidaCH3 CH CH3
Br
2-Bromopropano
CH3 CH2 CH2+
+ Br_
[carbocatión primario]
rápidaCH3 CH2 CH2Br
1-Bromopropano
EJERCICIO 7.1La reacción del propeno con HBr da lugar únicamente a bromuro de isopropilo.
1. ¿Cuál de los dos equilibrios estará más desplazado hacia la derecha? :
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
(g) + HBr (g) CH3 CH
CH3 (g)Br
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) (g)CH3 CH2 CH2Br
CH3 CH CH2
_
_ _
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?
CH3 CH CH2
lenta CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
lentaCH3 CH2 CH2
++ Br
_
[carbocatión primario]
HBr
rápidaCH3 CH CH3
Br
2-Bromopropano
rápidaCH3 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 iso-propilo (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
ΔG1
ΔG2
ΔG
CH3 CHBr
CH3
CH3 CH CH2
HBr
CH3CH2CH2
Br
CH3CHCH3
Br
CH3CH2CH2Br
curso
+
+
+ _
+
+ _
-7.63 kcal/mol
-8.77 kcal/mol
≅ 16 kcal/mol
≅ 1 kcal/mol
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.
R1 C
R2
CH2
12
R1 C
R2
CH3+
[terciario]
R1 C
R2
CH3
Br
R1 CH
R2
CH2+
[primario]
Br_
(producto mayoritario)
Br_
R1 CH
R2
CH2Br
HBr
1
2(producto minoritario)
VII
155
R1 C
R2
CH
12
R1 C
R2
CH2+
[terciario]
R1 C
R2
CH2
Br
R1 CH
R2
CH+
Br_
(producto mayoritario)
Br_
R1 CH
R2
CH
HBr
1
2(producto minoritario)
R3
R3
R3
R3
BrR3
[secundario] Las olefinas que no tienen átomos de hidrógeno unidos a los carbonos del doble enlace, dan lugar siempre a dos carbocationes terciarios:
R1 C
R2
C
12
R1 C
R2
CH+
[terciario]
R1 C
R2
CH
X
R1 CH
R2
C+
X_
(1)
X_
R1 CH
R2
C
HX
1
2(2)
R4
R4
R4
R4
R3
R4
R3
R3 R3
[terciario]
R3
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 CHCH3
CH CH2HCl
250CCH3 C
CH3CH2 CH3
Cl+ CH3 CH
CH3CHCl
CH3
2-Cloro-2-metilbutano 2-Cloro-3-metilbutano
50 % 50 % En principio, no debería obtenerse 2-cloro-2-metilbutano:
_
[primario]
12
CH3 CHCH3
CH CH2HCl
250C
+
[secundario]
CH3 CHCH3
CH CH3
CH3 CHCH3
CH2 CH2+
1
2
Cl
_Cl
CH3 CHCH3
CH CH3
Cl
CH3 CHCH3
CH2 CH2Cl
2-Cloro-3-metilbutano
1- Cloro-3-metilbutano
(no se obtiene)
VII
156
¿De dónde procede el 2-cloro-2-metilbutano?
CH3 CHCH3
CH CH2
H Cl+
[secundario]
CH3 CHCH3
CH CH3
En el carbocatión secundario tiene lugar una transposición de anión hidruro (H:−):
+CH3 CCH3
CH CH3
H
transposición
+CH3 C
CH3
CHH
CH3
[secundario]
_Cl
[terciario; más estable]
CH3 CCH3
CH2 CH3
Cl
2-Cloro-2-metilbutano 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 CCH3
CH3
CH CH2HCl
-780CCH3 C
CH3
ClCHCH3
CH3 + CH3 CCH3
CH3
CHCl
CH3
3,3-Dimetil-1-buteno 2-Cloro-2,3-dimetilbutano 2-Cloro-3,3-dimetilbutano
61 % 37 %
EJERCICIO 7.2Escribe 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 CH CH2HBr C6H5 CH
BrCH3
* mezcla de dosestereoisómeros
C6H5 CH CH2
H BrCH CH3+
**
*
*
carbocatiónestabilizado
C6H5 CH3
H+
VII
157
C6H5CH3
H
C6H5
Br
CH3H
C6H5
Br
CH3
H
+
1
2
Br_
1
2
Br
C6H5 CH3
H(S)
H
C6H5 CH3
Br(R)
C6H5 CH CH2HBr
EJERCICIO 7.3 Escribe el mecanismo de la reacción que tiene lugar entre (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno y HCl. Utiliza representa-ciones 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 CCH3
CCH3
CH3H2SO4
H2OCH3 CH
CH3
CCH3
CH3
OH
2,3-Dimetil-2-butanol2,3-Dimetil-2-buteno
H2O: H O S OHO
OH3O + O SO3H:
_+
CH3 CCH3
CCH3
CH3
H2O H+
CH3 CCH3
CCH3
CH3++ H2O:
H
CH3 CCH3
CCH3
CH3+:
HOH2
CH3 CCH3
CCH3
CH3H OH2:
+
:+CH3 CH
CH3CCH3
CH3OH
H :
CH3 CHCH3
CCH3
CH3OH
2,3-Dimetil-2-butanol
+ H3O+
OH2 El carbocatión que se forma, además de reaccionar con una molécula de agua, puede hacerlo con el anión hidrogenosulfato presente en el medio:
CH3 CCH3
CCH3
CH3+
:H
O
CH3 CCH3
CCH3
CH3
H OSO3H
_ SO3H
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 CHCH3
CCH3
CH3OH
2,3-Dimetil-2-butanol
CH3 CCH3
CCH3
OH CH3
hidrogenosulfato de alquilo
S OHO
O+ H OH + HO S OH
O
O
EJERCICIO 7.4Averigua 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 tam-bién a través de carbocationes:
MeHCl
MeCl
Me
HBr
EtH EtH
Me
Br
MeH2O
Me
OH
HMe
H2SO4
HMe
EJERCICIO 7.5Escribe 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 CCH3
CH2 + H B+
CH3 CCH3
CH3++ :B
VII
159
CH3 CCH3
CH2 CCH3
CH3CH3
CH3 CCH3
CH2 C CH3
CH3
CH3+
catión dímero El proceso puede continuar indefinidamente, mientras existan moléculas de alqueno en el medio de reacción:
CH3 CCH3
CH2 C CH2
CH3
CH3+
catión trímero
CH3 CCH3
CH2CH3
CCH3
CH2 C CH3
CH3
CH3
catión dímero
CCH3
CH3CH3
CH3
CCH3
CH2 C CH2
CH3
CH3
+
catión trímero
CCH3
CH3CH3
CH3 CCH3
CH2 CH3 CCH3
CH2 C CH2
CH3
CH3+
catión tetrámero
CCH3
CH2CH3
CCH3
CH3CH3
La reacción se detiene cuando la base (:B) sustrae un protón del átomo contiguo al carbono con carga:
CH3 CCH3
CH C CH2
CH3
CH3+
CCH3
CH2CH3
CCH3
CH3CH3
HB:
CH3 CCH3
CH C CH2
CH3
CH3
CCH3
CH2CH3
CCH3
CH3CH3
+ H B+
Si se permite que la reacción avance, se obtiene un polímero (“plástico”) es decir, un compuesto de peso mole-cular elevado en el que se repite la estructura carbonada de la olefina de partida:
C
CH3
CH2 H B
polimerizaciónC
CH3
CH CCH3 CH3
CH3
CH3
CH2
n
polímero del metilpropeno
EJERCICIO 7.6Escribe 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 CH3Cl2 CH3 CH
ClCHCl
CH3
2-Buteno 2,3-Diclorobutano
VII
160
CH2 CH2 + Br2NaCl / H2O
disolución saturada
BrCH2CH2Br + BrCH2CH2Cl
1,2-Dibromoetano 1-Bromo-2-cloroetano54 % 46 %
CH2 CH2 + Br2 BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OH
1,2-Dibromoetano 2-Bromoetanol37 % 54 %
H2O
00C
Cuando se hace reaccionar el (E)-2-buteno con bromo se obtiene únicamente la forma meso del 1,2-dibromobutano:
H Me
Me H
(E)-2-Buteno
Br2
Br
BrH
Me
Me
H Br Br
H HMe Me
(2R,3S)
2 3
Si la reacción se lleva a cabo con el (Z)-2-buteno se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):
Me Me
H H
(Z)-2-Buteno
Br2
Br
BrMe
Me
H
H+
Br
Br Me
Me
H
H
(2S,3S) (2R,3R)
2 3 2 3
EJERCICIO 7.7Comprueba 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):
R CH CH R'
X
X
:
::
:
1 2
3
R C C R'
X
H H
: :+
X ::_
(catión halogenonio) El catión halogenonio reacciona posteriormente con el anión del halógeno (nucleófilo) por el lado menos impe-dido estéricamente (adición anti):
R R'HH
X: :+
X::_
R
R'X
XH
H
(1)
VII
161
R R'HH
X: :+
X::_
R'
R X
X H
H
(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 reac-ción del bromo con los dos estereoisómeros del 2-buteno: (Z)-2-buteno:
2 3
_
Me Me
HH Br2
Me Me
HHBr+
Me
Me Br
Br H
H
Me
MeBr
BrH
H
(1) (2S,3S)
Br
(2) (2R,3R)
HBr Me
H
Me Br
2
3
HBrMe
H
MeBr
2
3
32
1
2
1 2
Se obtiene una mezcla equimolecular (racémico) de la pareja de enantiómeros del 2,3-dibromobutano. (E)-2-buteno:
_
Me H
MeH Br2
Me H
MeHBr+
H
Me Br
Br Me
H
Me
HBr
BrH
Me
(1) (2S,3R)
Br
(2) (2R,3S)
HBr Me
Me
H Br
2
3
HBrMe
Me
HBr
2
3
2 3
2 3
1 2
1
2
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 reacciónrecibe 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 7.8Para 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)
R H
R'H X2
R H
R'HX+
R H
R'H
X+
o
(1)
(2)
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 + H3O+ HOCl + Na+ + H2O
hipoclorito sódico
ácidohipocloroso
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:
C C
OH
X ::
:
1 2
3
(catión halogenonio)
R R
HH
(Z)
C C
X::
R R
HH
+
+ HO_
(nucleófilo)
Ahora, el catión halogenonio reacciona en anti con el anión hidroxilo. Si la olefina tiene los mismos sustituyen-tes 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 R
HHX+
R
R OH
X H
H
R
RHO
XH
H
(1)
HO
(2)
1
2
1 2
(Z)
(halogenohidrina)
(halogenohidrina)
En este caso se obtiene un racémico de las halogenohidrinas (1) y (2)
VII
163
R R
HH X-OHR R
HHX+
R R
HH
X+
(Z)
1 2
1 2
HO_
....
HO_
....
EJERCICIO 7.9Dibuja los estereoisómeros que se obtienen en las siguientes reacciones:
R H
RH X-OHR H
RHX+
R H
RH
X+
(E)
1 2
1 2
HO_
....
HO_
....
(dos estereoisómeros)
(dos estereoisómeros)
(dos estereoisómeros)
(dos estereoisómeros)
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:
R H
HR X-OHR H
HRX+
1 2 Ahora, la reacción por 1 o 2 con el nucleófilo (HO−) no tiene lugar con la misma facilidad. Veamos dos ejemplos concretos:
CH3CH2 CCH3
CH2Cl-OHH2O CH3CH2 C
CH3CH2Cl
OH
2-Metil-1-buteno 1-Cloro-2-metil-2-butanol
C6H5 CH CH2Cl2, H2ONa2CO3
C6H5 CHOH
CH2Cl
Feniletileno (Estireno)
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:
R H
HRX+
1
HO_
R H
HRX
OH
δ+
δ−
carbocatión incipiente
H
R OH
X H
R
(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:
R H
HRX+
2
HO_
R H
HRX
OH
δ+
δ−
carbocatión incipiente
H
R X
HOH
R
(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 debidoa 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'XOH R CH
OHCHX
R' + R CHX
CHOH
R'
(Z) o (E) Para obtener los estereoisómeros de los dos compuestos es necesario trabajar con los dos cationes halogeno-nio posibles:
R R'
HHX+
R R'
HH
X+
yEstereoisómero (Z):
1 2
3 4
R H
R'HX+
R H
R'H
X+
yEstereoisómero (E):
1 2
3 4
VII
165
EJERCICIO 7.10Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre ácido hipobromoso y 1-etil-2-metil- ciclohexeno. Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de los este- reoisómeros
REACCIONES DE LOS ALQUENOS CON ELECTRÓFILOS OXIGENADOS
OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON PEROXIÁCIDOS
R CO
OH R CO
O OH
ácido carboxílico ácido peroxicarboxílico Ácidos peroxicarboxílicos empleados habitualmente:
H CO
O OH CH3 CO
O OH C6H5 CO
O OH
CO O OH
Ác. peroxifórmico Ác. peroxiacético Ác. peroxibenzoico Ác. m-cloroperoxibenzoicoÁc. m-cloroperbenzoico
Cl
La reacción de las olefinas con peroxiácidos da lugar a derivados de oxirano:
R R
HH
C OR
O
OH
R R
HH
C OR
HO
O
Siguen un par de ejemplos:
H C6H5
HC6H5
H C6H5
HC6H5
O1
2 3CH3CO3H
CH2Cl, 30-350C
1,2-Difeniletileno (2S,3S)-2,3-Difeniloxirano
H H
O
HCO3H
Ciclohexeno Epoxiciclohexeno
VII
166
El anillo de oxirano se abre fácilmente en medio ácido:
H C6H5
HC6H5
O ::
H2O H+
H C6H5
HC6H5
O:H
+
H C6H5
HC6H5
O :H
+
OH2: H2O
OH
C6H5
H
H
C6H5
+
OH
OH
C6H5
H
H
C6H5
+HH2O : HO
OH
C6H5
H
H
C6H5
1 2+ H3O+
(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:
R R
HHR R
HHO
HO
OH
R
R
H
H
(Z)
R R
HHO
RCO3H H3O+
H+
1 2 OH
HO
R
R
H
H
H2O
1
2
La reacción de la olefina con el peroxiácido transcurre con una estereoselectividad superior al 99 % (si lo hicie-se con un 100 % sería estereoespecífica) ya que la geometría de los grupos R y H unidos a C1 y C2 en el 1,2-diol 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 rota-ción interna:
VII
167
Et Me
HMeEt Me
HMeO
1)RCO3H
2)H3O+
3-Metil-2-penteno
H
+
Et Me
HMeO
H2O
H+ OH
H2O
Et
Me
Me
HEt Me
HMeO
H
+
H2O:
: +
OH
HO
Et
Me
Me
H
23
(1) (2S,3S)
3-Metil-2,3-pentanodiol
H2O::H2O
OH
H2O
Et
Me
Me
H+
(1') (2R,3R)
3-Metil-2,3-pentanodiol
Et Me
HMe
OH
+ Et Me
HMe
OH
+
OH
HO
Et
Me
Me
H
En esta reacción se obtendrá una mezcla mayoritaria de (1) y (1’), ya que la reacción transcurre preferentemen-te a través del carbocatión incipiente más estable (en este caso el carbocatión terciario).
Emplea representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre propilidenciclohexano y un peroxi-ácido, seguida de acidificación. Indica cuáles serán los productos mayoritarios y averigua la configuraciónabsoluta de los estereoisómeros.
EJERCICIO 7.11
OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON TETRAÓXIDO DE OSMIO El tetraóxido de osmio (OsO ) reacciona con las olefinas, dando lugar a ésteres del ácido osmico: 4
R R'
HHR R'
HH OOsO4
Et2O, piridina
O
OsOO
(adición syn) La descomposición en medio básico del éster da lugar a un glicol en el que los dos grupos OH están en posi-ción syn (al contrario de lo que sucede en la reacción con peroxiácidos, que sitúa los dos grupos OH en posi-ción anti)
VII
VII
168
Para averiguar el número total de estereoisómeros que se obtienen en la reacción hay que trabajar con los dos ésteres posibles: (1) y (2):
eriguar el número total de estereoisómeros que se obtienen en la reacción hay que trabajar con los dos ésteres posibles: (1) y (2):
R R'
HH OKOH
O
OsOO
H2OR'R
OHHO
HH(1) (1')
R R'HH
O
KOH
O
OsOO
H2O
R'R
OHHO
HH
(2)
(2')
EJERCICIO 7.12Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la rea sNombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración abso
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’).
cción entre O O4 y 1-etil-2-metilciclohexeno. luta de sus estereoisómeros.
EJERCICIO 7.13Averigua la estereoquímica de los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:
CH3 CH
CH CH2CH3
(Z)
1)RCO3H
2)H3O+CH3 CH CH CH2CH3
CH3 CH CH CH2CH3
(E) OCH3 CH
1)OsO4
2)KOH, H2
CH CH2CH3
HO
HO HO
HO
OLEFINAS CON DOBLES ENLACES CONJUGADOS
CH2 CH CH CH2 CH3 CH CH CH CH CH3
1,3-Butadieno 2,4-Hexadieno 1,3-Ciclohexadieno
CH2 CH
REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO Y HALÓGENOS A TRAVÉS DE CARBOCATIONES
CH CH2
1,3-Butadieno
1 2 4
HCl
AcOH, 00CCH3 CH CH CH2
ClCH3 CH CH CH2Cl+
3-Cloro-1-buteno 1-Cloro-2-buteno
(adición 1,2 ; 80 %) (adición 1,4 ; 20 %)
169
VII
RCO3H
RCO3H
OsO4
OsO4
12
1
1 1
1
22
22
[1]
[2]
[4]
[3]
(Z)(E)
anti syn
antisyn
HO
OH
R'
HR
H
OH
HO
R
HR'
H
HO
RH
OH
R'H
HO
RH
OH
R'H
R R'
HH
R H
R'H
R R'
HH
O
1
2
R R'
HH
2
1
R H
R'H
21
R H
R'H
O
enantiómeros: [1] y [2] Cuando R = R´ forma meso: [3] = [4]
Enantiómeros: [1] y [2] ; [3] y [4]
HIDROXILACIÓN DE OLEFINAS CON PEROXIÁCIDOS Y TATRAÓXIDO DE OSMIO
170
Primer paso: reacción del electrófilo (H+) con el par de electrones del doble enlace.
CH2 CH CH CH2
1,3-Butadieno
1 2 CH3 CH CH CH2
CH2 CH2 CH CH2
+CH3 CH CH CH2
+
(carbocatión estabilizado por deslocalización de la carga)
+(carbocatión no estabilizado)
HCl
1
2 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
ClCH3 CH CH CH2Cl
3-Cloro-1-buteno 1-Cloro-2-buteno
(adición 1,2 ; 80 %) (adición 1,4 ; 20 %)
CH3 CH CH CH2+
CH3 CH CH CH2+
Cl_
Cl_
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
1,3-Butadieno
HBrEt2O, -800C
CH3 CH CH CH2
BrCH3 CH CH CH2Br+
(80 %) (20 %)
CH2 C CH CH2
2-Metil-1,3-Butadieno
HCl -150C
CH3 C CH CH2
CH3CH3 C CH CH2Cl+
(73 %) (27 %)
CH3
Cl
CH3
(Isopreno) Estos resultados experimentales indican que, en el carbocatión estabilizado, la carga positiva no está distribui-da 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+
CH3 CH CH CH2+
mayor carga; catiónestabilizado por CH3
mayor carga; catión no estabilizado
La energía de activación es menor en el primer caso que en el segundo:
VII
171
CH3 CH CH CH2+
+ X_
CH3 CH CH CH2
X
δ+
δ−
ΔG (1,2)
CH3 CH CH CH2+
+ X_
CH3 CH CH CH2
X δ−
δ+ΔG (1,4)
ΔG (1,2) ΔG (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):
CH2 CH CH CH2
1,3-Butadieno
1 2 4
HCl1000 C
CH3 CH CH CH2
ClCH3 CH CH CH2Cl +
(adición 1,4)
75 %
(adición 1,2)
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 pro-longa el tiempo de reacción, el sistema alcanza el equilibrio (control termodinámico)
CH2 CH
H
CH CH2
δ+δ+
CH3 CH CH CH2
ΔG
CH3 CH CH CH2X
ΔG (1,4)
CH3 CH CH CH2
X δ−
δ+
CH3 CH CH CH2
X
δ+
δ−
+CH3 CH CH CH2
CH3 CH CH CH2+
XCH2 CH CH CH2+HX
ΔG (1,2)
ΔG(1,2)
ΔG(1,4)
curso
(menos estable)
(más estable)
VII
172
EJERCICIO 7.15En la reacción del 1-fenil-4-metoxi-1,3-ciclopentadieno con HBr pueden formarse cuatro carbocationes diferen-tes. 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 Hácido
R C C:_
+ H + pKa 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 -330 C 2Na+ :NH2_
+ H2
Amiduro sódico
R C C H + :NH2_
R C C:_
+ :NH3 (liq.)
pKa 26 pKa 36Keq. 1010
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 cuan-do se utilizan haluros de alquilo como sustratos (Tema 6):
H C C H
Acetileno
_Na+:NH2
-330 CH C C:
_
H C C:_
CH2 XR
H C C CH2 R + X_
alquino con triple enlace terminal
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 CCH3 C CH
Propino
H C C H + CH3CH2 C CH
1-Butino
CH3CH2 Cl
_Na+:NH2
-330 C
VII
173
H C C H +
1-Pentino
CH3CH2CH2 Br CH3CH2CH2 C CH
_Na+:NH2
-330 C
Cuando se utiliza cualquier alquino terminal que no sea el acetileno, el triple enlace queda situado en el interior de la cadena:
CH3CH2 C CH CH3CH2 C C:_
_Na+:NH2
-330 C
CH3CH2 C C:_
CH2 BrCH3
CH3CH2 C C CH2CH3 + Br_
3-Hexino
REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA
ADICIÓN DE HALUROS DE HIDRÓGENO
CH3CH2 C CH HBr
150 CCH3CH2 C CH2
Br+ CH3CH2 C CH3
Br
Br
2-Bromobuteno 2,2-Dibromobutano La reacción transcurre a través de carbocationes con regioselectividad Markovnikov:
CH3CH2 C CH
H Br
CH3CH2 C CH2+
Br_
CH3CH2 C CH2
Br
2-Bromopenteno
CH3CH2 C CH2
Br
H Br
CH3CH2 C CH3
Br
+
Br_
CH3CH2 C CH3
Br
Br
2,2-Dibromopentano La interpretación de estos resultados no es evidente. Observa qué sucede cuando la reacción se hace con acetileno:
H C C HHCl, ZnCl2
1000 CCH2 CHCl
Cloruro de vinilo
HCl, HgCl2250 C
CH3 CH ClCl
1,1-Dicloroetano Reacción 1:
HC CH
H Cl
+
Cl_
CH2 CH CH2 CHClCloruro de vinilo
VII
174
Reacción 2:
CH2 CH Cl
1 2
HCl
CH3 CH Cl+
+ Cl_
CH2 CH2Cl+
+ Cl_
CH3 CHCl
Cl
Cl CH2 CH2 Cl
(1)
(2)
1,1-Dicloroetano
1,2-Dicloroetano
1
2
En el carbocatión (1) el cloro está unido al átomo de carbono con carga. El átomo de cloro es más electronega-tivo que el de carbono y cabría esperar que su efecto electroatrayente disminuyera la carga del carbono, des-estabilizando 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:
ClH
CH3 +
(1)
HCH3
+
pz vacio pz lleno
(1)
HCH3 +
enlace π de dos electrones aportados por el cloro
Si esta interpretación se realiza utilizando enlaces de valencia, es necesario dibujar dos estructuras del carbo-catión (1):
ClH
CH3 +
(1)
: ClH
CH3:
+
(1) La deslocalización de la carga entre los átomos de carbono y cloro estabiliza el carbocatión (1)
EJERCICIO 7.16Considera las siguientes reacciones sucesivas:
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.
R C C H HCl R C CH2
ClHBr
R C CH3
Cl
Br
ADICIÓN DE AGUA CON CATÁLISIS ÁCIDA El acetileno reacciona con agua, en presencia de un ácido fuerte y sales mercúricas (Hg2+) dando lugar a ace-taldehído:
HC CHH2O, H2SO4
HgSO4CH3 C
OH
Acetaldehido
VII
175
La reacción transcurre del modo siguiente (ver equilibrio ceto-enólico, Tema 9, p. 229):
HC CHH OH2
+ H2C CH+
OH2:
H2C CHHO H OH2:
+
CH2 CHOH
+ H3O+
enol del acetaldehido
CH2 CH
OH
CH3 CO
H Acetaldehido
(equilibrio ceto-enólico)
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 reac-ción:
CH3CH2CH2CH2 C CHH2O, H2SO4
HgSO4CH3CH2CH2CH2 C CH3
O
1-Hexino 2-Hexanona80 %
C C CH2CH3H2O, H2SO4
00 C, 10 min.CO
CH2CH3 + CO
CH3
3-Pentanona 2-Pentanona50 % 50 %
2-Pentino
CH3 CH2CH3 CH3CH2CH2
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 reac-ción es estereoselectiva, ya que conduce mayoritariamente al estereoisómero (E) del alqueno:
R C C R'Na, NH3(liq.)
-330 C
HR
H R'(E)
En la reacción están implicados radicales libres, debido a la ruptura homolítica del triple enlace: 1. Reacción de oxidación-reducción:
R C C R'
Na
R C C R'
_
anión radical
+ Na+
2. Reacción del anión radical con amoníaco:
R C C R'_
H NH2
R C CR'
H+ :NH2
_(anión amiduro)
radical
VII
176
3. Reacción de oxidación-reducción:
Na
R C C
R'
Hradical
R C C
R'
H
_
carbanión
+ Na+
4. La reacción del carbanión con amoníaco da lugar a la olefina (E):
R
C C
R'
H
_
carbanión
HH2N
R
C C
R'
H
H
(E)
+_
:NH2
:
:
:
Por ejemplo:
CH3CH2 C C CH2CH2CH2CH3Na, NH3 (liq.)
-330 CH
CH3CH2
CH2CH2CH2CH3
H
3-Octino
(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 or-gánicos. A continuación aparece una síntesis de la 2-butanona empleando acetileno como único producto orgánico. Retrosíntesis de la 2-butanona:
CH3CH2 CO
CH3 CH3CH2 COH
CH2 CH3CH2 C CH
CH3CH2 X
+H C C:
_
CH2 CH2
HC CH
Síntesis de la 2-butanona:
HC CHH2
[Pt]CH2 CH2
HBrCH3CH2Br
HC CH HC C:_
HC C:_
CH2
CH3
Br HC C CH2CH3
HC C CH2CH3H2O
H3O+CH3CH2 C
OHCH2
CH3CH2 CO
CH3
2-Butanona
_:
Na+:NH2
-330 C
VII
177
EJERCICIO 7.17Utiliza acetileno como único producto orgánico para obtener 3,4-hexanodiol y (E)-3-hexeno
R CH2CH2 R
R CH2CH RX
R CH2CH ROH
R CH__CH RX X
R CH__CH RX OH
R CH__CH ROH
OH
R CH__CH ROH OH
RCO3H
H2
[Pt]
HX
H2O
H3O+
X2
XOH
OsO4
R CH CH R
ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE OLEFINAS
HX
H2O
H3O+
R C CH
1)Na+NH2_
2)R'-XR C C R'
R CX
CH2HX R C
XCH3
X
R COH
CH2 R CO
CH3
R CH CH2 R CH2 CH3H2
[Pt]
H2
[Pt]
ESQUEMA GENERAL DE LAS REACCIONES DE ALQUINOS
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:
A
1)HCO3H
2)H2O
1)OsO4
2)H2O
[(2R,3R) + (2S,3S)] 2,3-pentanodiol
[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-pentanodiol (racémico)
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:
(4S)-4-fenil-2-penteno
2-bromo-4-fenilpentano (mezcla de dos estereoisómeros)
1-bromo-1-fenil-2-metilbutano (mezcla de cuatro estereoisómeros)
HBr
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(C H12 13Cl) 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 compues-to B(C H12 12) 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 expli-ca 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:
A1)OsO4
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 carboca-tión incipiente más estable:
A [(1R,3R) + (1R,3S)]-3-clorometil-1,3-ciclohexanodiolClOH
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.
3-cloro-2-pentanol (racémico) + 2-cloro-3-pentanol (racémico)
2,3-pentanodiol (racémico)
[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-pentanodiol
HOCl
1)HCO3H
2)H3O+ / H2O
1)OsO4
2)H2O
A
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-bromo-1,4-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
Reacción 2: 1-Fenilpropeno + HBr
Reacción 3: 1,3-Ciclopentadieno + Br2 [A + B + C + D] + [E + F + G]
[A + B ] + [ C + D]
[A + B ]
7.15 Apartado 1: Utiliza el esquema que aparece a continuación para identificar los estereoisómeros A y B del 2-buteno:
1)C6H5CO3H
2)H3O+
1)OsO4
2)H3O+
A(¿Z o E?)
B(¿Z o E?)
[(2R,3R) + (2S,3S)] 2,3-butanodiol
Escribe el mecanismo de todas las reacciones Apartado 2: Escribe el mecanismo de la reacción del estereoisómero A con HCl acuoso y asigna la configura-ción 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-hexeno1)OsO4
2)H3O+(1) + (2)
Reacción 2: (3) + (4)feniletileno HBr
Reacción 3: 1,2-dimetilciclohexeno HCl (5) + (6) + (7) + (8)
Reacción 4: 1-metilciclopenteno1) HCO3H
2) H3O+(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:
Reacción 2:
Reacción 3:
Reacción 4:
(E) 2-hepteno1) OsO4
2) H3O+(1) + (2)
1,2-dietilciclohexenoHCl
(3) + (4)1-fenilpropenoHBr
1-etilciclopenteno1) HCO3H
2) H3O+(9) + (10)
(5) + (6) + (7) + (8)
7.19 Uno de los estereoisómeros del 3-fenil-1-buteno se hace reaccionar, primero con ácido m-cloroperoxibenzoico, 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 configura-ción 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 com-puesto 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 diaste-reoisómeros del 2,3-dibromo-4-fenilpentano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representa-ciones 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:
_ _R C
OZ +
ONu R C + ZNu
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_
CO
RZ
:
CO
RZ
:
Nu
:_
CO
R
:
Nu
:
+ Z:_adición eliminación
Por ejemplo:
Cloruro de acetilo
adición eliminaciónCO
CH3
Cl
:
CO
CH3
Cl
:
H3N
:_
CO
CH3
:
H3N
:
H3N: +Cl
_+
+ :B CO
CH3
:
H2N
:
+ HB
Acetamida
Cloruro de acetilo
adición eliminaciónCO
CH3
Cl
:
CO
CH3
Cl
:
HO
:_
CO
CH3
:
HO
:
HO Cl_
+
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:
efecto inductivo −I la reactividad aumentaR C
OZ
::δ
_
δ+
Deslocalización de los pares de electrones de Z:
efecto mesómero +M la reactividad disminuyeR C
O
Z
::
:: R C
O
Z
::
:
: _
+
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:
átomo máselectronegativo
átomo menoselectronegativo
R C
O
Cl : R C
O
O R C
O
NH:C
O
R R'(cloruro de ácido) (éster)(anhidrido de ácido) (amida)> > R C
O
O R' >
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:
R C
O
Cl
::
R C
O
Cl
::_
+::
R C
O
O
::
C
O
R R C
O
O
::
C
O
R
_
+R C
O
O
::
C
O
R
_
+::
R C
O
O
::
R C
O
O
::_
+R' R'
R C
O::
R C
O::_
NH R' N R'+
La combinación de los efectos -I y +M varia de un grupo a otro, como puede apreciarse en la tabla siguiente:
combinación de efectos reactividad del C=O
-I > +M
-I > +M
-I +M
-I < +M
muy grande
semejante a
muy grande
pequeña
sustrato
R C
O
Cl
R C
O
O C
O
R
R C
O
O R'
R C
O
NH2
R C
O
R'~_
VIII
184
Orden de reactividad en la etapa de adición
+ Nu_
R C
O
Cl
R C
O
Cl
_
+ Nu_
R C
O
O
R C
O
O
_
CO R'
CO R'Nu Nu
+ Nu_
R C
O
OR'
R C
O
OR'
_
Nu
+ Nu_
R C
O
NHR'
R C
O
NHR'
_
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:
grupo saliente (Z)
NH2
_
_
pKa
5
R CO
Z
R CO
Cl Cl_
-7
R CO
O CO
R R CO
O
R CO
O R' R'O_
15-19
R CO
NH2 36 Orden de reactividad en la etapa de eliminación:
>R C
O
Nu
Cl
_
R C
O
Nu
O
_
R C
O
Nu
OR'
_
R C
O
Nu
NHR'
_
> >
CO R'
R CO
Nu R CO
Nu R CO
Nu R CO
Nu
Cl_
R'CO_O_
R'O_
R'NH2_ _ _ _
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:
>
[cloruro de ácido] [anhidrido de ácido]
[disminución de la reactividad]
[éster]
R C
O
Cl R C
O
O CO
R R C
O
OR'> R C
O
NHR'
[amida]
>
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):_
(ácidos carboxílicos)R CO
OH
R CO
O (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_
CO
RZ
:
CO
RZ
:
Nu
:_
CO
RZ
:
Nu
:
+ Z:_adición eliminación
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.
Cl_
H2O
producto obtenidonucleófilo grupo liberado (Z)
:
:
R CO
R CO
Cl
Z
R CO
OH
:
R' OH R CO
OR'
R' O:
:: :
_R C
OOR'
Cl_
Cl_
N NR' C
OOH
_R' C
OO R C
OO C
OR'
R CO
O CO
R'
Cl_
R CO
NH2
R CO
NHR'
H3N:
:
R NH2
Cl_
R' CH CO2R''
:_R C
OCH CO2R''
R'
Cl_
Cl_
H_
R CO
H Cl_
VIII
187
producto obtenidonucleófilo grupo liberado (Z)R CO
Z
H2O (H3O+)
:
:
HO_ _
R CO
O CO
R R CO
OH R CO
OH
R CO
O_
R CO
O
:: (H3O+)
_
R' OH R CO
OR' R CO
OH
::R' O: R C
OOR'
_R C
OO
H3N: R CO
NH2
_R C
OO
:
R NH2 R CO
NHR'_
R CO
O
R CO
OR'' R CO
OHH2O (H3O+)
:
: R'' OH
HO_
R CO
O_
R'' OH
R CO
OR''
R CO
NHR'
:
R' NH2
H3N:
R'' O_
R CO
NH2R'' O
_
(H3O+)R' OH:
: R CO
OR'R'' OH
:_
R' CH CO2R'' R CO
CH CO2R''
R'R'' O
_
H2OR C
OOHLi R' (Ar) R C
OR' (Ar)
H2O (H3O+)
:
:
HO_
R CO
NHR' R CO
OH
:
R' NH2
R CO
O_
:
R' NH2
H_
R CO
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):
+ SOCl2 SO2 + HClR CO
OH R CO
Cl +
+R CO
OH3 R CO
Cl +PCl3 PO3H33
POCl3 + HCl+R CO
OH PCl5 R CO
Cl + Esquema de la reacción con cloruro de tionilo:
+ Cl_+
R CO
OH
: S Cl
Cl
OR C
OOH
SO
Cl
Cl_
adición del nucleófilo:+
RC
O
O S
O
Cl
H
RC
O
O S
O
ClCl
H
eliminación : + SO2 + (Cl_
+ H+) [HCl]RC
O
O S
O
ClCl
H
R CO
Cl
EJERCICIO 8.1Cuando 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):
(1) (2)
PHO
OH
OH PHO OHH
O
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
CH3CH2CO2H + PCl3
(p.e. = 1800C)
CH3CH2COCl
(p.e. = 800C)
+ H3PO3
(p.e. = 2000C)
3 3
CO2H COCl+ PCl5
(p.s. = 1620 C)
+ POCl3 + HCl
(p.e. = 3040 C) (p.e. = 1070 C)
(p.e. = 770 C)
CO2H+ SOCl2
COCl
(p.e. = 1840 C)
+ SO2 + HCl
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:
+ R'OHH3O+ [R-CO2R'][H2O]
[R-CO2H][R'OH]Keq =R C
O OOH + H2OR C OR'
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:
H___OH2
:
: [adición]1: 2:R C
OOH
::R C
OOH
: H OH2
R C
O
OH
:
O R'H
H
R C
O
OH
:
O R'H
H
3: 4:
+
R C
O
OH
:
O R'
H
H
OH2:
R C
O
OH
:
O R'
H
OH2H
R C
O
HO
:
O R'
H
OH2H:
R C
O
HO
:
O R'
H
H OH2:
[eliminación]5: 6:
[éster]
R C
O
HO
:
O R'
H
H
R C
O
HO
O R'
H
H
R C
O
O R'
H OH2:
R C
O
O R'
OH2:: H
:+ + ::
+ :
:+
:
:
:
:
:
:
::
: :
::
::: ::
: :
+
+
+
+ +
+
+
+
: :
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 CH2OH (primario) > R CHOH
R
(secundario) > R C
R
(terciario)
ROH
El impedimento estéreo en el carbono α, es el factor que determina la reactividad de los ácidos carboxílicos:
α
αα
CH3 CO2H > CH2 CO2HR > CH CO2HR
R
> C CO2HR
R
R
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:
R CO
Cl +O
NaOH, H2OR' OH R C O R' + Cl
_+ H2O
10 %HO
_+
Esquema de la reacción con un cloruro de ácido:
+
_
[adición]R' OH C
O
Cl
R
R' O C
O
Cl
R
H
+
_
R' O C
O
Cl
R
H
R' O C
OH
Cl
R
HO_
[eliminación] _H O
C O
Cl
R R' C OR R'
O
+ Cl + H2O
Con anhidridos de ácido:
H3O+ (trazas)+R C
OO C
OR + R C
OOH
OR' OH R C O R'
Esquema de la reacción con un anhidrido de ácido
H2O HCO
RO C
OR
+ ::CO
R
O CO
R:H
+ H2O
+
VIII
191
[adición]C
O
R
O CO
R
:H+
R' OH C
OH
R
O C
O
R
:
R' O
H
+
H2O:
:: +H OH2
C
OH
R
O C
O
R
:
R' O
: H+
+ H2O
H2O:[eliminación]
:
+
ácido delanhidrido
éster
+ H3O+C
O
R
O C
O
R
:
R' O
: H+
H
R' O CO
R O C
O
R
H
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:
OH
N+
_
N
H+
+ CH3 CO O CO CH3
O CO
CH3
CH3 CO
O +
EJERCICIO 8.2
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:
R CO
OH +Et2O
R CO
CH2N O CH3 + N22 Esquema de la reacción:
_:
+ _
[diazometano]
H2C N N :+
H2C N N
_+
CH3
R CO
O H_
:+
H2C N N R CO
O :+N NCH3
++ N N:: (N2)
[éster metílico]
_R C
OO + CH3
+R C
OO CH3
VIII
192
HIDRÓLISIS DE ÉSTERES Los ésteres pueden hidrolizarse en medio ácido o básico:
O
R CO
O R' R C R' OH+OH+ H OH
OOR C R C OO R' + HO− −
R' OH+ En medio ácido el equilibrio está parcialmente desplazado hacia la derecha, pero en medio básico la hidrólisis del éster es prácticamente total:
H3O+(50-700C)CH3CH2OHCH3CH2CH2 C
OOEt CH3CH2CH2 C
OOH +
(100 %)
NaOH (20%)+ CH3CH2OH
_CH3 C
OOEt CH3 C
OO Na+
triglicérido (éster de la glicerina con los ácidos Esteárico, Oleico y Linoleico)
NaOH / H2OQ
CH2 O CO
(CH2)16_CH3
CH O CO
(CH2)7_CH CH (CH2)7
_CH3
CH2 O CO
(CH2)7_CH CH CH2 CH CH (CH2)4
_CH3
OCO
CH3_(CH2)16
CHCH3_(CH2)4
[sal sódica del ácido Esteárico]
[sal sódica del ácido Oleico (Z)]
[sal sódica del ácido Linoleico (Z,Z)]
JABÓN
+
CH2 OH
CH OH
CH2 OH
_
CH CH CH (CH2)7 CO
O_
CHCH3_(CH2)7 CH (CH2)7 C
OO
_
Na+
Na+
Na+
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:
R CO
O R'H3O+
R CO
OH + R' OH Primer paso:
[éster]
R C
O
O R'
H___OH2::
R C
O
O R'
OH2: H
Segundo paso:
R C
O
O R'
: H
O__HH
[adición]R C
O
O R'
: H
O HH
Tercer paso:
:
R C
O
O R'
: H
O HH
R C
O
O R'
: H
OH :OH2
Cuarto paso:
OH2H
R C
O
O R'
: H
OH : OH2
R C
O
O R'
: H
OH : H
Quinto paso:
[alcohol]R C
O
O R'
: H
OH : H
[eliminación]R C
O
O R'
H
OH : H
:
Sexto paso:
OH2:
[ácido]
R C
O
OH
: H :
R C
O
OH
: H OH2
VIII
194
Mecanismo de la reacción en medio básico:
R__C__OR' R__C__O Na+ + R'OHNaOHH2O
_O O
HO_
_
C
O
R
OR'[adición]
C
O
R
OR'HO
[eliminación]R'O+
_
_
C
O
R
OR'HO C
O
RHO
+ [anión del ácido]C
O
ROR'O_
H R' OH[alcohol]
R C
O
O_
H3O ++ (ácido fuerte: HCl)R CO
O_
R CO
OH
[ácido]
+ H2O
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:
8000CCH3 C
OOH H O C
OCH3
OO C
OCH3CH3 C H+ H O
Los anhidridos cíclicos que tienen un anillo de cinco o seis eslabones, se forman muy fácilmente por simple calefacción del ácido dicarboxilico correspondiente
Q+ H2O
Ácido maleico Ánhidrido maleico(89%)
C
C
H
H
O
O
OH
OHO
O
O
QCO2H
CO2H
O
O
O
+ H2O
Ácido ftálico 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:
_Na+
C+
C+ NaCl
Cloruro de benzoilo
Benzoato sódico Anhidrido benzoico
O O
O OClC O C
O
Esquema de la reacción con la sal sódica del ácido:
+ Cl_
R C
O
O_
CR
O
Cl[adición]
R C
O
O CR
O
Cl
_
[eliminación]R C
O
O C RO
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
N+ Cl
_
N +
C
O
O C
O
H
EJERCICIO 8.3
FORMACIÓN DE ENLACES C–N
SÍNTESIS DE AMIDAS Las amidas se pueden sintetizar a partir de cloruros de ácido, anhidridos o ésteres:
OR C Cl
ONH3
R'__NH2
R C NH2O O
R C O C RO
R C NH R'O
R C OR' Mecanismo de la reacción con cloruros de ácido:
+ Cl + NH4
_ +H3N: C
R
O
Cl
:[adición]
H2N C
H
R
Cl
O
+
: :_
H2N C
R
Cl
O: H :NH3[eliminación]
H2N C R
O: :
VIII
196
Mecanismo de la reacción con anhidridos de ácido:
C
O
R'
O C
O
R'
:
R2NH
:[adición]
C
O
R'
O C
O
R'
:
R2N
H
+
:_
C
O
R'
O C
O
R'R2N
:H
C
O
R'
O C
O
R'R2N
:HR2NH
:[eliminación]
C
O
R' OC
O
R'R2N
::
+_
+ R2N
H
H+
Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción:EJERCICIO 8.4
NH2:
+
HN
+ MeOHCH3CH2 CO
O Me
CO
CH2CH3
A continuación aparecen algunos ejemplos concretos de síntesis de amidas:
NH3 / H2O
(83 %)
CH3 CHCH3
COCl CH3 CHCH3
CONH2
+ NH3 +
Dietilacetamida (91 %)
bis-Dietilacetamida (9 %)
CH3CH2 CHCH2CH3
COClC6H6 CH3CH2 CH
CH2CH3CONH2 CH3CH2 CH
CH2CH3CO NH CO CH
CH2CH3CH2CH3
Cloroacetamida (84 %)
Cl CH2 CO2EtNH3 / H2O
Cl CH2 CONH2
COCl + 2Me2NHC6H6
CO
N,N-Dimetilciclohexano- carboxamida (89 %)
NMe2
Cloroformiato de etilo
CONH2
CO2Et
CO2H
CO2Et
Biciclo[2,2,2]octano-1,4-dicarboxilato de metilo
+ Cl CO
OEt -HCl
CO
CO2Et
O CO2Et
NH3 / H2O
VIII
197
HIDRÓLISIS DE AMIDAS Las amidas se hidrolizan en medio ácido o básico, transformándose en ácidos carboxílicos:
H3O+R CO
NH2 + R CO
OH + NH4+
_ _
R CO
NH2 + HO R CO
O + NH3 Mecanismo de la hidrólisis en medio ácido:
: H2O
[base]1 [ácido]2 [ácido]1 [base]2
R C O
NH2
H__OH2+
R C OH
NH2+
+
:+
H2O:
R
C
HO
NH2
+
[adición]:
R
C
HO
NH2H2O
[base]1 [ácido]2 [base]2[ácido]1
H2O: H O
H
C+
NH2
R
OH
H3O :+
+ HO C
OH
NH2
R
[base]1 [ácido]2 [ácido]1 [base]2
HO C
OH
NH2
R
H___OH2+
HO C
OH
NH3
R
++ H2O:
:[eliminación]
HO C
OH
NH3
R
+OHC
O
R
H+
:NH3+
:OH2 + H3O+
[ácido]
OH
C OR H+ OH
C OR
H___OH2+
H3N: NH4+ + H2O:
VIII
198
Escribe el mecanismo completo de la hidrólisis de una amida en medio básico:EJERCICIO 8.5
_ + NH3
_R C
ONH2 + HO R C
OO
Las lactonas y las lactamas son ésteres y amidas cíclicas que pueden obtenerse a partir de hidroxiácidos y aminoácidos:
CO2Hα
β
δγ
OH
-H2OO
O
-Valerolactona δÁc. 5-hidroxipentanoico (ác. Valérico)
α
β
δ
ε
γ
-H2O
NH2CO2H N O
H
-CaprolactamaεÁc. 6-aminohexanoico (ác. Caproico)
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de hidrólisis:EJERCICIO 8.6
O
O
H2OHO_CH2CH2CH2
_CO2H
ác. γ-hidroxibutírico γ-butirolactona
H3O+
anión del ácido δ-aminopentanoico
H2N_CH2CH2CH2CH2_CO2
δvalerolactama
NO
H
_
H2OHO
_
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:
C__Cl
O
+
Li
Al( OCMe3)3-780C
(MeOCH2CH2)2OC__H
O
+ LiCl + Al(OCMe3)3
(73 %)
H_
+
Hidruro de litio ytriterbutoxialuminio
Los hidruros metálicos actúan como dadores de anión hidruro (H−):
CLi
Al(
H
OCMe3)3Cl
O
C__H Li +Al( OCMe3)3
Cl
O[adición]_
+: ::_
++
VIII
199
[eliminación]C + LiCl + Al(OCMe3)3
OH
Hidruro de litio y trietoxialuminio
Butanal (85 %)
N,N-Dimetilbutiramida
CH3CH2CH2 CO
NMe2 + LiAlH(OCH2CH3)3 CH3CH2CH2 CO
H
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: + Li [R__X:] + Li+_
[R__X:]_
R + :X:_
R + Li R__Li (organolítico)
CH3CH2CH2CH2_Br + 2Li
Tetrahidrofurano00C
CH3CH2CH2CH2_Li + LiBr
1-Butil-litio
Cl + 2Li Tetrahidrofurano
00CLi + LiCl
Fenil-litio Los compuestos organolíticos reaccionan con los ácidos carboxílicos dando lugar a cetonas:
CH3_(CH2)4_CO2H
Ác. hexanoico
1)CH3Li (2 eq.)
2)H3O+ CH3_(CH2)4_CO_CH3
2-Heptanona
(83 %)
Mecanismo de la reacción:
δ+
δ−CH3
LiR C
O
O
H
R C
O
O Li + CH4
δ+
δ−
2H3O+
+ H2O + 2LiC
O
R
O
H3C
Li
Li
[adición]CH3 C
O
O
R
Li
Li
CH3 C
O
O
R
H
H
+
VIII
200
:OH2[eliminación]
+ H3O+ + H2Ocetona
CH3 C
O
O
R
H
H H OH2+
:
CH3 C
O
O
R
H
H H+
CH3 C
O
R
EJERCICIO 8.7Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
O
O
O
+ H2OH3O+ C__OH
C__OH
O
OAnhidrido ftálico
O
O
O
+ MeOHC__OMe
C__OH
O
O
H3O+
O
O
O
+ 2MeNH2
H3O+ C__NHMe
C__O
O
O
_ + MeNH3+
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:
β
-cetoésterβ
α
+ +R CH2 CO
OEtRCH
CO2EtO
H R CH2 C CH
RCO2Et EtOH
Los hidrógenos en α de los ésteres son ácidos y pueden ser extraídos por una base, originando aniones enolato:
α
+ H_B
[anión enolato]
+R CH2 C
O
OEt + :B R CH C
O
OEt_ :: *
*R CH C
O
OEt
::_
(1) (2)
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:
[ácido]1 [base]2
R CH2 C
O
OEt + :B
[ácido]2[base]1
R CH C
O
OEt + H_B_ ::
+
+ EtO_
-cetoésterβ
R CH
CO2Et
_C
CH2R
O
OEt[adición]
R CH
CO2Et
C
CH2R
O
OEt
_
[eliminación]R CH
CO2Et
C CH2R
O
Él mecanismo completo de la reacción es el siguiente: Formación del anión enolato:
Keq = 10-6CH3_CO2Et + EtO CH2
_CO2Et + EtOH_ _
[ácido]1 [ácido]2[base]1[base]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:
Keq = 1+ EtO__
C
CH3
O
OEt[adición]
CH2EtO2C C
CH3
O
OEt
_
[eliminación]CH2EtO2C C CH3
O
EtO2C CH2
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:
[base]2
Keq = 106
pKa 11
_
[ácido]1 [base]1
pKa 17
+ EtO_
CH2EtO2C C CH3
O
CHEtO2C C CH3
O
+ EtOH
[ácido]2
Para recuperar el éster se añade un ácido fuerte a la mezcla de reacción:
+_CHEtO2C C CH3
O
+ H3O CH2EtO2C C CH3
O
+ H2O
[base]1 [ácido]2 [ácido]1 [base]2pKa -1,7 pKa 11
Keq = 5 x 1012
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
[un sólo Hα]
x no hay reacciónCH3 CH
CH3
CO2Et
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.
CH3_CO2Et
1)EtO-Na+ ; EtOH
2)AcOH ; H2OCH3
_CO_CH2_CO2Et + EtOH
(75 %)
CH3_CO2CH2CHMe2
1)i-BuO-Na+ ; i-BuOH2)AcOH ; H2O
CH3_CO_CH2
_CO2CHMe2 + Me2CHCH2OH
Acetato de isobutilo (71 %)
CH3_(CH2)4_CO2Et
1)EtO-Na+ ; EtOH
2)AcOH ; H2O(80 %)
3-Oxooctanoato de etilo
CH3 (CH2)4 CO CHCO2Et
(CH2)3 CH3 + EtOH
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 NCHMe2
CHMe2
_
Li_ _
Hidruro sódico Amiduro sódico Diisopropilamiduro de litio (LDA)
Na H+ +
El amiduro sódico se obtiene por reacción entre sodio metálico y amoniaco líquido (no amoniaco disuelto en agua):
2 NH3(liq.) + Na 2 Na NH2 + H2
-330C + _
El diisopropilamiduro de litio se sintetiza a partir de n-butil-litio (ver p. 22):
LiCH3CH2CH2CH2_Li + H N
CHMe2
CHMe2
+N
CHMe2
CHMe2
_
+ CH3CH2CH2CH3
(LDA) Empleando cualquiera de estas bases la constante de equilibrio del primer paso es mucho mayor que uno:
CH3_CO2Et + Na H
Hidruro sódicopKa 23
CH2_CO2Et + H2
_
pKa 35
Keq = 1012+ _
VIII
203
CH3
_CO2Et + Na+ NH2
Amiduro sódicopKa 23
CH2-CO2Et + NH3
_
pKa 35
Keq = 1012_
CH3_CO2Et +
pKa 23
CH2_CO2Et +
_
pKa 36
Keq = 1013+Li NCHMe2
CHMe2
_
NCHMe2
CHMe2
H
Diisopropilamiduro de litio (LDA)
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:
[un sólo Hα]
LDA sí hay reacciónCH3 CHCH3
CO2Et
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_
R CH2 CO
CHR
CO2Et + R' CH2 CO
CHR'
CO2Et + R CH2 CO
CHR'
CO2Et + R' CH2 CO
CHR
CO2Et
CH2 CO
OEt + :B R CH CO
OEt + H_B_ ::
+
_ R CHCO2Et
CO
CH2 + EtO_
-cetoésterβ
R CHCO2Et
CO
CH2R
OEt
Escribe el mecanismo simplificado de las reacciones que tienen lugar cuando se mezclan antidades equimole-culares de acetato de etilo y fenilacetato de etilo con etóxido sódico en etanol.
Mecanismo simplificado:
EJERCICIO 8.8
R
R
Las condensaciones mixtas son útiles en síntesis cuando uno de los ésteres carece de hidrógenos en α:
Formiato Carbonato Oxalato Benzoato
H CO
OR RO CO
OR RO CO
CO
OR CO
OR
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:
Oxalato de dietilo Propanoato de etilo 3-Metil-2-oxobutanodioato de dietilo
(70 %)
α
EtO CO
CO
OEt + CH3CH2CO2Et1)EtONa ; EtOH
2)AcOH ; H2OEtO2C C
OCHCH3
CO2Et + EtOH
3-Fenil-2-metil-3-oxopropanoato de etilo
(56 %)
α
C6H5 CO
OMe +
Benzoato de metilo Propanoato de etilo
CH3CH2CO2Et1)NaH ; C6H6
2)AcOH ; H2OC6H5 C
OCHCH3
CO2Et + MeOH
H_CO2Et + C6H5_CH2
_CO2Et1)EtONa ; EtOH
2)H3O+
Formiatode etilo
Fenilacetato de etilo 2-Fenil-2-formilacetato de etilo
(90 %)
α
C6H5 CHCO2Et
CHO
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:
3-Oxopentanoato de etilo(60 %)
CH3_CO2Et
2) CH3CH2COClCH3CH2 C
OCH2
1) LDACO2Et
CH3_CO2Et
LDATetrahidrofurano
; -780C
_
Keq = 1013H2C C
O
OEt
Li +
EtO C
O
CH2
_
CEt
O
Cl[adición]
EtO C
O
CH2 C
O
Et
Cl
_[eliminación]
CH3CH2 CO
CH2 CO2Et
EJERCICIO 8.9Escribe 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_CO2Et1)EtO
_
2)H3O+A2.
Na+ NH2_
NH3 (liq.)EtO C
OOEtCH3 CH
CH3
CO2Et
3.LDA
BCH3COClC6H5 CH
CH3
CO2Et
VIII
205
ESTRATEGIA PARA LA SÍNTESIS DE β-CETOÉSTERES
esta parte de la molécula proviene del ataque nucleófilo al grupo C=Oen el éster RCH2CO2Et o en el cloruro de ácido RCH2COCl
esta parte de la molécula proviene del enolato del éster R'CH2CO2Et
RCH2 CO CH CO2EtR'
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 etiloo en el cloruro del ácido fenilacético
enolato del propanoato de etilo
C6H5CH2CO CHCH3
CO2Et
Alternativa 1: propanoato de etilo + fenilacetato de etilo
CH3CH2_CO2Et
NaHCH3CH_CO2Et
_
CH3 CH
CO2Et
_C
O
OEt
CH2C6H5
CH2 C
O
CH CO2Et
CH3
Alternativa 2: propanoato de etilo + cloruro del ácido fenilacético
C6H5
LDACH3 CH C
O
OEt
_Li+
CH3CH2_CO2Et
O C
CHCH3
_OEt
C
O
CH2C6H5
Cl CH3 CHCO2Et
CO CH2 + Cl_
C6H5
Los β-cetoésteres, como cualquier éster, se hidrolizan en medio ácido dando lugar a β-cetoácidos:
C6H5_CO_CH2
_CO2Et C6H5_CO_CH2
_CO2HH3O+
β
β−cetoácido
VIII
206
Los β-cetoácidos se descarboxilan (pierden CO2) fácilmente por calefacción:
CCH2
C
OH
O
C6H5
β-cetoácido
QC
C6H5
OH
CH2
+ O=C=O (CO2)
forma enólica de una cetona
O
Las cetonas están en equilibrio con sus correspondientes formas enólicas (ver detalles en Tema 9, p. 229):
enol
C6H5 C
O
CH2
H
C6H5 C
O
CH3
cetona Estas dos reacciones (hidrólisis del β-cetoéster y descarboxilación del β-cetoácido) permiten sintetizar cetonas a partir de β-cetoésteres:
C6H5_CH2
_CO2Et1)LDA
2)CH3CO2Etβ-cetoéster
H3O+
β-cetoácido
Q
-CO2C6H5
_CH2_CO_CH3
Bencil metil cetonaC6H5 CH
CO2EtCO CH3 C6H5 CH
CO2HCO CH3
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 ; Et2O2)H3O+
CH3_CO_CH3 CH3
_CO_
2,4-Pentanodiona
(85 %)
CH2_CO_CH3CH3
_CO2Et +
CH3 CO CH3 + NaH CH3 C
O
CH2
_CH3 C
O
CH2
_
Na+ + 1/2 H2
CH3 C
O
CH2
_C
O
CH3
OEt[adición]
CH3 C
O
CH2 C
CH3
OEt
O_
[eliminación]CH3 CO CH2 CO CH3 + EtO
_
OH
α
+ H__CO2Et1)EtONa ; EtOH
2)H3O+
CHO
2-Formilciclohexanona
(59 %)
O
VIII
207
O
H1)NaH ; Et2O
2)H3O+
OCO2Et
(2-Oxocicloheptano)- carboxilato de etilo
(91-94 %)
Carbonatode dietilo
α
EtO CO
OEt+
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:
CH3CH2_CO_CH2CH2
_CO2Et
α
γ
1)NaOMe ; MeOH
2)H3O+
Me
2-Metil-1,3-ciclopentanodiona
(70-71 %)
OO
O
Me
O O
MeOEt
OO
Me
OEtO
MeOEt
O
α
MeO_
_
_
+ EtO_[eliminación][adición]
O
α
δ
CH3CH2_CO_CH2CH2CH2
_CO2Et1)NaH ; Et2O
2)H3O+ O OMe
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.
enolato con el doble enlace menos sustituido / menos estable
enolato cinético
enolato con el doble enlace más sustituido / más estable
enolato termodinámico+ B_
α1α2
α2
α1
CH3 CO
CHCH3
CH3
CH3 CO
CCH3
CH3_ CH3 CO
CCH3
CH3
_
+ HB
CH2 CO
CHCH3
CH3
_CH2 C
OCHCH3
CH3
_
+ HB
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):
3-Metil-2-butanona
CH3 CO
CHCH3
CH3 + CH3 CHCH3
CO2Et
Isobutirato de etilo
LDA
2,6-Dimetil-3,5-heptanodiona
(70 %)
CH3 CHCH3
CO CH2 CO CHCH3
CH3
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
CO2Et
2-Oxociclopentanocarboxilato de etilo
(86 %)
EtO CO
(CH2)4 CO
OEt
Hexanodioato de dietilo
1)KH ; Et2O
2)H3O+
Mecanismo de la reacción:
CO2Et
OEtO
CO2Et
_
α
OKH
CO2Et
OEt
O
_[adición] OEt
O
CO2EtOEt
_ + EtOHOEt
_
[eliminación]
CO2Et
O
H
O
CO2Et
_
O
CO2Et
_
00 C
CH3CO2H (10 %)O
CO2Et
H
enol
O
CO2Et
Puede suceder que el diéster sometido a la reacción de Dieckmann tenga dos tipos diferentes de Hα:
α α
EtO2C CHCH3
CH2CH2CH2 CH2 CO2Et
VIII
En un caso así, con independencia del tipo de base utilizada, siempre se forma el enolato correspondiente al carbono menos sustituido:
209
C__OEtMe
EtO_
Me O
CO2Et
2-Etoxicarbonil-6-metil-ciclohexanona
CO2Et_C
HC CO2Et
OOEt
MeO
EtO_
_
O
CO2Et
2-Etoxicarbonil-2-metil-
Me
XCHC CO2Et
Me
OOEt C
C CO2Et
Me
OOEt
EJERCICIO 8.10Escribe el meca e las e Dieckmann:
Reacción 1:
ciclohexanona (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.
Reacción 3:
N
Reacción 2:
nismo simplificado d
MeO2C
MeO2C
siguientes reacciones d
EtO_
+ CO2
(68 %)
MeMe
O
H
H CO2Et
CH2_CO2Et
Me
Me
(60 %)
CH2CH2 CO2
MeOH
Me
CH CH2CH2
CH
CO2Me
CO2Et
(CH2)4__CO2Et
1)EtO_
2)H3O+ N
MeO
O
(
2C
O
O
CO2Me
27 %)
EtOHA
H3O+
MeONa
VIII
VIII
210
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO NO SATURADO
RCH2_CO_Cl
LiAlH(t-BuO)3R'OH
H_OHSOCl2
RCH2_COOH
H_OHRCH2COCl
RCH2_CO_O_COCH2R
H_OH/H+
R'NH2
R'NH2
RCH2_CO_OR'
R'OH
HO /H2O
R'OH
MeCOCH2_CO_CH2R
1):B
2)MeCOMe
RCH2_CO_NHR'
RCH2_CHO
1)LiAlH(OEt)32)H+/ H2O
RCH2_CO_R'
R'Li
RCH2 COCO2R'
CHR :B
_
VIII
211
EJERCICIOS ADICIONALES
8.1 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Me OH
OCH2N2 A(C3H6O2)
C2H5NH2 B(C4H9ON)HLiAl(OEt)3 C(C2H4O)
Me
Secuencia 2:
OH
O
PCl3 AMe CO2H C6H5 NH2B(C6H10O3)
H3O+
H2O
D(C3H6O2) + E(C7H9N)C(C10H13ON)
H5
Secuencia 3:
C6 Cl
OH
H3O+
2OA
C6H5LiB
O
Secuencia 4:
ONH3
H2OA(C5H11O2N)
H3O+
H2OB(C5H10O3)
H3O+
H2OC(
C6H5
C5H8O2)
Secuencia 5:
O C6H5
O OC6H5 OH
A(C14H12O2)MeNH2 B(C8H9ON)
H3O+
H2OC(C7H6O2)
Me LiD(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 CH COCH3
CO2Et 1)
2)CH3 CH2 CO2Et
1)LDA
2)ICH3
+H3O
NH3 CH3 CH CONH2
CH3
+H3O
CH3Li
1)
2)CH3 CH CO
CH3
CH2 CO CH3
1)
Q
1)HO_
+2)H3O
CH3CH2CO2H
CH3 CH2 CO O CO CH2 CH3CH3NH2
CH3 CH2 CHO
CH3 CH CHOCH3
HO (dil.)_
+2)H3O
213
8.3 Escribe un mecanismo razonable para las siguientes reacciones:
CO2Et
+ Cl CO
OEt
Cloroformiato de etilo
H2O
CO2Et
OOO OH OEt
ONH3
H2O
CO2Et
O NH2
8.4 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
C6H5 Me
O
H CO2Et
1)HNa
2)A(C9H8O2)
Secuencia 2:
C6H5 Me
O1)HNa
2)OEt
OEtO
A(C11H12O3)
Secuencia 3:
C6H5 Me
O
A(C12H12O4)1)HNa
2)EtO2C_CO2Et Secuencia 4:
C6H5 Me
O1)HNa
2)C6H5CO2EtA(C15H12O2)
8.5 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
CH3CO2EtMe
COCl2)
1)LDAA(C8H14O3)
H3O+
QB(C5H10O)
Secuencia 2:
CH3CH2CH2CO2EtCH3COCl
1)LDA
2)A(C8H14O3)
H3O+
QB(C5H10O)
Secuencia 3:
CH3CO2Et1)LDA
2)Me COClA(C9H16O3)
H3O+
QB(C6H12O)
VIII
214
Secuencia 4:
CH3CH2CH2CO2EtCH3CH2COCl
1)LDA
2)A(C9H16O3)
H3O+
Q B(C6H12O)
8.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Me Me
O1)HNa
2)CH3CO2EtA(C5H8O2)
Secuencia 2:
1)HNa
2)Me Me
O
CH3CH2CO2EtA(C6H10O2)
Secuencia 3:
C6H5 Me
O
C6H5CO2Et
1)HNa
2)A(C15H12O2)
Secuencia 4:
C6H5
OMe
1)HNa
2)C6H5CO2EtA(C16H14O2)
Secuencia 5:
C6H5 Me
O1)HNa
2)C6H5CH2CO2EtA(C16H14O2)
Secuencia 6:
C6H5
OMe
1)HNa
2)C6H5CH2CO2EtA(C17H16O2)
8.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
A(C8H8O) + B(C9H10O2)EtO
_
C6H5 C6H5
O O
Secuencia 2:
2 A(C10H12O2)EtO
_
C6H5 CO2EtO
C6H5
VIII
215
Secuencia 3:
C6H5 CO2Et+EtO
_
A(C5H10O3) C6H5
CO2Et
CO2Et Secuencia 4:
MeO
+ A(C3H6O2)EtO
_ MeO
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:
__CH2
____Z
R
Nu___CH2__R + Z:Nu
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:
+ ICH2 CH CH2I + CN_
CH2 CH CH2 CN_
CH3CH2Cl + :NH3 CH3CH2NH3 + Cl
+CH3CH2NH2
+ Cl + H2OHO__ _
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:
v = k2 [CH3Br][HO ]HO + CH3_Br
_ SN2[HO...CH3...Br]
δ− δ−
HO_CH3 + Br_ _
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:
v = k1 [R_X]R_Z lenta [R....Z]δ+ δ−
R+ + Z_
R+ + Nu_ rápida [R....Nu]
δ+ δ−
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:
v = k1[t-BuBr]CH3 C
CH3
CH3
Br + HO_ SN1
CH3 C
CH3
CH3
OH + Br_
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN Las reacciones de sustitución nucleófila bimoleculares SN2 tienen lugar con una inversión completa de la geometría del sustrato:
Cl
Me
EtH
HO
Me
EtH
+ Cl
Me
Et Cl
H
Me
HO Et
H
2 2HO
_ _
(2R) (2S)
2 2
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:
1
(1R,3S) (1S,3S)NC
Br_ _Me
(cis)
13
2
4 5
_
Me
(trans)
3
Br
H
C3(CCH)(CHH)C4
H
CN
C3(CCH)(CHH)C4
Br
HH H
H
CN
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:
Z
R1
R3
R2
+ Z..... .....Nu ZC
R3
Nu_ _
R2
R1
Nu
R1
R3
R2
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:
C6H5 CH
Cl
CH3 C6H5 CH CH3+
+ Cl_
C6H5 CH CH3+
+ H2O C6H5 CH CH3
OH2+
H2OC6H5 CH CH3
OH+ H3O+
Si el producto de partida es ópticamente activo, el producto final es un racémico:
+
Cl
MeC6H5H
MeC6H5
H
1
2
Me
C6H5
H
1
2
OH
C6H5 Me
H
(1S)
HO
Cl_ H_OH
Me
C6H5H
HO OH
C6H5 Me
H
(1R)(1R)
Cuando el sustrato tiene varios átomos de carbono asimétricos, el producto formado será una mezcla de diastereoisómeros.
El tratamiento del (2R)2-Yodooctano con anión yoduro radioactivo produce [(2R) + (2S)] 2-Yodooctano radio-activo. La velocidad de racemización es el doble que la de incorporación de iodo radioactivo. Explica mediante qué tipo de mecanismo transcurre la reacción.
EJERCICIO 9.1
IX
219
REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN CARBOCATIONES
En las reacciones SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein en el catión carbonio intermedio:
CH3 CCH3
CH3
CH2 Brlenta
CH3 CCH3
CH3
CH2+
+ Br_
rápida
2-Metil-2-butanol
CH3 C
Me
MeCH2 CH3 C
MeCH2
Me
+
+ H_OH CH3 COH
MeCH2 Me
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.
R_Z R+ + Z (en H-CO2H a 1000 C)
CH3CH2 + Br v = 1,00
v = 26,1
+
v = 108
_
_
CH3CHCH3
CH3CHCH3
++ Br
_Br
CH3CH2 Br
CH3C
CH3
CH3
Br CH3C
CH3
CH3
+ + Br_
Velocidades relativas de reacciones SN1
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
estado de transición favorecido energéticamente(grupos menos comprimidos)
(SN1)δ+ δ−
Z
RH
R
C Z
RH
R
RH
R
+ + Z_
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:
Z
R
RR
+ Z..... .....Nu ZC
R
Nu_ _
R
R
Nu
R
RR
estado de transición desfavorecido energéticamente (grupos más comprimidos)
(SN2)δ− δ−
R_Br + IK R_I + BrK (en acetona a 250C)
CH3_Br CH3CH2
_Br
12.500.000 85.000 650 50
CH3CH2_Br
85.000
CH3CH2CH2_Br
70.000 3.000 1
Velocidades relativas de reacciones SN2
CH3 CHCH3
Br CH3 CCH3
BrCH3
CH3 CHCH3
CH2 Br CH3 CCH3
CH2 BrCH3
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:
(1)
2-Propanol
CH3 CHCH3
Br + H_OH QSN1
CH3 CHCH3
OH + HBr
IX
221
(CH3)3C_O_CH2CH3 + (2)
N+H
Cl_
terc-Butil etil éter
CH3CH2_OH + (CH3)3C_Cl N
SN1
(3)
Acetato de butilo
CH3 CO
OH CH3(CH2)3_Br+Q
SN1CH3 C
OO +(CH2)3 CH3 HBr
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:
2-Propanol
Na+HO + + NaBr_
CH3 CHCH3
BrH2O
C2H5OHCH3 CH
CH3
OH
(CH3)3CO K+ + CH3CH2_Br
C6H6 (CH3)3C_O_CH2CH3 + BrK
terc-Butil etil éter
_
Na+ +C2H5OH
+ BrNa_
Butanoato de butilo
CH3CH2CH2 CO
O CH3(CH2)3_Br CH3CH2CH2 CO
O (CH2)3 CH3
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 1,3-Dibromociclohexano de partida.
EJERCICIO 9.2
La reacción SN2 se puede utilizar para provocar la inversión de la configuración en un determinado centro asimétrico:
HCONMe2
CH3
BrH
H
SN2CH3CO2
_CH3
HO
HOCH3C
H2OHO
_CH3
HHO
H
+ CH3CO2_
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
1-Cloro-3-metil-2-buteno
CH3 CCH3
CH CH2Cl + H OHSN1
acetonaCH3 C
CH3CH CH2OH
3-Metil-2-buten-1-ol
+ CH3 CCH3
CH CH2OH
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 CCH3
CH CH2ClSN1
CH3 CCH3
CH CH2 CH3 CCH3
CH CH2+
+
La reacción del 3Fenil-1-cloro-2-buteno en acetona acuosa origina una mezcla de 3-Fenil-2-buten-1-ol y 2-Fenil-3-buten-2-ol ópticamente activo. Escribe el mecanismo de las reacciones que tienen lugar.
EJERCICIO 9.3
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:
Br + CH3CH2OH
(100 %)
CH3CH2O H__CH2___C____Br
CH3
CH3Bromuro de terc-butilo
CH2 CCH3
CH3 +__
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 (CH3)3C_O_CH2CH3 + HCl (muy lenta)X La única solución sería emplear un alcóxido terciario y un halogenuro primario:
CH3CH2Cl + (CH3)3C_O K+ (CH3)3C_O_CH2CH3 + KCl_
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.
EJERCICIO 9.4
1. CH3CH2OH + NaOH CH3CH2O Na+ + H2O
2. 2CH3OH + 2Na 2CH3O Na+ + H2
3. Me3C-OH + NH3(liq.) Me3CO NH4+
4. Me2CH-OH + Na+H Me2CHO Na+ + H2
_
_
__
IX
223
La síntesis de Williamson también permite obtener éteres cíclicos a partir de halogenohidrinas:
Oxido de etileno(Oxirano)
HOClH2C CH2 HO CH2 CH2 Cl
K2CO3H2C CH2
O
+ Cl_
SN2
HO_CH2_CH2
_CH2_CH2
_ClO
+ H2O + NaCl
Tetrahidrofurano(95 %)
H2ONaOH,SN2
Se trata de una reacción de sustitución nucleófila intramolecular:
HO_CH2_CH2
_ClK2CO3 _
O_CH2_CH2
_Cl
_CH2 CH2
O
Cl
H2C CH2
O
+ Cl_SN2
HO_CH2_CH2
_CH2_CH2
_ClNaOHH2O
O_CH2_CH2
_CH2_CH2
_Cl_
O+ Cl
OCH2
___Cl_
_SN2
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:
H R
HH
O
reacción con nucleófilos con catálisis ácida
reacción con nucleófilos sin catálisis ácida
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
O
H2SO4
H2OHOCH2
__CH2OH
O: : H___OH2 O:H
+ + H2O+
IX
224
EtilenglicolO:H
+H2C_____CH2OH
+
OH2
H2C_____CH2OH
O___HH__
+OH2:
HO_CH2___CH2
_OH + H3O+
La apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov. En este sentido, la reacción es parecida a una S 1, en la que el carbocatión incipiente más estable reacciona con el nucleófilo antes de que tenga lugar su rotación interna:
N
Et Me
HMeO
H2O
H+ OH
H2O
Et
Me
Me
HEt Me
HMeO
H
+
H2O:
: +
OH
HO
Et
Me
Me
H
23
(1) (2S,3S)
3-Metil-2,3-pentanodiol
H2O::H2O
OH
H2O
Et
Me
Me
H+
(1') (2R,3R)
3-Metil-2,3-pentanodiol
Et Me
HMe
OH
+ Et Me
HMe
OH
+
OH
HO
Et
Me
Me
H
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).
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción (el Metanol es el nucleófilo):EJERCICIO 9.5
2,2,3-Trimetiloxirano
Me CMe
CH MeR_C_O_OH
O
Me CMe
CH Me
OH2SO4, H2O
Me CMe
CH Me
3-Metil-3-metoxi-2-butanol
OH
OMe
CH3OH
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)
O
Me H
HH
MeO_
:: O
OMe
H
MeH
H::
_MeO___H HO
OMe
H
MeH
H
+ MeO_
IX
225
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción:
Me
Me Me
2,2,3-Trimetiloxirano
CH3O Na+_
Me COH
CH MeOMe
Me
2-Metil-3-metoxi-2-butanol
C CH
OMeOH
EJERCICIO 9.6
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:
R_CH2__CH2OH
HBrSN2
alcohol primarioR_CH2
__CH2Br + H2O
HBrSN1 / SN2
alcohol secundario
+ H2OR CH2 CHMe
OH R CH2 CHMe
Br
HBrSN1
alcohol terciario
+ H2OR CH2 CMe
OH R CH2 CMe
BrMe Me
Mecanismo de la reacción SN2:
R__CH2OH H____Br R__CH2OH2 + Br_
Keq = 107
pKa -9 pKa -2
+
+
Br_ R__CH2Br + H2OCH2
OH2
R
Si la reacción es SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein:
+
3-Pentanol 2-Bromopentano
CH3CH2 CHOH
CH2CH3HBrSN1
CH3CH2 CHBr
CH2CH3
3-Bromopentano
CH3CH2 CH2 CHCH3
Br
Mecanismo de la reacción SN1:
+CH3CH2 CH
EtO
H
: H____Br CH3CH2 CHEt
OH2 +_
Br
IX
226
+
CH3CH2 CH CH2CH3
OH2
H2O_CH3CH2 CH CHCH3
+H
transposición
_Br
_Br
CH3CH2 CH CH2CH3
Br
CH3CH2 CH2 CH CH3+
CH3CH2 CH2 CH CH3
Br
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 p-toluensulfónico)
+ HCl
(tosilato) Cloruro del ácido p-toluensulfónico
Me SO
OCl + R CH
OHR' Me S
O
OO CH
R'R
Me S_
p-toluensulfonilo
(tosilo Ts)
O
O
El tosilato se transforma en el haluro de alquilo por reacción con el anión del halógeno:
Br_
Na+MeSO
OOCH
R
R'
BrNa R CHR'
Br + Me SO
OO
_Br
_Na+MeS
O
OOCH
R
R'
BrNa R CHR'
Br + Me SO
OO
_
La reacción se escribe normalmente de forma abreviada:
Na+BrR CHOH
R' + TsCl HCl_R CH
OTsR'
_R CH
BrR' + TsO
_+ Na+
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)
EJERCICIO 9.7
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:
Cl_CH2_CO2H + 2NH3 H2N_CH2
_CO2H + Cl NH4+
_
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.
Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:EJERCICIO 9.8
HOIMe AQ
_D(C4H8) + H2O + NMe3CH3 CH
CH3
CH2IMe B IMe CNH2
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
O
Anhidrido ftálico
+ NH3calor
N_H
O
O
Ftalimida
KOH
Ftalimida potásica
N K+
O
O
_
El reactivo nucleófilo es el anión ftalimido:
N
O
O
_CH2C2H5
Br N
O
O
CH2CH2CH3KOHcalor
CH3CH2CH2_NH2 +
CO2
CO2
K_
_
+
K+
N_CH2CH2CH3
O
O
KOHcalor
CO2
CO2
CH3CH2CH2_NH2 +
_
_
+K
+K
EJERCICIO 9.9Utiliza el Ejercicio 5 del Tema 1 para escribir el mecanismo de la hidrólisis en medio básico de la imida N-sus-tituida que aparece en el último pasop de la síntesis de Gabriel:
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 EtOH C6H5_CH2
_CN + Na+ClSN2
_ _
SN2Cl_CH2CH2CH2CH2
_Cl + 2Na+ NCacetona
NC_CH2CH2CH2_CN + 2Na+Cl
_ _
La hidrólisis de nitrilos conduce a ácidos carboxílicos; su reducción con hidruro de litio y aluminio (H4AlLi) da lugar a aminas:
C6H5_CH2
_CN
H4AlLi
C6H5_CH2
_CO2H
C6H5_CH2
_CH2_NH2
H3O+
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.
EJERCICIO 9.10
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:
+ NH3R C C H :NH2
_
Na
NH3 (liq.)R C C:
_
Estos carbaniones pueden reaccionar con derivados halogenados, dando lugar a alquinos:
R C C:_
CH2R'
X R C C CH2 R' + X_
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 RCH2
__Mg__IEt2O
magnesianoreactivo 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:
RCH2 I + Mg: RCH2 + Mg2+ + Iδ+ δ− _
(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:
RCH2__X + Mg RCH2
__Mg__X RCH2__CH2CH2OHOEt2O
dos átomos de carbono más que RCH2X
Mecanismo de la reacción:
+ H2OH3O+
RCH2 CH2 CH2OH + Mg2+ + X_Et2O
RCH2
Mg OX O
RCH2
XMg
Diseña una síntesis de la Pentilamina, empleando Etileno como único producto orgánico.EJERCICIO 9.11
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):
(99,999 %)
CH3 CO
CH3H2O
CH2 COH
CH3
(forma enólica)
(0,001 %)
H2OCH3 C
OCH2 C
OCH3
(83 %)
CH3 C CH CO
CH3
OH
(17 %)
IX
230
O
H
O O
HH2O
(50 %) (50 %)
OH
O OH
Me Me
H2O O O
Me Me
(5 %) (95 %)
H
La formación del enol está catalizada por bases:
Keq = 5,0 x 106H CH
CO
CO
Me
Me
HO_
pKa 9,0
H2O +
pKa 15,7
Me CO
CH CO
Me_
El anión enolato está estabilizado por deslocalización de la carga negativa:
enolato
Me C
O
CH C
O
Me_ :::
Me C
O
CH C
O
Me
::::_
Me C
O
CH C
O
Me
:::_
:
HO___H
enolenolato
Me C
O
CH C
O
Me
::::_
Me C
OH
CH C
O
Me
::
+ HO_
Reacción global:
cetona
Me CO
CH2 + HO_
enolatoMe C
O
CH C
O
Me
:::
:
:_
+ H2O
enol
Me C
OH
CH C
O
Me
::
+ HO_
CO
Me
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.
EJERCICIO 9.12
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
H
H
+ CH3O_
OH
+ MeOH
pKa 16pKa 15,5
Keq = 0,3_
O
H
H
+ HO_
OH
+ H2O
pKa 16pKa 15,7
Keq = 0,5_
O
H
H
+ EtO_
OH
+ EtOH
pKa 16pKa 17
Keq = 10_
O
H
H
+ Me3CO_
OH
+ Me3COH
pKa 16pKa 19
Keq = 103_
O
H
H
+ Na+ H_
OH
+ H2
pKa 16pKa 35
Keq = 1019_
O
H
H
+ Na+ NH2_
OH
+ NH3
pKa 16pKa 36
Keq = 1020_
O
H
H
+
OH
pKa 16 pKa 36
Keq = 1020_
[Me2C_N_CMe2] Li
_+
(LDA)
Me2C NH
CMe2+
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:
OH
H
H
Me
1 2
:B :B
OHMe _
OHMe _
OMe
_O
Me
_
HH
(1) (2) La reacción de cada uno de los aniones enolato (nucleófilo) con un átomo de carbono electrófilo origina dos productos distintos:
(1)
OH
Me
_
CH2 BrR
SN2H
Me
CH2
O_
R + Br
_CH2R
Br
(2)
OMe
H
_
SN2Me
H
CH2
O
R Br+
Los aniones enolato son nucleófilos ambidentes que pueden reaccionar con un carbono electrófilo (de baja densidad electrónica) de dos formas distintas:
O
H
H
O
CH3O_
CH3OH
O
O
_
O
O
_
[nucleófilo ambidente]
IX
233
Reacción con el átomo de carbono (C-alquilación):
O
O
_
(CH2)2CH3
CH2
O
O
CH2CH2CH2CH3
(15 %)
δ+
SN2Br
Reacción con el átomo de oxígeno (O-alquilación):
O
O
_(CH2)2CH3
CH2 O
O
CH2CH2CH2CH3
(37 %)δ+
SN2Br
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:
OMe Et3N, Q
Dimetilformamida
OMe
SiMe3 OMe
SiMe3
+
(22 %) (78 %)
Me3SiCl
OMe
_O
Me
_
+
OMe (MeCH)2N Li+
00C
O Li+
Me
_O Li+
Me
_
+Me3SiCl
Et3N
O_SiMe3Me
O_SiMe3Me
+
(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
O
Me
_+ HB
enolato menos sustituido
O
Me
_+ HB
enolato más sustituido
O
Me
+ :B_
diferencia de energíaentre los dos enolatos
ΔG (cinético)
ΔG (termod.)
enolato termodinámicoenolato cinético
ΔG(inversa)
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
H
MeEt3N:
Et3NH+
OMe
_ CH2____X
R
OMe
CH2__R + X
_
OMe
(1)
_
SN2
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
H
HO
H_ CH2
____X
R
OH
CH2__R + X
_
OH
(2)
_
Me (Me2CH)2N Li+ Me
Me
MeSN2_
Condiciones experimentales: temperatura baja y base muy fuerte e impedida estéricamente (diisopropilamiduro de litio: LDA)
Escribe el mecanismo de las reacciones que aparecen a continuación:EJERCICIO 9.13
Reacción 1:
Reacción 2:
Reacción 3:
CH2
O
00CA + B
ICH3
250C
CH2 MeO
(76 %)
+
(6 %)
OMe
CH2_C6H5
(Me2CH)2N Li+_ C6H5
C__Me
CH2CH2CH2Br
Me3CO K+_
Q
CO_Me
(90 %)
O
C_Me
CH2CH2CH2Br-600C
CQ
O
(80 %)
(Me2CH)2N Li+_
O
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
pKa 22
CH3CH2 CH2 CO
OMe + (MeCH)2N Li+_
CH3CH2 CH CO
OMe_
CH3CH2 CH CO
OMe
_Li+ + (MeCH)2NH
pKa 36
Keq = 1014
Utilizando derivados halogenados y LDA se pueden realizar reacciones de sustitución nucleófila con rendimientos muy elevados:
+ I_
2-Etilbutanoato de metilo
(92 %): :_
SN2CH3CH2 CH C
O
OMeCH2
CH3I
CH3CH2 CHCH2CH3
CO2Me
1)LDA, THF
2)CH3I
2,3-Dimetilbutanoato de etilo
(95 %)
CH3 CHCH3
CHCH3
CO2EtCH3 CHCH3
CH2 CO2Et
CH21)LDA, THF
2)CH3ICH
2-Fenilpropanoato de metilo
CO2MeCH3
CO2Me
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:EJERCICIO 9.14
Reacción 1:
Reacción 2:
O
O1)LDA, THF
-780CA
H2C=CH-CH2Br
-780CB
O
O
1)LDA, THF
-780CC
HC C_CH2Br
-780CD
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
4,8
9
9
10
11
11
13
19
23
25
25
5,8
9
17NC-CH2−CO2Et
CH3CO2H
H2C(CO2Me)2
CH3CH2OH
CH3−CO−CH3
H2C(CN)2
CH3−CO2Et
CH3−CN
CH3−CONH2
CH3−NO2
Compuesto pKa pKaCompuesto
CH3CO−CH2−CO2Et
H2C(CO2Et)2O2N-CH2−CO2Et
CH3−CO−CH2−CO-CH3
Todos los compuestos con metilenos activos forman aniones enolato en medio básico:
Malonato de dietilo
pKa 13 pKa 10
_ +Keq = 103EtO C
OCH2 C
OOEt + Et3N: EtO C
OCH C
OOEt + Et3NH
Acetilacetato de etilo
pKa 11.0
CH3 CO
CH2 CO
OEt + HO_
CH3 CO
CH CO
OEt_
+ H2O
pKa 15,7
Keq = 5,0 x 104
Cianoacetato de etilo
pKa 9 pKa 15,5
N C CH2 CO
OEt + MeO_
N C CH CO
OEt + MeOH_
Keq = 3 x 106
Keq = 1,6 x 1011
Nitroacetato de etilo
pKa 5,8 pKa 17
O NO
CH2 CO
OEt + EtO_
O2N CH CO
OEt + EtOH:_
+
_
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
R−CO_C H R−CO_CH_CO2Et EtOH__
CO2Et
OEt
H
+
β−cetoéster
R−CO CH
CO2Et
_CH2
R'
SN2R−CO CH
CO2Et
CH2R'X
El β-cetoéster formado puede someterse a dos tipos de hidrólisis.
β-cetoéster
(CETONA)
R CO CH
CO2Et
CH2R'
R CO CH2 CH2R'base diluida o ácido diluido
base concentradaR CO2H R'−CH2CH2−CO2H+ (ÁCIDO)
1
2
1 HIDRÓLISIS CETÓNICA
HIDRÓLISIS ÁCIDA2 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:
β-cetoéster
OH_
_
EtO__
β-cetoácido
R CO CHCH2R'
C
O
OEt
[adición]OHR CO CH
CH2R'C
O
OEt
[eliminación]OHR CO CH
CH2R'
CO
Como el medio de reacción es básico, el β-cetoácido se transforma en un anión carboxilato que pierde fácilmente CO2, transformándose en una cetona:
OH_ H2O_
H___OH_
enolato de la cetonaβ-cetoácido
OCH3 CO CH
CH2R
C
O
H OCH3 C CH
CH2R
C
O_
OCO2
_CH3 C CH
CH2R
O
enol de la cetona cetona
HO_ _CH3 C CH
CH2R
OH
CH3 CO
CH2CH2R
IX
239
b) Con disoluciones diluidas de un ácido fuerte:
β-cetoácido
_H3O+
EtOHR CO CH
CH2R'CO
OEt R CO CH
CH2R'
CO2H
HO
CR
CH2R'
O
O
CO2_
enol de la cetona
cetona
R C
OH
CH
CH2R'
R CO
CH2 CH2R'
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:
β-cetoésterHO_
[adición]
_
[eliminación]
:_
R C
O
CH
CO2Et
CH2R'
OH
R C
O
CH
CO2Et
CH2R'
R CO
OH
CH
CO2Et
CH2R' El medio de reacción es básico:
R CO
OHHOH2O
_
__
(ac. fuerte: HCl)
H3O+
R CO
O R CO
OH
: _CH
CO2Et
CH2R'HO___H HO_
R'CH2CH2 C OEt
O+ R'CH2CH2 C O
O_
+ EtOH
_
(ac. fuerte: HCl)
H3O+
CO
O R'CH2CH2 CO
OHR'CH2CH2
12 HO dil. o H3O+
HO (conc.)
2
(cetona)
(ácido monocarboxílico)
Ruptura de un β−cetoéster (hidrólisis cetónica y ácida)
CH3CO
1CH3CO_
R
CH CO2EtR
_
_Ácetilacetato de etilo alquilado (R)
CH2
CH2
R
CO2H
IX
240
Ácetilacetato de etilo
CH3COCH2CO2Et1)EtO /EtOH
2)C4H9Br/EtOH
(69-72%)
1)NaOH
2)H3O+
(52-61%)
_
CHCO2Et
COCH3 CH2 COCH3C4H9C4H9
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
CH3CO-CH-CO2Et
R
Producto principal Producto secundario
CH3COCO2Et
CH3COCO2Et
CH3CO
CO2Et
CH3CO
CO2Et
BrCH2_(CH2)_CH2Br
BrCH2_CH2Br
n = 0
R_X
n = 1
BrCH2_(CH2)2
_CH2Br
n = 2
BrCH2_(CH2)3
_CH2Br
n = 3
BrCH2_(CH2)4
_CH2Br
n = 4
BrCH2_(CH2)n
_CH2Br
CH3COCH2CO2Et
CO2EtCH3CO
EtO_
CH3CO CHCO2Et
(CH2)n+2 CHCO2Et
COCH3
CH3CO CHCO2Et
(CH2)2
CH3CO CHCO2Et
(CH3)3
CH3CO CHCO2Et
(CH2)4
CH3CO CHCO2Et
(CH2)5
CH3CO CHCO2Et
(CH2)6 CHCO2Et
COCH3
CHCO2Et
COCH3
CHCO2Et
COCH3
CHCO2Et
COCH3
CHCO2Et
COCH3
_ EtO /EtOH
1000CCH3COCH
CO2EtCH2CH2CH2CH2Br
Br _ CH2 CH2
CH2
CH2Br
HCCH3CO
CO2Et
EtO_
H2C
CCH3CO
EtO2C
_
Br
CH3CO
CO2Et
IX
241
Sintetiza la Ciclopentil fenil cetona empleando Benzoilacetato de etilo y el derivado halogenado que creas conveniente.
EJERCICIO 9.15
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:
_
cetona
R CH2 CO
R' + Br2HO
R CH CO
R'Br
α−bromocetona
enolcetona
CO
R':B
R CH C
OH
R'
:
:
+ Br_
+
enolR
HCC
OH
R' Br____Br
:
R
CHC
OH
R' Br
B:_
+ H_B
::+
:
R
CHC
O
R' Br
H
Br
CHC
O
R' R
R−CH2
_
1)HO (dil)
2)H3O+
1)EtO2)R'-X
SN2CH3CO CH
CO2EtCH2
CORBr CH3CO CH
CO2EtCH2 COR
_
_
CH3CO CHCO2H
CH2 COR
CO2Et
CCH3CO
R'
COR
QCH3CO CH
CO2H
CH2 CORCO2
_CH3CO CH2 CH2 COR
CO2Et
CCH3CO
R'
CORHO (dil.)
Q
_ CO2H
CCH3CO
R'
CORCO2
_CHCH3CO
R'
COR
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
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.
EJERCICIO 9.16
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:
Br2R CH2 CO2H
PCl3R CH CO2H
Br
Los α-bromoésteres se obtienen por esterificación del correspondiente α-bromoácido:
EtOHH3O+R CH
BrCO2H R CH
BrCO2Et
_
1)HO-(conc.)
2)H3O+1)HO-(dil.)
2)H3O+ HO2C_CH2_CH2
_CO2H
CH3COCH2_CH2
_CO2H
1)EtO /EtOH
2)R_X
1)HO (conc.)
2)H3O+1)HO (dil.)
2)H3O+ HO2C_CH_CH2_CO2H
R
SN2CH3CO CH
CO2EtCH2
CO2Et
Br CH3CO CHCO2Et
CH2 CO2Et
_
CH3CO CCO2Et
CH2 CO2EtR
_
_
CH3COCH CH CO2HR
Averigua la estructura del β -cetoéster F y escribe el mecanismo simplificado de las reacciones que aparecen en los esquemas.
EJERCICIO 9.17
1)HO (dil.)
2)H3O+E(C7H10O2)
1)HO (conc.)
2)H3O+G(C8H12O5) Ácido 5-ceto-3-metilhexanoico
_
_
F(C10H14O4)
Q
Ác. 3-metilpentanodioico A(C10H18O4) ; Ác. propanodioicoSOCl2C2H5OH
H3O+B(C3H2O2Cl2)
1)HO (dil.)
2)H3O+E(C7H10O2)
1)EtOA(C10H18O4)
2)B(C3H2O2Cl2)
_ _QC(C13H18O6) D
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.
(80-90%)
CH2
CO2Et
CO2EtEtOHEtO
_
CHCO2Et
CO2Et
_ n-C4H9Br
EtOHCHCO2Et
CO2EtC4H9
KOH/H2OCHCO2 K+
CO2 K+C4H9
_
_
(80-90%)
CH2
CO2Et
CO2EtEtOHEtO
_
CHCO2Et
CO2Et
_ n-C4H9Br
EtOHCHCO2Et
CO2EtC4H9
KOH/H2OCHCO2 K+
CO2 K+C4H9
_
_
H2O
H2SO4CHCO2H
CO2HC4H9
CO2_
C4H9 CH2 CO2H
1)EtO /EtOH
(83-84%)2)C2H5CHBr
Me
_
CHMe
CHCO2Et
CO2EtC2H5KOHH2O
CHMe
CHCO2 K+
CO2 K+C2H5
__
H2C(CO2Et)2
H2SO4/H2O
(62-65%)CO2
_ CHMe
CH2 CO2HC2H5
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
EtOH(CH3)3C_Br + H2C(CO2Et)2 (CH3)3C_CH(CO2Et)2 +
(6%)
EtO_
CH3 CCH3
CH2
_
EtOH + H2C(CO2Et)2 +
(60%)
Br CH(CO2Et)2
EtO
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.
1)EtO /EtOH
2)Br(CH2)3BrCO2Et
CO2Et
+
(55-56%) (10%)
2H2C(CO2Et)2
_
CHEtO2C
CO2Et
(CH2)3 CH
CO2Et
CO2Et
EtOH2H2C(CO2Et)2 + BrCH2
_CH2Br
CO2Et
CO2Et
EtO_
Síntesis de un ácido espiroheptanocarboxílico:
EtOH H2C(CO2Et)2+
H4AlLi HBr H2C(CO2Et)2CH2
CH2Br
CH2Br
EtO_ CO2Et
CO2Et
CH2OH
CH2OH
CH2Br
CH2Br EtO_
1)HO /H2O
2)H3O+Q
CO2H
_
CO2_
CO2Et
CO2Et
CO2H
CO2H 2. SÍNTESIS DE ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Reacción del anión enolato con derivados halogenados que tengan los átomos de halógeno suficientemente alejados:
IX
245
CH
CO2Et
CO2Et
_CH2
Br
(CH2)n CH2
Br
CH
CO2Et
CO2Et
_CH
CO2Et
CO2Et
CH2 (CH2)n CH2 CH
CO2Et
CO2Et
H3O+CH
CO2H
CO2H
CH2 (CH2)n CH2 CH
CO2H
CO2H
QCO2
_ CH2 CH2 (CH2)n CH2 CH2HO2C C 2HO
Dependiendo del valor de n se pueden obtener ácidos dicarboxílicos cíclicos, como sucede en la síntesis acetilacética:
CH2
CO2Et
CO2Et
21)EtO
2)BrCH2CH2Br
_
CH
CO2Et
CO2Et
CH2 CH2 CH
CO2Et
CO2Et
1)EtO
2)BrCH2CH2Br
_ CO2EtCO2Et
CO2EtEtO2C
CO2EtCO2Et
CO2EtEtO2C
1)HO
2)H3O+
CO2H
CO2H
_ CO2HCO2H
CO2HHO2C
QCO2
_
Los α-haloésteres también pueden dar lugar a ácidos dicarboxílicos:
CO2Et
CH
CO2Et
_CH2
Br
CO2Et
CO2Et
CH
CO2Et
CH2 CO2EtH3O+
CO2H
CH
CO2H
CH2 CO2HQ
CO2_ CH2CH2 CO2HHO2C
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
_C O
Cl
R
CO2Et
CH
CO2Et
C R
OH3O+
CO2H
CH
CO2H
C R
OQ
CO2_ R CO CH3
IX
246
Efectividad de algunos nucleófilos habituales (reacciones SN2)
reactividad nucleófilo reactividad relativa nucleófilos muy activos I¯ HS¯ RS¯ >105
nucleófilos activos Br¯ HO¯ RO¯ NC¯ 104
nucleófilos aceptables :NH3 Cl¯ F ¯ RCO2¯ 103
nucleófilos débiles H2O ROH 1 nucleófilos mediocres RCO2H 10-2
(*) 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
R-Br Bromuros de alquilo Br− Bromuro (v.r.= 1) R-I Ioduros de alquilo I− Ioduro (v.r.= 3)
_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
ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:
R_Z Nu: R_Nu Z:
__
_ _
R_X
HO ; H2O
R'O ; R'OH
R'CO2
R__OH
R__OR'
R__O_COR'
[RCH=CH2 + H2SO4]
(tosilato)
H2O R_CH2__OH
R'_CO_O R_CH2__O-COR'
O O O
H2O ; H3O+
O; H3O+
HOCH2CH2__OH
ArO Na+
Cl_CH2CH2_OH
[Z_CH2CH2_Nu] O
Cl_CH2CH2CH2CH2_OH
[Z_CH2CH2CH2CH2_Nu] O
C__O
*
sulfato de dimetilo
+
N2
N2
(diazometano)
X
_
_ _
_
R CH
Me
O SO
OOH HO
_R CH
MeOH O S
O
OOH
_
R CH2 O SO
OMe _ O S
O
OMe
_
MeO SO
OOMe
_ArO__Me MeO S
O
OO Na+_
Cl
Cl
_
_
Me N N
R CO
OH R CO
O__Me
R CO
CH CO
R_
R CO
CH CO
R
_
R CO
CH CO
RMe
*éster del ácido p-toluensulfónico
IX
248
ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:
R_Z Nu: R_Nu Z:
__
_ _
NH3
R'NH2
R2'NH
R3'N
R__NH2
R__NH_R'
R__NR2'
R__NR3'+
R_X
X = (Cl, Br, I)
X_
C−−N
O
HO_CH2CH2__NH2
HO_CH2CH2__NHR
OO
HO2C_CH2CH2__NHR
HO2C_CH2CH2__NH2
NH3
RNH2
NH3
RNH2
R_OH
(X = Cl , Br , I )
R__X
R_OH SOCl2, PCl3, PCl5 R__Cl
R_OMe R__I
X HO
MeO
__ _ _
_
_HI
R_X LiAlH4 (H ) R__H
OLiAlH4 (H )
R_OTs(tosilato)
LiAlH4 (H ) R__H TsO
X_
_
_
_
_
R CH CH
H OHR
R R
C−−H
R_X LiAlH4 (H ) R__H
OLiAlH4 (H )
R_OTs(tosilato)
LiAlH4 (H ) R__H TsO
X_
_
_
_
_
R CH CH
H OHR
R R
C−−X
IX
249
ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:
R_Z Nu: R_Nu Z:
__
_ _
R_X
R__CN
C__C
HC(CO2Et)2
R'CO_CH_COR'
CH3CO_CH_CO2Et
_
_
_
O
(X = Cl, Br, I)
X_Mg_R (R )
NC_
X_
R' C C Na+_R' C C R
R CH(CO2Et)2
R' CO CH
R
COR'
CH3 CO CH
R
CO2Et
_R__CH2CH2OH
EJERCICIOS ADICIONALES 9.1 Considera la siguiente secuencia de reacciones:
2-Bromo-3-metil-3-pentanolNaOH, H2O
SN2A(C6H12O)
MeOH, H3O+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-butanolNaOH, H2O
SN2A(C4H8O)
H2SO4
H2OB (C4H10O2)
9.3 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanolNaOH, H2O
SN2A(C4H8O)
HBr (48 %)
00CB(C4H9OBr)
9.4 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B:
A(C4H9OBr) B(C4H8O) (2R,3S)-3-Amino-2-butanolHO_
SN2
NH3, H2O
SN2
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:
(1R,2R)-2-Bromo-1-metilciclohexanolNaOH, H2O
A(C7H12O)MeO Na+, MeOH
_
SN2SN2B(C8H16O2)
C(C8H16O2)
MeOHH3O+
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:
CO2H
Me
MeCO2H
O O
(1) (2) (3) (4)
CO2H
CO2Et
CO2Et
EtO2C CO2Et
(5) (6) (7) (8)
CO2H
CO2H
9.8 Averigua la configuración absoluta del compuesto A:
SN2C(C13H15O2N)[(2S,3R) + (2R,3R)]
Ácido (3R)-3-Fenilbutanoico
A(C8H9Br) + B(C5H7O2N) EtO_
H3O+
D(C11H12O4) Q
E(C3H4O4) G(C9H14O4) Ácido ciclopropanocarboxílicoEtO + BrCH2CH2Br
_EtOHH3O+
H3O+F
Q
H3O+B
9.9 Apartado 1: Teniendo en cuenta las reacciones que aparecen a continuación, averigua la estructura de los β-
cetoésteres A, B, C, D, y E.
A(C8H14O3)
2)H3O+ CH3CO2H + CH3CH2CH2CO2H1)HO-(conc.)
C6H5COCH2COCH3 + CO22)H3O+
1)HO-(dil.)B(C13H14O4)
IX
251
1)HO-(conc.)2)H3O+ CH3CH2CO2H + HO2C-CH2CH2-CO2HC(C11H18O5)
1)HO-(dil.)2)H3O+ CH3COCH2CH2COCH3 + CO2D(C9H14O4)
E(C5H8O3) 1)HO-(dil.)
2)H3O+ CH3CHO + CO2
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 Cloruro de benzoilo Acetato de etilo Bromoacetato de etilo Acetilacetato de etilo Propionilacetato de etilo 9.10 Averigua la estructura del β-cetoéster E y escribe el mecanismo de las reacciones que aparecen en los esquemas.
E(C9H12O4)
1)HO (dil.)
2)H3O+
1)HO (conc.)
2)H3O+[F(C7H10O5) + G(C7H10O5)]
-2CO2
Ac. 4-ceto-3-metilpentanoico +Ac. 4-ceto-2-metilpentanoico
_
_
D(C6H8O2)
Q
1)EtO
2)BrCH2CO2Et2)MeCOCl
1)EtO_ _
MeCH2CO2EtNaOHH2O
H3O+
QA B C(C9H12O4) 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-Cicloexano-
dicarboxílico. 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:
OH Me
HH(2S)-1,2-Propanodiol
OH Me
HH(2R)-1,2-Propanodiol
9.13 Averigua la configuración absoluta del compuesto A:
A(C4H8O) NaCNEtOH, 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
2)H3O+B(C9H12O) HBr
SN2C(C9H11Br)
Me C CH , NH2Na
SN2(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino
9.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
A(C13H16O4) + C6H5 BrEtO
_
B(C20H22O4)H3O+
C6H5
CO2H
CO2H
C6H5 Q
C(C15H14O2) EtOHH3O+
D(C17H18O2)
Secuencia 2:
Me CHOO
+ A(C3H5Br)HO
_ MeO
CH2
Secuencia 3:
A(C7H12O4) + B(C7H7Br)EtO
_
C6H5CO2Et
CO2Et
1)EtO_
2)C6H5COClC
9.16 Idea un mecanismo razonable que justifique la siguiente transformación:
Me
Me
OH
H3O+
Me OH
Me
9.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
C6H5 Me
O
Br2
HO_ A
Me O
O_
Na+B(C10H10O3)
Secuencia 2:
Me2NH + A Me2NOH 1)EtO
_
2) ?
C6H5CH2ClC6H5 N
OOH
Me Me
+Cl
_B(C6H15NO2)
Secuencia 3:
MeMe
O
Br2
HBrA Me
MeO
OCO2Et
Me
EtO_
? +
IX
253
Secuencia 4:
O
MeCO2Et
O1)EtO
_
2)A(C6H8O3)(lactona)
H3O+
QB(C5H10O2) ?
MeBr
O
Secuencia 5:
CO2Et
(CH2)4
CO2Et
EtO_
A(C8H12O3)1)EtO
_
2)
O
C6H5
HClH2O
O
C6H5
ClB(C16H20O4)
Secuencia 6:
1)EtO_
2)H2C(CO2Et)2 A(C10H14O4)
H3O+
Q
H3O+, H2O
Hg2+Me CO2H
O
B(C5H6O2)BrCH2 C CH
9.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
MeCO2Et
OEtO
_
Me IA
OC6H5
EtO_
[B(C16H21O4)](anión) C(C14H16O3) HBrH3O+, Q
[D(C14H17O3Br)] E(C13H17OBr)HO
_Me
C6H5
MeO
IX
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN
GENERALIDADES En un sustrato saturado, el esquema general de cualquier reacción de eliminación es el siguiente:
π
:B_
H C C Z C C BH Z_
+ +
[:B- es una base (nucleófilo) que puede no llevar carga] Si la reacción ocurre en un sustrato insaturado:
π
:B_
H C C Z BH Z_
+ +C C
Los sustratos más comunes en las reacciones de eliminación son los haluros de alquilo y los alcoholes:
CH3 CH CH
H
Br
CH3
B_
CH3 CH CH CH3 + HB + Br_
H2O:
CH3 C OHCH3
CH3
H3O+H CH2 C
CH3OH2
CH3
+CH2 C CH3
CH3+ H3O+ 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:
v = k1[R-Z]H C C Z lenta H C C Zδ+ δ−
H C C+
+ Z_
+ HBrápidaB
_H C C + C C
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 C BrCH3
CH3 lentaCH3 C
CH3
CH3+ + Br
_
(81%)
t-Butil etil éter
SN1: C2H5 OH C CH3
CH3
CH3
+rápida
C2H5 O C CH3
CH3
CH3
H
+C2H5 O C CH3
CH3
CH3
H+_
E1: (19%)C2H5 OH CCH2
CH3
CH3
H +rápida
C2H5 OH2+
+ CH2 C CH3
CH3
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:
δ+δ− δ−
+ Z_
H C C ZB:_
B H C C Z HB + C C
v = k2[R-Z][:B- ]La cinética de la reacción es de segundo orden:
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.
........
δ−
Z
H
R
R'
R
R'Nu
R R'R'R
Z
H.....Nu
δ−
[la aglomeración disminuye]
E2:R R'
R'R + H_Nu + Z_
_
δ−
Z
H
R
R'
R
R'Nu
R'R'
Z
Nu
δ−
[la aglomeración aumenta]
SN2:H
RR
H
RR
Nu
R'R'
+ ZSN2
_
_
E2
La reacción E2 está favorecida si existe considerable impedimento estéreo en el carbono 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 y el nucleófilo (base) es pequeño y muy polarizable. Finalmente, lareacción E2 prevalece sobre la SN2 en disolventes que no sean muy polares (p.e. un alcohol)
α
α
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 CH3CH2
_S_CH3 + NaBrSN2
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)3C_OH_
CH3 CCH3
CH2 + + 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):
[Saytzev] (32%) [Hofmann](8%)
CH3CH2 CCH3
CH3
Br E1:B CH3 CH C CH3
CH3+ CH3 CH2 C
CH3CH2
[Saytzev] (32%)
[Hofmann] (8%)
=
:BB: 1 2+
CH3CH2 CCH3
BrCH3
E1:B CH3CH2 C
CH3
CH3
+ CH3 CH
H
C CH2
CH3
H
1
2
E1
CH3 CH CCH3
CH3
CH3 CH2 CCH3
CH2
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)E1
CH3CH2 CHBr
CH3EtO
_
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
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:
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)
CH3CH2 CHBr
CH3E2
EtO
Me3CO
_
_
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
+
[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)
Me3CE2
EtO
Me3CO
_
_
Me3C CH
CH2 C CH3
Br
CH3
C CH3
CH3Me3C CH2 C CH2
CH3
+
[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)
Me3C CH C CH3
CH3Me3C CH2 C CH2
CH3
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
H
Me
Me I
E1H
HMe
MeH+
:
MeHH
Me(Z)
H
HMe
HMe+
:
HMeH
Me(E)
H Me
H
H Me
H Me
H
Me H=
=
(minoritario)
(mayoritario)
B
B
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
E1R
RCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)H
RCH2 CHZ
CH2R
H H
H
CH2R
R Z
E1CH2RHH
R(Z)
(E)
H R
H
H CH2R
=
=
HH
H CH2RR
+:
HCH2R
H HR
+:
H R
H
RCH2 H HCH2RH
R
B
B
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
E1H
RR
Z
ZR
H+
(E)(Z)
R
R CHZ
CHZ
R
Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H
R Z
H
H R
=
=H R
ZR
(Z)
H
Z RZ
HR
(R,R)
E1
H
RZR
H +:
H
RZH
R +:
R Z
H
R HR R
ZH
(E)
B
B
Z R
H
R H
=
=R Z
RH
(Z)
H
Z ZR
RH
(S,S)
E1
H
ZRH
R +:
H
ZRR
H +:
Z R
H
H RH Z
RR
(E)
B
B
Z R
H
H R
=
=H Z
RR
(E)
H
Z ZR
HR
(R,S)
E1
H
ZRR
H +:
H
ZRH
R +:
Z R
H
R HR Z
RH
(Z)
B
B
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
E1R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+RCH2 CHZ
CH2R'
Z R'
H
H CH2R
=
=R' CH2R
HH
(Z)
H
ZR'H
CH2RH
E1
H
R'H H
CH2R+:
H
R'H CH2R
H+:
H R'
H
RCH2 HR' H
CH2RH
(E)
(R) o (S)
B
B
Z R
H
H CH2R'
=
=R CH2R'
HH
(Z)
H
ZRH
CH2R'H
E1
H
RH H
CH2R'+:
H
RH CH2R'
H+:
H R
H
R'CH2 HR H
CH2R'H
(E)
(R) o (S)
B
B
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
E1H
R'R
ZR'
ZR
H+
(E)(Z)
Z
R'R
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+R CHZ
CHZ
R'
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
R' Z
H
H R
=
=H R'
ZR
(Z)
H1
Z R'Z
H2R
E1
H
R'ZR
H +:
H
R'ZH
R +:
R' Z
H
R HR R'
ZH
(E)
(R,R) (S,S)(R,S) (S,R)
R Z
H
H R'
=
=Z R'
HR
(Z)
H2
ZZR
R'H1
E1
H
ZR H
R'+:
H
ZR R'
H+:
R Z
H
R' HZ H
R'R
(E)
B
B
B
B
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.
EJERCICIO 10.1
E1CH3CH2 CHMe
CHOH
CH2CH3 CH3CH2 CMe
CH CH2CH3H3O+
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):
1H
I2H
Me
Me
H
Me H2
H1
I
H Me E22H Me
HMe
[antiperiplanar](menos impedida)
(E)
[mayoritario]
2H
IMe
Me
1H
H
1H Me
H2
I
H Me E2
Me MeH1H
(Z)
[mayoritario] [antiperiplanar] (más impedida)
B:
B:
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
R
RCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)H
RCH2 CHZ
CH2R E2
E2CH3CH2 CH
BrCH2CH3
[(Z) + (E)]
CH3CH CH CH2CH3
1H
BrMe
Et
2H
H
2H Me
H1
Br
H Et E2
Me EtH2H
(Z)
[minoritario]
2H
Br1H
Et
Me
H
Me H1
H2
Br
H Et E21H Et
HMe
(E)
[mayoritario]
B:
B:
EJEMPLO 2
E2H
RR
ZR
ZR
H
(E)(Z)(R,R) o (S,S)
E2
(R,S)
R CHZ
CHZ
R R CHZ
CHZ
R
CH3 CHBr
CHBr
CH3E2
CH3 CH C CH3
Br
La reacción es estereoespecífica:
H
BrBr
Me
Me
H
Me Br
H
Br
H Me E2
Br MeHMe
(Z)
H
Br Me
H
Br
Me
Me Br
H
Br
H Me E2
H MeBrMe
2
3
(2R,3R)
(2R,3R) (Z)
2
3
B:
B:
X
263
H
BrMe
H
Br
Me
Br Me
H
Br
Me H E2
Me HMeBr
(Z)
H
Br Br
Me
Me
H
Br Me
H
Br
Me H E2
Me BrMeH
23
(2S,3S)
(2S,3S) (Z)
23
B:
B:
H
BrBr
H
Me
Me
Me Br
H
Br
Me H E2
Br HMeMe
(E)
H
Br Br
H
Me
Me
Br Me
H
Br
H Me E2
H BrMeMe
2
3
(2R,3S)
(2R,3S) (E)
2
3
B:
B:
EJEMPLO 3
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+(R) o (S)
E2RCH2 CH
ZCH2R'
E2
[1] [2]
CH3CH2CH2 CHCl
CH2CH3 CH3CH2 CH CH CH2CH3 + CH3CH2CH2 CH CH CH3
3-Hexeno 2-Hexeno
3-Hexeno [1]:
1H
Cl H2
H
Et
Et
2H Et
H1
Cl
H Et E2
H H2EtEt
(Z)[minoritario]
2H
Cl Et
H
H1
Et
Et H1
H2
Cl
H Et E2
H EtH1Et
(E)[mayoritario]
32
32
B:
B:
(3R)
1H
Cl H2
H
Et
Et
2H Et
H1
Cl
H Et E2
H H2EtEt
2H
Cl Et
H
H1
Et
Et H1
H2
H Et
H EtH1Et
B:
B:
(3R)
X
264
1H
Cl H2
Et
Et
H
2H Et
H1
Cl
Et H E2
Et H2EtH
2H
Cl Et
Et
H1
H
Et H1
H2
Cl
Et Et E2
Et EtH1H
3
(3S) (E)
[mayoritario]
(Z)
[minoritario]
2
3
2
B:
B:
2-Hexeno [2]:
1H
Cl H2
Pr
Me
H
2H Me
H1
Cl
Pr H E2
Pr H2MeH
2H
Cl Me
Pr
H1
H
Me H1
H2
Cl
Pr H E2
Pr MeH1H
3
(E)
[mayoritario]
(Z)
[minoritario]
2
2
3
B:
B:
(3R)
1H
Cl H2
H
Me
Pr
2H Me
H1
Cl
H Pr E2
H H2
MePr
2H
Cl Me
H
H1
Pr
Me H1
H2
Cl
H Pr E2
H MeH1Pr
3
(3S) (Z)
(E)
[minoritario]
[mayoritario]
2
32
B:
B:
X
265
EJEMPLO 4
R'
HR
ZR'
ZR
H+
(Z)(Z)
H
R'R
ZZ
R'R
H+
(E)(E)
(R,R) o (S,S)
E2
(R,S) o (S,R)
E2R CHZ
CHZ
R' R CHZ
CHZ
R'
CH3 CH CHBr Br
CH2CH3E2
CH3 C CHBr
CH2CH3 + CH3 CH CBr
CH2CH3 + CH3 CHBr
CH CH CH3
[1] [2] [3] 2-Bromo-2-penteno [1] y 3-Bromo-2-penteno [2]:
Br
1H H2
Me
Et
Br
2H Et
Br
1H
Me Br E2
Me H2EtBr
2H
Br Et
1H
Br
Me
Et Br
H2
Br
1H Me E21H Et
BrMe
2
(Z)
(Z)
(2R,3R)[1]
3
23
[2]
B:
B:
Br
1H Et
Br
H2
Me
Et H2
Br
1H
Br Me E2
Br EtH2Me
2H
Br Br
Me
Et
1H
Br Et
H2
Br
Me H1E2
Me BrEt1H
2
(Z)
(Z)
(2S,3S)[1]
3
2
3 [2]
B:
B:
Br
1H Et
Me
H2
Br
Et H2
Br
1H
Me Br E2
Me EtH2Br
2H
Br Br
1H
Et
Me
Br Et
H2
Br
1H Me E21H Br
EtMe
2
(E)
(E)
(2R,3S)[1]
3
23
[2]
B:
B:
X
266
Br
1H H2
Br
Et
Me
2H Et
Br
1H
Br Me E2
Br H2EtMe
2H
Br Et
Me
Br
1H
Et Br
H2
Br
Me H1E2
Me EtBr1H
2
(E)
(E)
(2S,3R)[1]
3
23
[2]
B:
B:
Escribe el mecanismo de formación de los estereoisómeros del compuesto [3] (Ejemplo 4) utilizando los cuatro estereoisómeros del 2,3-Dibromopentano.
E2
[3]
CH3 CH
Br
CH
Br
CH2CH3 CH3 CHBr
CH CH CH3
EJERCICIO 10.2
TIPOS DE ESTEREOISÓMEROS OBTENIDOS EN LAS REACCIONES E1 Y E2
EJEMPLO 1
E1R
HRCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)
E2
R
HRCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)
[estereoselectiva]
RCH2 CH CH2RZ
EJEMPLO 2
E1
E2
H
RR
ZR
ZR
H+
(E)(Z)
(R,R) o (S,S)* *
R
ZR
H
(Z)
[estereoespecífica]
R CHZ
CHZ
R
X
267
E1
E2
H
RR
ZR
ZR
H+
(E)(Z)
(R,S)
(meso)
* *H
RR
Z
(E)
[estereoespecífica]
R CHZ
CHZ
R
EJEMPLO 3
E1
E2
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+
(R) o (S)*
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+
RCH2 CHZ
CH2R'
EJEMPLO 4
E1
E2
H
R'R
ZR'
ZR
H+
(E)(Z)
Z
R'R
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+
R'
H2R
ZR'
ZR
H1
+
(Z)(Z)
* *(R,R) o (S,S)
R CH1 CH2 R'Z Z
E1
E2
H
R'R
ZR'
Z
H+
(E)(Z)
Z
R'
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+
H2
R'R
ZZ
R'R
H1
+
(E)(E)
* *(R,S) o (S,R)
R CH1Z
CH2Z
R'
R R
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:
CH3CH2 CHBr
CH3E1 CH3 CH CH CH2
1 2+
1
2
EtO_
CH3 CH CH CH3
(Z) + (E)
CH3CH2 CH CH2
(Saytzev)
(Hofmann)
H H
Productos Saytzev:
H
HMe
HMe Me
H
HMe
H
MeH
HMe
H
Me
H
HH Me
HMeMeH
MeMeHH
+
+
(E)
(Z)
(may.)
(min.)
B:
B:
Producto Hofmann:
H
HEt
HH H
H
HEt H
HHEtH+
B:
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:
+
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)
CH3CH2 CHBr
CH3E2
EtO
Me3CO
_
_
CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2
+
[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)
CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2
X
269
Productos Saytzev:
H1
2HMe Me
H1
2HHMe
Me2H
(E)Br
HMe
H
H2
Me1H
H1
H2
MeH1H
MeMe
Br
HMe
HMe
Br
Br
(may.)
(min.)(Z)
MeB:
B:
Producto Hofmann:
H
HH H
H
H EtH
HHB:
Br
EtH EtH
Br
H
HH
Br
H
H
H
HH
H
1
2Saytzev
Hofmann
[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)
Me3C CH2 CBr
CH3CH3
E2
EtO
Me3CO
_
_
Me3C CH C CH3
CH3+ Me3C CH2 C CH2
CH3
[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)
Me3C CH C CH3
CH3+ Me3C CH2 C CH2
CH3
Producto Hofmann:
H
HH H
H
HCH2CMe3H
HHB:
Br
CH2CMe3Me
CH2CMe3Me
Br (Hofmann)
X
270
Productos Saytzev:
H1
2HMe3C CMe3
H1
2H MeMe3C
Me2H
B:
Br
MeMe
MeMe
H2
Me3C1H
H1
H2
Me3C Me1H
MeMe3C
B:
Br
MeMe
MeMe
Br
Br
(Saytzev)
(Saytzev)
H
HH
Br
H
H
Me
HH
H
1
2Saytzev
Hofmann
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.
(27 %) (7 %)
CH3CH2 CBr
CH3
CH3
EtOH250 CH3CH2 C CH3
CH3
+ C2H5OH
SN1
E1
CH3CH2 CCH3
CH3
O CH2CH3 (66 %)
CH3 CH CCH3
CH3 + CH3CH2 CCH3
CH2
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 (S2O3
2-) 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
(36 %) (64 %)
CH3 CCH3
BrCH3
C2H5OH / H2O (80:20)
650H2C C
CH3CH3 + CH3 C
CH3
CH3
OH + CH3 CCH3
CH3
O CH2CH3
(catión sulfonio) (36 %) (64 %)
C2H5OH / H2O (80:20)
650H2C C
CH3CH3 + CH3 C
CH3
CH3
OH + CH3 CCH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
SCH3
CH3CH3
+
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 CH2OHH2SO4
1800CH3 CH2 OH2
+ H2O_CH3 CH2
+ SO4H_
CH2 CH2
H3PO4 (85 %)
OH
E1I2 (trazas) +
90-1000
(85 %) (15 %)
CH3 COH
CH3
CH2CH3 CH3 C CH2CH3CH3
CH3 CCH3
CH2CH3 + CH2 CCH3
CH2CH3
E1
H2SO4
(80 %)
C
OH
CH3
C
CH3
+C
CH2
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 ; CO3
2_ _ _ _ _
Los grupos eliminados son los mismos que en las reacciones SN2:
Cl ; Br ; I ; RSO3 ; 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:
(90 %) (10 %)
CH3CH2Br + EtO_ EtOH
550CH3CH2 O CH2CH3 + CH2 CH2
EtOH
550
(21 %) (79 %)
CH3 CHCH3
Br +_
EtO CH3 CHCH3
O CH2CH3 + CH2 CH CH3
550CH3 CH
CH3Br + EtOH CH3 CH
CH3O CH2CH3 + CH2 CH CH3
(97 %) (3 %)
EtOH
550
(100 %)
CH3 CCH3
BrCH3
+_
EtO CH2 CCH3
CH3
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:
HBr
H3O+
R CH2 CHOH
R
R CH2 CHBr
R
R CH CH R
Sin embargo, hay situaciones en las que la deshidrohalogenación es útil:
EtOHCl2
NaOH+CH2 CH2 ClCH2 CH2Cl CH2 CHCl
Br2 NCH3CH2CH2 CO2HPBr3
CH3CH2 CHBr
CO2H CH3CH CH CO2H
La mayor parte de las reacciones E2 son estereoespecíficas:
Br
H
C6H5
C6H5H
Me
C6H5 C6H5
HMe
(Z)
12
(1R,2R)
HO_
EtOHKOH
Br
H
C6H5
HC6H5
Me
C6H5 HC6H5Me12
(1S,2R)(E)HO
_
EtOHKOH
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.
NaOH _N
N-H
H2O
C6H5 CO
CH
H
CH2
HO_
NH2O
C6H5 CO
CH CH2 +
EtONa / H2O _Na+ CH(CO2Et)2C6H5 CH CH
CH(CO2Et)2
H
CO2Et_
EtO
C6H5 CH CH CO2Et +
La reacción de dihaluros vecinales con Zn da lugar a olefinas:
Br
Br
Me
MeH
H
Me MeHH
(Z)
2
(2S,3S)
3 + ZnBr2Me2CO
Zn
Br
Br
Me
HMe
H
Me H
MeH2
(2S,3R)
(E)
3 + ZnBr2
Zn
Me2CO
Apartado 1: ¿Qué estereoisómeros de A y B son coherentes con las reacciones del esquema?EJERCICIO 10.3
A(C5H10I2) (Z) 2-Penteno
Zn
SN2
Br_
B(C5H10Br2)
Apartado 2: ¿Cuáles son los estereoisómeros del 3-Metil-2-pentanol que conducen a los compuestos siguientes?
[A(C6H13Br) + B(C6H13Br)] 3-Metil-2-pentanolSN1 SN2
(2R,3S)
(2S,3S)
2-Amino-3-metilpentano+HBr NH3
Apartado 3: ¿Qué estereoisómeros del 2,3-Dibromobutano darán lugar a reacciones de eliminación estereo- específicas?
E2
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_
H CHR
CH2 O SO
OMe R CH CH2 + Me3C OH + O S
O
OMe
_
+
Me3CO_
H CHR
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 + RCH2ClMe2CO
RCH2I + ClK
OH + RCH2Br RCH2OH + Br_ _
H2S + RCH2NMe3 H2S_CH2R + NMe3++
Br + RCH2-OH2 RCH2Br + H2O+_
Me3N + RCH2I RCH2NMe3 + I+ _
Reactividad: MeCl >> MeCH2Cl > MeCH2CH2Cl ≅ Me(CH2)nCH2Cl [modelo]: RCl RIIK
Me2CO;
DERIVADOS ALQUÍLICOS PRIMARIOS CON IMPEDIMENTO ESTÉREO Dos sustituyentes β (tipo neopentilo): Normalmente SN1 + E1 (transposiciones de Wagner-Meerwein)
SN1
E1
transp. de W-MCH3 C
CH3
CH3
CH2BrH2O
CH3 CCH3
CH3
CH2+
CH3 CCH3
CH2 CH3+
CH3 COH
CH3
CH2CH3
CH3 CCH3
CH CH3
Un sustituyente β o dos γ: Normalmente SN2 (mayoritario) + E2 (minoritario)
_EtO+ CH3 CH
CH3CH2 O CH2CH3 + CH3 C
CH3CH2CH3 CH
CH3CH2Br
X
X
275
Normalmente S
CH3 CCH3
CH3
CH2CH2Br +_
EtO CH3 CCH3
CH3
CH2CH2 O CH2CH3 + CH3 CCH3
CH
CH3
CH2
Reactividad: R CH2CH2CH2 Z > R CHR'
CH2 Z R CR'
R''CH2CH2 Z >>> R C
R'
R''CH2 Z
DERIVADOS ALQUÍLICOS PRIMARIOS QUE ORIGINAN CARBOCATIONES ESTABILIZADOS
N1 muy rápida:
+SN1 NuCH2 CH CH2Cl CH2 CH CH2
+H2CHCH2C
_
CH2 CH CH2 Nu
+
+SN1 Nu...CH2 CH2*
*
*
*
Qmax
C6H5 CH2Cl
_
C6H5 CH2 Nu
DERIVADOS ALQUÍLICOS SECUNDARIOS
Nu poco y disolvente muy polar: SN1
Nu muy r y disolvente poco polar: SN2
reactivo
eactivoNormalmente:
_
_
276
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ I ]
se forma un alqueno por E2
¿es Nu- una base fuerte impedida? (p.e. t-BuO-)
dos sustituyentes β (R' y R'') (tipo neopentilo)
R-C-CH2-Z
R'
R''
un sustituyente β (R')
R-C-CH2-Z
R'
H
R-C-CH2CH2-Z
R'
dos sustituyentes γ (R' y R'')
carbocationesestabilizados del tipo:
SI
SN2 lenta
NO
(SN1 + E1)
transposiciones de Wagner-Meerwein endisolventes muy polares
SN2 (mayoritario)
E2 (minoritario)
SN1 muy rápida
(lo mismo para secundarios)
PRIMARIOcon impedimento estéreo
PRIMARIOsin impedimento estéreo R-C-Z
H
H
¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?
¿es Z un buen grupo saliente?
SI
NONO HAY REACCIÓN
R''
R-CH-CH=CH2+
+R-CH-C6H5
X
X
277
¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
SI
SN2moderadamente rápida
¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?
¿es Z un buen grupo saliente?
SI
NONO HAY REACCIÓN
SECUNDARIOR Z
R HTERCIARIO
R Z
R Rse forma un alqueno por E1 o E2
¿el disolvente es polar? ¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
¿es Nu- un buen nucleófilo, débil o moderadamente básico? (p.e. : I-, Br-, RS-)
SN1 rápida
reacción muy lenta(no útil en síntesis)
SI
NO
¿el disolvente es polar?SI
se forma un alqueno por E2
NO
SI
¿el disolvente es polar?
SN1 lenta
SI
SI
NO
NO NO
NO
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ II ]
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 C12H O14 2. 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(C10H Cl): 13
A + IK
(2S,3S) + (2R,3S)-3-Fenil-2-yodobutano
2-Fenil-2-yodobutano (racémico)
A + EtONa (Z) 2-Fenil-2-buteno + (3R) 3-Fenil-1-buteno
H2O
EtOH
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):
A (racémico)E2
(Z) B(C9H9Br) 1-Fenilpropino
(Z) C(C9H9Cl) 1-Fenilpropino
_EtO
HO
HO
_
_
H2O
H2O
MeCOCH2CO2Et + EtO_
Econc.HO
_C6H5CH2 CH CH2CO2H
MeB
H2
[Pd]D(C9H11Br)
MeCOCH2CO2Et + EtOconc.
_HO
_CH3CH2 CH CH2CO2H
C6H5
CH2
[Pd]F(C9H11Cl) H
X
279
10.5 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
B(C4H9OBr) (racémico)SN2
C(C4H8IBr) (racémico)E2
(Z) 2-Bromo-2-buteno + (Z) 2-Yodo-2-butenoA EtO_
HOBr IH
Secuencia 2:
D(C6H10O3) + E(C4H9Br)SN2
HO (conc.)
HO (dil.)
Ácido (3S) 3-Metilpentanoico
(4S) 4-Metil-2-hexanona
EtO_
_
_
F(C10H18O3)
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:
(Z) 1-Bromo-3-fenil-2-butenoNaOH, H2O(20%) [A + B] + [C] (%A = %B = %C)
250C Secuencia 2:
(3R,4R) 3-Cloro-4-metilhexanoEtO , EtOH
_[A + B] + [C] (%A = %B %C)~_
650C Secuencia 3:
2,2-Dimetil-1-yodopentano [A + B] + [C] (%A > B >> %C) + [D + E] (%D = %E)H2O
500C 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.
A(C4H8BrI)
E2B [(Z) + (E)]
D [(Z) + (E)] + F(C4H7I)
H2
[Pd]1-Bromobutano
(2R)-1,2-ButanodiolOH-(dil.)
SN2 10.8 Apartado 1: Realiza la síntesis de los compuestos H y G:
1-Yodo-2-metilbutano H2C(CO2Et)2 + EtO 1)HO-
2)H3O+, QG
_
H
X
280
Apartado 2: Una vez conocidas las estructuras de H y G, averigua las de D, E y F:
MeCOCH2CO2Et + EtO
E(C5H11Cl)
1)HO- (conc.)
2)H3O+, QG
MeCOCH2CO2Et + EtO
_
_
D(C5H11I)
F
Apartado 3: ¿Qué estructura tienen los compuestos B y C?
(E) C(C5H9Cl)
(Z) B(C5H9I)
E(C5H11Cl)
D(C5H11I)H2
[Pt]
H2
[Pt] Apartado 4: Finalmente, averigua la configuración absoluta de los enantiómeros que constituyen el racémico A.
(Z) B(C5H9I)
(E) C(C5H9Cl)
A(C5H10ICl) EtONaEtOH
(único producto de reacción)
(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) (C H Br9 10 2) 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:
(1) (C9H10Br2) E2
(2)
(3)
(4)
[(5) + (6)]
[(9) + (10)]
E1
SN2
[(7) + (8)]
[(11) + (12)]
SN1[(13) + (14)] + [(15) + (16)]
H2
HO_
HO_
H2[Pd]
[Pd]NH3
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+
δ−
μ = 2,73 D μ = 2,84 D
C
O
Me Hδ+
δ−
C
O
Me Me
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:
Nu_
: H ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC ; ; RCH2_ __
: :_: R C C
Mecanismo general:
Nu
R
R
C O_ Nu C_
R'
R
O HB Nu C
R'
R
OH
En el estado de transición la aglomeración de grupos en torno al átomo del C=O aumenta:
C
O
R'R
Nu_
C
R'R
O
δ+
δ_
C
R'R
O_
Nu Nu
Por este motivo, la velocidad de reacción sigue el orden:
H C H
O
> R C H
O
R C R
O
> ' 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__CO__C__CH3 > > CH3
__C__CO__C__CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3CH3
XI
282
Dependiendo del nucleófilo empleado se obtienen los siguientes tipos de compuestos:
Nucleófilo Sustrato
H
R OH
(imina, base de Schiff)R NH2
(enamina)
H2N NH2 (hidrazona)
R NH R
(cianhidrina)NC_
CH (alcohol)R C :_
R CH2
_(alcohol)
R'CH2 C R''
O
Producto
R'CH2 CH
O
R''
H
R'CH2 C
OR
OR
R''
R'CH2 C
R''
NR
R'CH C
R''
NR2
R'CH2 C NR''
NH2
R'CH2 C
OH
CN
R''
R'CH2 COH
R''C C R
R'CH2 COH
R''CH2R
_
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.
NC C O
Me
Et
_C O
Me
Et
NC_ HB
C OH
Me
Et
NC *
XI
283
Si el compuesto carbonílico y el nucleófilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):
C OEt
Me
1
2
NC_
OEt
NC
Me_
O
Et
NC
Me_1
2
HB
HB
OH
Et
NC
Me
OHEt
NC
Me
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):
H
Me
O
H
Me
H
Me
1 menor impedimento
mayor impedimento
Nu_
1
2
(producto mayoritario)
(producto minoritario)2
Nu
OH
OH
Nu
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.
Cα COMeC6H5
H
Me
*
[grupo pequeño]
[grupo mediano]
[grupo grande]
Conformaciones más favorecidas en relación con el grupo carbonilo:
O
MeC6H5
MeH
3 y
O
MeC6H5
HMe
3
(3S)
H Me
C6H5
OMe H
C6H5
O
(Me) (Me)
[grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]
(3R)
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.
G grupo de mayor tamaño grupo medianoM grupo de menor tamañoP
O
RG
MP
*
P M
G
O
(R)
P M
G
O
P M
G
O
_
_
RNu
NuR
Nu_
1
2
21
HB
HB
P M
G
OH
RNu
P M
G
OH
NuR
[1]
(mayoritario)
[2]
(minoritario)
carbonoasimétrico
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados P y G:
M
PG
O
R
1
Nu_
M
PG
RO
Nu
_M
PG
ROH
NuHB
[1]
(mayoritario)
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados M y G:
P
GM
O Nu_
P
GM
OR
Nu
P
GM
OHR
NuHB
[2]
(minoritario)
R
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
_+LiAlH4 + 4H2O
rápidaLi 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:
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+ CH3__(CH2)5
__CH2OH
Heptanal
1-Heptanol
(86 %)
CH3 (CH2)5 CO
H
O1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
OH
Ciclobutanona
Ciclobutanol
(90 %)
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+ CH2__CH2
__OH
Ac. fenilacetico 2-Fenil-1-etanol
(92 %)
CH2 CO
OH
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+ CH2OH
Benzoato de etiloAlcohol bencilico
(90 %)
C
O
OEt
N__C__Me
O1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+
N-Metilacetanilida (91 %)
Me
N___CH__Me
Me
N-(1-Hidroxietil)-N-metilanilina
OH
1)LiAlH4, Et2O
2)H3O+CH3
__(CH2)11__CH2NH2
Tridecanonitrilo Tridecilamina
(90 %)
CH3 (CH2)11 C N
XI
286
Mecanismo de la reducción de un éster:
+ H4AlLiEt2O
2 R__CH2O_
+ Al(OR')2 + Li+4H3O++
R CO
OR'2
2R__CH2OH + 2R'OH + Li+ + Al3+ + 4H2O
Cada molécula de H4AlLi reduce dos moléculas de éster. Reducción de la primera molécula:
H__AlH3
_Li+
R__C__H
O
OR'
_Li+
AlH3
R__C__H
O: : Li+
OR'
R__C__H
O
H
_: : Li+
+ R'O__AlH2+AlHH
R C
O
OR'
Reducción de la segunda molécula:
R__C
O
OR'
H__AlH__OR' R__C__
O
OR'
H
_
AlHOR'
R__C__H
O: :
H__Al(OR')2
+
: :_
Al(OR')2+
R C H
H
O
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:
CH3__C__CH2
__CH2__CO2Et
H4BNa
H2OCH3
__CH__CH2CH2__CO2Et
OH
4-Oxopentanoato de etilo 4-Hidroxipentanoato de etilo
O
NC__CH2CH2__C__H
H4BNa
EtOHNC__CH2CH2
__CH2OH
3-Cianopropanal 4-Ciano-1-propanol
O
CH3__CH2
__C__CH3
OH4BNa
H2O(87 %)2-Butanona
2-Butanol
CH3_CH2
_CH_CH3
OH
XI
287
CH3CH2CH2__C__H
OH4BNa
H2O(85 %)Butanal
1-Butanol
CH3CH2CH2__CH__H
OH
Compuesto LiAlH4 NaBH4 Producto
R__CHO R__CH2OH
R__CO__R' R__CHOH__R'
R__CO2H R__CH2OH
R__CO2R' R__CH2OH + R'__OH
R__CN R__CH2NH2
R__NO2 R__NH2
Ar__NO2
R__X R__H
+
+
+
+
+
+
+
+
+
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):
Me3C__CH__CH3
OHSwern Me3C__C__CH3
O
3,3-Dimetil-2-butanolterc-Butil metil cetona
(76 %)
La reacción transcurre en tres etapas. Etapa 1: Formación del catión clorodimetilsulfonio.
SMe
MeO: + Cl
_C
O
ClC
O
Cl SMe
Me
O C
O
Cl
C
O
Cl
_+
SMe
Me
O C
O
C
O
Cl+
Cl_
S
Me
Me
O C
O
C
O
Cl+:
+Cl__S__Me
Me
Clorodimetil- sulfonio
_O C O+ + C O + Cl
XI
288
Etapa 2: Reacción del alcohol con el catión clorodimetilsulfonio.
+: +
Cl_
+HClRCH2 O S
MeMe
+RCH2 O S
MeMe
H
+RCH2 O
H
: SMe
MeCl
Etapa 3: Reacción de oxidación-reducción.
+H__NEt3 +
_
Sulfuro de dimetilo
RH2 O S
CH2
Me
H :NEt3
+R C
H
HO S
CH2
Me
:+
R CH
O + Me S Me
FORMACIÓN DE ENLACES C−O
REACCIÓN CON ALCOHOLES Los aldehidos y las cetonas reaccionan con los alcoholes originando acetales:
+ CH3OHH3O+ CH3OH
H3O+
hemiacetal acetal
R CO
H R CHOH
OCH3 R CHOCH3
OCH3
+ CH3OHH3O+ CH3OH
H3O+
hemiacetal acetal
R CO
R' R COH
OCH3 R COCH3
OCH3R' R'
Mecanismo de formación de un acetal:
H___B
HO__R'
+ HBR C
O
R
: :
R C
O
R
: BH :_+
R C
O
R
: H
OH R'+
:B_
R C
O
R
: H
O R':
hemiacetal
R C
O
R
:H
O R':
hemiacetal
H___B
:B_
+ R C
OH2
R
O R':
+
H2O_
R C R
O R':
+
HO__R'
R C R
O R':
O R'H+
:B_
R C R
O R':
O R':
acetal
+ HB
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):
(acetal cíclico de un aldehido)R C
O
H
::
+ HOCH2__CH2OH
H3O+ OC
O CH2
CH2R
H
R C
O
R'
::
+ HOCH2__CH2OH
H3O+ OC
O CH2
CH2R
R'
(acetal cíclico de una cetona)
Escribe el mecanismo de la reacción entre la ciclohexanona y el etilenglicol en medio ácido:
O + HOCH2__CH2OH
H3O+
O
O+ H2O
EJERCICIO 11.1
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 + HOCH2__CH2OH
H3O+
O
O
+ HOCH2__CH2OH
H3O+
O
OC__HO
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.
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción de hidrólisis:EJERCICIO 11.2
O + HOCH2__CH2OH
H3O+
O
O
EJEMPLO DE PROTECCIÓN DE UNA CETONA EN FORMA DE ACETAL Imagina que se pretende realizar la siguiente reacción:
CH2CH2__CN
reducciónCH2CH2
__CH2NH2
O
2-(2-Cianoetil)-ciclohexanona 2-(3-Aminopropil)-ciclohexanona
O
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:
CH2CH2__CN
O
HOCH2__CH2OH
H3O+
OOCH2CH2CN
1)H4AlLi
2)H3O+
OOCH2CH2
__CH2NH2
CH2CH2__CH2
_NH3 CH2CH2__CH2NH2
OO
H3O++
HO (dil.)_
¿Cómo llevarías a cabo la siguiente transformación?
1)Na+NH2
2)CH3I5-Hexin-2-ona 5-Heptin-2-ona
CH3 CO CH2CH2 C CH CH3 CO CH2CH2 C C CH3
_
EJERCICIO 11.3
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):
CH3__CH__CH2CH2Br CH3
__CH__CH2CH2__CH2CH2OH
O
1)Mg
2)
OH OH
Ahora se plantea un problema distinto: los magnesianos reaccionan con los hidrógenos ácidos, dando lugar al hidrocarburo correspondiente:
BrMg___R'
RO____H
BrMg+ R'__H
OR
Si se pretende obtener el magnesiano de una molécula que tiene un grupo OH sucede lo siguiente:
+BrCH2CH2 CHCH3
O H
BrMg CH2CH2CHCH3OH
BrCH2CH2 CHCH3
OMgBr
CH2CH2CHCH3OH
H
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 +O
Dihidropirano
TsOH
250CRCH2
__OO
RCH2__O__THP
tetrahidropiranil éter
O
THP
(tetrahidropiranilo)
Mecanismo de la reacción:
OH___OTs
OH
H
+ O O__R
H
+TsO
__
TsO_
O O__R+ TsOH
tetrahidropiranil éter
:ORH
La síntesis que pretendemos realizar es la siguiente:
+O
CH3 CH
OH
CH2CH2MgBr CH3 CH
OH
CH2CH2 CH2CH2OH
Primer paso: Protección del alcohol.
O
O
CH3 CHOH
CH2CH2Br +TsOH CH3 CH
O
CH2CH2Br
Segundo paso: Formación del magnesiano.
Mg
Et2Omagnesiano con el OH protegido
O
CH3 CH
O
CH2CH2Br CH3 CH
O
CH2CH2MgBr
THP
Tercer paso: Reacción del magnesiano con el oxirano.
CH3__CH__CH2CH2
__MgBr
O__THP
+O
CH3__CH__CH2CH2
__CH2CH2__OMgBr
O__THP
CH3__CH__CH2CH2
__CH2CH2__OH
O__THPNH4
+Cl_
H2O+ Mg2+ + Br
_
XI
292
Cuarto paso: Hidrólisis del tetrahidropiranil éter del alcohol.
CH3__CH__CH2CH2
__CH2CH2OH
O OH3O+
CH3__CH__CH2CH2
__CH2CH2OH
OH
+O
Se pretende realizar la siguiente reacción de alquilación (Tema 9)EJERCICIO 11.4
O
CH2OHHOCH2
1)ter-BuO K+
2)ICH3
_
O
CH2OHHOCH2
CH3
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
CH2OHHOCH2
ter-BuO K+_
O
CH2OOCH2__
Este dianión reacciona con el yoduro de metilo:
O
CH2OOCH2__
I___CH3 CH3___I
O
CH2O__CH3OCH2CH3
¿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:
C__H
O
+ H2N__CH3benceno
QCH N__CH3 + H2O
Benzaldehido(70 %)
N-Bencilidenmetilamina
XI
293
O
+benceno
QN__CH2
__CH__CH3
(79 %)
N-Ciclohexilidenisobutilamina
+ H2OCH3
CH3_CH_CH2
_NH2
CH3
Mecanismo de la reacción (catálisis ácida pH 3-5; tampón AcOH + AcONa)
_
aminoalcohol
:HNR'
H
CR
R
O
H___OAc
R'__NH2
:
C
R
R
O
AcO_
+adiciónR' NH C
RR
OH
: H___OAc
+
eliminaciónH2O+R' NH C R
R
R' N C
H2O
RRH
R' N CH
RR
+
AcO_
++ AcOH
imina(base de Schiff)
R' N C R
R
H
R' N C RR
REACCIÓN CON AMINAS SECUNDARIAS Las aminas secundarias reaccionan con aldehidos y cetonas dando lugar a enaminas:
CH3CH2__C__H + CH3
__NH__CH3AcOHAcONa
CH3CH2__CH__N__CH3
H2O_
N-(1-Propenil)-dimetilamina
O
OH
CH3
CH3CH CH N CH3
CH3
O + HNAcOHAcONa
N
OHH2O_
N
N-(1-Ciclopentenil)-pirrolidinaPirrolidina
Escribe el mecanismo de la reacción entre la Ciclohexanona y la Pirrolidina.EJERCICIO 11.5
XI
294
G. Stork descubrió que las enaminas son compuestos análogos al enolato de la cetona de partida. Porejemplo, se pueden llevar acabo reacciones de alquilación (Tema 9) en la enamina y recuperar la cetona alquilada mediante una reacción final de hidrólisis:
EJERCICIO 11.6
O +NH
AcOHAcONa
N
enamina
+ H2O
Ciclohexanona
N + R__X bencenoQ
N+
R
+ X_
NH
N+
R
H2O
Q
OR
+
Ciclohexanona alquilada
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:
Q+ H2N__NH2
hidrazona del PropanalCH3CH2 C
OH CH3CH2 CH
OHNH NH2 CH3CH2 CH N NH2
O
+ H2N__NH2
NH__NH2HO
Q
N__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:
H2N__NH2 NaOHQ
CH3__(CH2)5
__CH2__CH3
(75 %)
Octano
CH3 (CH2)5 CO
CH3 CH3 (CH2)5 C
N
CH3
NH2
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:
R
RO_
_ H___OH2+
C__R
OH
+ H2O
R
ión alcóxido cianhidrina
N CC__R
O
R
N CN C
CH2CHO + CN_
CH2__CH__CN
_
H3O+CH2
__CH__CN
OH
Fenilacetaldehido
2-Hidroxi-3-fenilpropanonitrilo
(67 %)
O
CH3__CO__CH3 + CN
__
H3O+
(78 %)
2-Hidroxi-2-metilpropanonitrilo
CH3 CO
CH3
CN CH3 COH
CH3
CN
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):
(90 %)
Metacrilato de metilo
CH3__CO__CH3
1)NaCN
2)H3O+
(78 %)
CH3 COH
CH3
CNCH3OH
H2SO4CH2 C
CH3CO
OCH3
CH3__CHO
1)NaCN
2)H3O+H3O+
Ác. 2-hidroxipropanoicoQ
(Ác. láctico)
CH3 CHOH
CN CH3 CHOH
CO
OH
¿Cuál será la configuración absoluta del ácido láctico obtenido mediante la reacción anterior?EJERCICIO 11.7
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 + NH3 (liq.)330_
NH2 Na+ + 1/2 H2
_
+_
NH2_
+ NH3
pK 26 pK 36 aniónacetiluro
Keq 1010R C C H R C C:
El anión acetiluro se adiciona al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, originando alcoholes acetilénicos:
_
Formol
_
H3O+
alcohol primarioR C C: R C C C H
O
HR C C CH2OHC
O
HH
_
_
H3O+
R C C: R C C C HO
R'R C C CH
alcohol secundario
OH
R'C
O
R'H
_
_
H3O+
R C C: R C C C R'
O
R''
R C C C
OH
R'
alcohol terciario
R''C
O
R''R'
Reacción global: _
H3O+Na+
R'_CO_R''Et2O
Na+R C C HNa
NH3 (liq.)
_R C C: R C C C R'
O
R''R C C C R'
OH
R''
Escribe las reacciones que conducen a 1-Fenil-2-propin-1-ol y (1-Propinil)-1-ciclohexanol partiendo de Benzal-dehido, Ciclohexanona y el hidrocarburo acetilénico que consideres conveniente.
EJERCICIO 11.8
REACCIÓN CON COMPUESTOS ORGANOMAGNÉSICOS Reactivos organomagnésicos (magnesianos, reactivos de Grignard) (Tema 9, p. 229):
R__X + Mg R__Mg__X (haluro de alquil magnesio)
R Ar R (alquilo); ; ; ; ;CH2 CH CH2 CH CH2 CH C ArCH2
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:
X__Mg__CH2__R
Z___H
+
[ Z HO (agua) ; RO (alcohol) ; ArO (fenol) ; RCO2 (ácido) ; RCONH (amida)]
X MgZ
CH2 RH
La reacción con oxígeno conduce a alcoholes primarios:
R__CH2__MgX
1)O2
2) H3O+R__CH2OH
X__Mg__CH2R XMg
O____O
CH2R
RCH2____MgX
RCH2
O
MgX
+
RCH2
O
MgXH3O+
RCH2OH + Mg2+ + 2X_
22
O O
La reacción con CO2 origina ácidos carboxílicos:
R__CH2__MgX
1)CO2
2) H3O+ R__CH2CO2H
X__Mg
RH3O+
+ Mg2+ + X_
C
O
O
R CO
O Mg X
R CO
OH
SÍNTESIS DE ALCOHOLES Los magnesianos reaccionan con aldehidos, cetonas y ésteres dando lugar a alcoholes:
Formol
XMg
R C
O
H
H
XMg
R CH2
OH3O+
R__CH2OHalcohol primario
+ Mg2+ + X_
XMg
R C
O
HR'
aldehido
XMg
R C
O
HR'
H3O+R C
OH
HR'
alcohol secundario
+ Mg2+ + X_
XI
298
cetona alcohol terciario
XMg
R C
O
R''R'
XMg
R C
O
R''R'
H3O+R C
OH
R''R' + Mg2+ + X
_
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:
R' C
O
H1 R__MgX + R' CH
O
R
MgXH3O+
R' CH
OH
R
R C
O
H2 R'__MgX + R CH
O
R'
MgXH3O+
R CH
OH
R' Síntesis de un alcohol terciario:
R' C
O
R''1 R__MgX + R' C
O
R''
MgXH3O+
R' C
OH
R''R R
R C
O
R''2 R'__MgX + R C
O
R''
MgXH3O+
R C
OH
R''R' R'
R C
O
R'3 R''__MgX + R C
O
R'
MgXH3O+
R C
OH
R'R'' R''
Utilizando magnesianos y aldehidos diseña dos síntesis del 2-Butanol. Emplea magnesianos y cetonas que den lugar al 3-Metil-3-hexanol.
EJERCICIO 11.9
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 C
O
R'
OR''[adición]
R C
O
R'
OR''
_MgX+
[eliminación] R CO
R' + R''__OMgX
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):
R CO
R' + XMgR R C
O
R'R
MgXH3O+
R C
OH
R'
R Reacción global:
R' CO
OR''1)2XMgR
2)H3O+ R' C
OH
RR
+ R''OH + Mg2+ +_
2X
Las lactonas son ésteres cíclicos que reaccionan con los magnesianos. Escribe las reacciones correspondientes a la siguiente transformación:
EJERCICIO 11.10
O
O
1)2BrMgEt
2)H3O+5-Etil-1,5-heptanodiol
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.
EJERCICIO 11.11
SÍNTESIS DE ALCOHOLES ACETILÉNICOS A PARTIR DE MAGNESIANOS Los alquinos terminales reaccionan con magnesianos, originando haluros de alquinilmagnesio:
RC CH R'__CH2MgX+
pKa 26
RC C MgX + R'CH3 Keq 1013
pKa 49 Los haluros de alquinilmagnesio se adicionan al grupo carbonilo de aldehidos y cetonas, dando lugar a alcoholes acetilénicos:
H3O+
H3O+
H3O+
(alcohol primario)
(alcohol secundario)
(alcohol terciario)
R C C MgX
H CO
H
R' CO
H
R' CO
R''
R C C CH2
O MgX
R C C CH
O MgX
R'
R C C C
O MgX
R'R''
R C C CH
R C C CH2OH
OHR'
R C C COH
R'R''
XI
300
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:
EJERCICIO 11.12
HC C CH
CH2OH
CH2OH1)EtMgBr
2)H3O+C C CH
CH2OH
CH2OHBrMg1)CH3CHO
2)H3O+C C CH
CH2OH
CH2OHCH
O
CH3
H
COMe
Br
1)Li
3)H3O+
2)CH3CHO
COMe
CH__CH3
CMgBr
2)H3O+
C__C
CH__CH3
OH
Me
OH
MeC1)
OH
C Me
Síntesis 2:
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 tetrahidrofurano
00 CCH3CH2CH2CH2
__Li + LiBr
1-Butil-litio
Cl + 2Litetrahidrofurano
00 CLi + 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.
Li+_
(76 %)
CH2 CH Li + C6H5 CO
H C6H5 CH
O
CH CH2H3O+
C6H5 CH
OH
CH CH2
1-Fenil-2-propen-1-ol
C6H5__Li +
H3O+
(100 %)
Difenilmetanol
C6H5 CO
H
Li+_
C6H5 CH
O
C6H5 C6H5 CH
OH
C6H5
CH3(CH2)4__CH2
__Li + CH3(CH2)4_CH2
_CH2OHH3O+
(72 %)
1-Heptanol
H CO
H CH3(CH2)4CH2 C
O
HH
_Li+
XI
301
CH3CH2CH2CH2__Li +
H3O+
(91 %)
5-Butil-5-nonanol
CH3(CH2)3 C
O
(CH2)3CH3 Bu C
O
BuBu
_Li+
C
OH
(CH2)3CH3CH3(CH2)3
(CH2)3CH3
REACTIVOS ORGÁNICOS DE CINC Los α-bromoésteres (Tema 9) reaccionan con cinc para dar compuestos organocincicos:
BrCH2__CO2Et + Zn BrZn__CH2
__CO2Et 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:
H3O+
+ Zn2+ Br+_
C6H5 C
O
Me
CH2
ZnBr
CO2Et C6H5 C
O
Me
CH2
ZnBr
CO2Et C6H5 C
OH
Me
CH2 CO2Et
O
+1)Zn
2)H3O+
CO2EtHO
BrCH2 CH CH CO2Et
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.
EJERCICIO 11.13
XI
302
EJERCICIOS ADICIONALES
11.1 Realiza la síntesis de los compuestos a-i utilizando magnesianos. a) 5-Metil-1,5-hexanodiol f) 3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno b) 3-Fenilpropanol g) 2-Fenil-2-butanol c) 2-Hexanona h) 1-Metilciclobutanol d) 4-Metil-4-heptanol i) Ácido fenilacético e) 3-Pentanol Puedes emplear cualquier producto inorgánico, pero únicamente los siguientes compuestos orgánicos: Propino 1-Propanol 3-Buten-2-ona Ác. propiónico Benceno Alcohol bencílico 5-Bromo-2-pentanona Ác. 5-hidroxipentanoico Metanol Óxido de etileno Ác. fórmico Etanol Bromuro de vinilo 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 6) 1,1-Difeniletanol 2) 1-Fenilpropino 7) 2-Fenilpropeno 3) Vinilbenceno 8) Fenol 4) Trifenilmetanol 9) 1,1-Difenil-1,5-pentanodiol 5) 2-Feniletanol 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)1,3-Dimetilciclohexanol. Apartado 1: Averigua las configuraciones absolutas de A y del otro diastereoisómero del 1,3-Dimetilciclohexanol. 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:
2-BromoetanolO
TsOHA
1)Mg
2)O
Me
3)H3O+
HBr (1eq.)C(C5H11OBr)
O
TsOHDB(C5H12O2)
1)Mg2)CO2
3)H3O+[E(C6H12O3)] F(C6H10O2)
1)2CH3Li
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 + HC C CH2BrEtO
_
A(C9H12O3)HOCH2CH2OH
H3O+B
1)NaNH2
2)IMe
CHClH2O
D(C7H10O)H2[Pd/C]
BaSO4E(C7H12O)
Secuencia 2:
CH3CH2CH2Br
1)Mg2)EtCHO
1)H3O+A
PBr3 B
1)Mg2)CO2
1)H3O+C
1)SOCl22) ? N
CH3
CH3
O 11.6 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Br 1)Mg2)CH2O
1)H3O+A Swern
oxidaciónB ?
C6H5
OH Secuencia 2:
HC CH2) ?
1) ?A(C3H4O)
2) ?
1) ?B(C4H6O2)
H2[Pd/C]
BaSO4C(C4H8O2) Me Me
O
H3O+O
O Me
Me Secuencia 3:
CH3COCH2CO2Et?
H3O+A(C8H14O4)
1)C6H5MgBr
2)H3O+
H3O+Me OH
O C6H5
C6H5
B(C18H20O3)
11.7 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
C6H5CH2 CO2H1)P, Br2
2)EtOHA
1)Zn
2)
O
B(C15H20O3)
O+ HNMe2
EtO_
transesterificación
HO CH
C6H5
CO O CH2CH2NMe2
midriático(dilatador de la pupila)C(C4H11NO)
11.8 Apartado 1: Escribe las reacciones que aparecen en la siguiente secuencia sin utilizar estereoquímica.
CH3CH2 CHMe
CHO1)IMgEt
2)H3O+
Swern[A + B]
oxidación[C]
1)NaCN, EtOH
2)H3O+
XI
304
[D + E]H3O+
[F + G] Q[H + I]H3O+
[J + K]E1
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] [D + E] está sometido a control
termodinámico. 11.9 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
C6H5 Me
O1)CN
_
2)H3O+A MeOH
H2OB
Secuencia 2:
H2C(CO2Et)21)EtO
_
2)Me2CHCH2Br
H3O+
QA(C11H20O4) B(C6H12O2) EtOH
H3O+C(C8H16O2)
D(C9H16O3)CN
_
E(C10H17O3N)H3O+
MeCO2H
Me CO2H
OH
EtO_
HCO2Et
Secuencia 3:
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)Me2COA(C5H8O)
H3O+, H2O
Hg2+B(C5H10O2)
Secuencia 4:
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)2Me2COA(C8H14O2)
H3O+, H2O
Hg2+B(C8H16O3)2
H3O+
OMe
Me
Me
Me
O
Secuencia 5:
OH
1)Br3P
2)Mg3)CH2O
A(C7H14O)H3O+
B(C7H12)R_CO3H
C(C7H12O)C6H5CH2OH
Na
HO CH2_O_CH2C6H5
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:
EtO2C
EtO2C
EtO_
IMeA
BrEtO
_
B(C11H18O4)1)HO
_
2)H3O+[C] D(C6H10O2) EtOH
H3O+
EH4AlLi
F(C6H12O)Ac2O
piridinaO
MeMe
O Secuencia 2:
CH2(CO2Et)2EtO
_
BrA(C10H16O4)
H3O+
Q[B] EtOH
H3O+D
H4AlLiC(C5H8O2)
EPBr3 F(C5H9Br)
C6H5O Na+_
C6H5O Secuencia 3:
C6H5NH2 + ClMe
O
AH4AlLi
B Secuencia 4:
Br 1)Mg2)CO2
1)H3O+A
SOCl2 BMe2NH
CH4AlLi
D
Secuencia 5:
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)O
A(C4H6O)EtO
_
C6H5CH2BrB(C11H12O)
1)Na, NH3(liq.)
2) CH2OC(C12H14O2)
Secuencia 6:
MeCO2Et
O
MeCOCH2Br
EtO_
A(C9H14O4)NH2Cl H3O+
[B(C15H18O3NCl)] C(C15H16O2NCl)
NMe Me
CO2H
Cl
XI
306
Secuencia 7:
MeCO2Et
OH2N_NH2 [A(C6H14O3N)] N
N
Me
O 11.12 ¿Cómo llevarías a cabo las síntesis que aparecen a continuación? Puedes utilizar todos los productos orgánicos o inorgánicos que necesites. Síntesis 1:
Me OEt
O Ovarios pasos
Me C6H5
O OH
C6H5 Síntesis 2:
varios pasosMeO2COH
Me
MeO 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):
+ B_
+ HB_
R CH2 C R'
O
R CH C R'
O
+ B_
R' C CH
R
O _C
O
R'
CH2 R R' C CH
R
O
C
O
R'
CH2 R
_ H___B
R' C CH
R
O
C
OH
R'
CH2 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:
R' C CH
R
O
C
OH
R'
CH2 R
H___B+
+ H2O + HB
:
R' C C
RO
C
OH2
R'
CH2 R
HB_
:
R' C C
RO
C
R'
CH2 R
REACCIÓN ALDÓLICA
ALDEHIDOS COMO SUSTRATOS
CHO
* *CH3 CH CH CH2CH3
OH
CH3CH2HO
CHO
CH3CH2CHO+−
HO+ H + HO −HO H
Mecanismo de la reacción:
HO_
_
_
anión enolatopKa 15,5
+ H2O
pKa 15,74
Keq = 1,7Me2C C H
O
H
Me C
Me
C
O
H Me C
Me
C
O
H
XII
308
:_
_HO__H
(aldol)
+ HO_
Me2CH C
O
H
C CHO
Me
Me
Me2CH C
O
H
C CHO
Me
Me
Me2CH CH C CHO
Me
Me
HO
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):
2 CH3CH2CH2CHONaOH
H2O, 800
(no se aisla)
(E)-2-Etil-2-hexanal
(86 %)
-H2OCH3CH2CH2 CH C
OH
CH3CH2CH2 CH C C
CH2CH3
CH3CH2CH2 CH C CCH2CH3
OH
CH2CH3
CHO
H
HO_
_ OH CH3CH2CH2 CH C C
CH2CH3
OH_
O
H
OH
_HO_
+
En la reacción aldólica de un aldehido con dos hidrógenos en el carbono α se origina un aldol con doscarbonos asimétricos. Escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de dos racémicos.
EJERCICIO 12.1
* *CH3 CH CH
CHO
CH2CH3
OH
2 CH3CH2CHONaOHH2O
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:
+
(2 %)4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona
CH3C
OH
CH3CH3
C CH3
OOCH2CH3 C CH3
HO −
HO H+ HO −HO+ HCH3 CO
Sin embargo, la deshidratación del aldol desplaza el equilibrio hacia la derecha, dando lugar a cetonas α,β-insaturadas con buenos rendimientos:
H2OO CH2CH3 KOH ;
OO
HOCH3
HHO
_
XII
309
O
CH3
O
HO CH3_
O
HO CH3_
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:EJERCICIO 12.2
1)KOH
2)H3O+, Q
CH3
O
(60 %)
CH3 CO CH CH2COCH3
CO2Et
O
CH2COCH3 O
(72 %)
KOH Q
O
O
O
(96 %)
Na2CO3
H2O
CH2CH2COCH3
CO2Et
O
CO2Et
O(66 %)
_EtO Na+
EtOH
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:
+ B_ _
R CH2 C
O
R' + HBR CH C
O
R'
_
_ H___B
+ B_
R' C
O
CH
R
C
O
R'
CH2 R R' C
O
CH
R
C
O
R'
CH2 R R' C
O
CH
R
C
OH
R'
CH2 R
XII
310
Reacción retroaldólica:
R' C
O
C
O
R'
CH2
H
R
B_
CH
R
R' C
O
C
O
R'
CH2 RCH
R
_H___B
R' CO
CH
R
_
H___B
+ CO
R'CH2 R
R' CO
CH2 R + B_
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.
Escribe el mecanismo de la siguiente reacción:EJERCICIO 12.3
MeO
CH
O
CHMe
CO
CMe3
_Li+
+
CHOCH
O
CHMe
CO
CMe3
_Li+
+
CHO
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' CO CH3B
_R CO CH2 C
OH
CH3
R' + R' CO CH2 COH
CH3
R
Reacción entre dos aldehidos diferentes:
R CH2 CHO + R' CH2 CHO B_
R CH CHCHO
OHCH2 R' + R' CH CH
CHO
OHCH2 R
Reacción entre un aldehido y una cetona:
R CH2 CHO + R' CO CH3B
_R CH
CHOCOH
CH3
R' + R' CO CH2 CHOH
CH2 R
En cada una de las tres reacciones anteriores faltan dos productos ¿Cuáles son?EJERCICIO 12.4
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:
CH3CH2CH2 C
O
CH3 + (Me2CH)2N Li+_
(LDA)
-780CTHF
CH3CH2CH2 C
O
CH2
_Li+
+ (Me2CH)2NH
pKa 36
Keq 1017
pKa 19
CH3CH2CH2 C
O
CH2
_
C
O
HCH2CH2CH3
Butanal
CH3CH2CH2 C
O
CH2 CH
O
CH2CH2CH3
_
HB
CH3CH2CH2 CO
CH2 CH
OH
CH2CH2CH3HB
6-Hidroxi-4-nonanona
(65 %)
5-Nonen-4-ona
(72 %)
TsOHQ
CH3CH2CH2 CO
CH CH CH2CH2CH3
2 Uno de los compuestos carbonílicos (el aldehido o la cetona) carece de hidrógenos en el Cα:
MeO CO
H + CH3 CO
CH3NaOHH2O
MeO CHOH
CH2 CO CH3
MeO CH CH CO CH3
(83 %)
4-(p-Metoxifenil)-3-buten-2-ona
Escribe los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:EJERCICIO 12.5
CH3 CHCH3
CH2CHO+
H CO
H
K2CO3
H2O
O+CHO CH3 CO CH3
1)NaOH, H2O
2)H3O+
2
CHO
+1)NaOH, H2O
2)H3O+CH3 CO CH3
XII
312
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
Reacción 1:
EJERCICIO 12.6
3 CH3 CO CH3
Me
MeMe
2)H3O+
1)NaOH, H2O
Reacción 2:O
32)H3O+
1)NaOH, H2O
Reacción 3:
CH3 CO CO2 CH3
CH3
CH3 O
O
2)H3O+
1)NaOH, H2O
Reacción 4:
CO
CH2 + C COO
O
2)H3O+
1)NaOH, H2O
Reacción 5:
CH3 CO CH2 + CH3 CO CH21)EtO-, EtOH
2)H3O+
OHCO2Et
CH3
CH2
CO2Et CHO
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:
1)NH2 Na+
2)H3O+
O
+ ClCH2__CO2Et
CHO
CiclohexanocarbaldehidoCiclohexanona
_
Mecanismo de la reacción:
+ClCH2__CO2Et NH2
_Cl__CH__CO2Et + NH3
pKa > 23 pKa 36
Keq > 1013_
_O O
CH
_O
HCO2Et
H3O+O
HCO2H
CHCl
CO2Et CO2Et
Cl
XII
313
O
HCO2H O
H
C
O
O
H
O
H
H
enol del eldehido
(CO2)C OO
enol
OHOHH
CONDENSACIÓN DE PERKIN La reacción transcurre entre aldehidos aromáticos y anhidridos de ácido en presencia de aniones carboxilato (sal de un ácido carboxílico):
Ác. p-nitrocinámico
CH3 C OO
CO
CH3
CHO
NO2
+1)CH3CO2 Na+
_CH
NO2
CH CO2H
2)H3O+
+CHO
OHCH3 C O
OCO
CH3
_
Cumarina
O O2)H3O+
1)CH3CO2 Na+
Los hidrógenos metílicos del anhidrido acético son ácidos; partiendo de este hecho, escribe el mecanismo de la condensación de Perkin que conduce a Cumarina.
EJERCICIO 12.7
REACCIÓN DE MICHAEL Una gran variedad de aniones enolato reaccionan con compuestos carbonílicos, nitrilos y nitrocompuestos α,β-insaturados a través del doble enlace C=C: Reacción 1:
EtO2C CH2 CO2Et + CH2 CH CO
CH3
NH EtO2C CH CH2CH2
CO2Et
CO CH3
2-Etoxicarbonil-5-oxo-hexanoato de etilo
(71 %)
XII
314
EtO2C CH2 CO2Et +NH
EtO2C CH CO2Et_
+N
H H
+
EtO2C
CH
EtO2C
_CH2 CH C
O
CH3 EtO2C CH CH2
CO2Et
CH C CH3
O_
HB+
enol (71 %)
EtO2C CHCO2Et
CH2 CH COH
CH3 EtO2C CHCO2Et
CH2 CH2 C CH3
O
Reacción 2:
CH3 CO CH2 CO CH3 + CH2 CH CNEt3N
t-BuOHCH3 CO CH CH2 CH2
CO CH3
CN
(77 %)
4-Acetil-5-oxo-hexanonitrilo
CH3__CO__CH2
__CO__CH3 + Et3N CH3__CO__CH__CO__CH3 + Et3N__H
_ +
CH3 CO CH
COCH3_
CH2 CH C N: CH3 CO C
H
COCH3
CH2 CH C N:_
CH3 CO CCOCH3
HCH2 CH C N:
_
+Et3N
H
CH3 CO CCOCH3
HCH2 CH2 C N: + Et3N:
Reacción 3:
CH3 C CH2
OCO2Et + CH CH NO2
Et3Nt-BuOH
CH3 C CHO
CH
CO2Et
CH2 NO2
3-Etoxicarbonil-2-fenil-4-oxonitropentano
CH3__CO__CH2
__CO2Et + Et3N: CH3__CO__CH__CO2Et
_+ Et3N_H
+
XII
315
CH3 CO C
CO2Et
H
_CH
C6H5
CH NO
O
_+
CH3 CO CH
CO2Et
CHC6H5
CH NO
O
_
_+
CH3 CO CHCO2Et
CHC6H5
CH NO
O
_+_
+NEt3
H
CH3 CO CHCO2Et
CHC6H5
CH2 NO2 + :NEt3
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael:EJERCICIO 12.8
Reacción 1:
CH3CH2__NO2 +
O
MeO Na+ OCH3
NO2
3-(1-Nitroetil) ciclohexanona
_
MeOH
Reacción 2:
MeO2C CH2 + CH3 CH CH CH CH CO2MeMeO
_
MeO2C CHCO2Me
CHMe
CH CH CH2
5-Metil-6-metoxicarbonil-3-heptanodioato de dimetilo
(72 %)MeOH
Reacción 3:
CH3CH2 CO CH CH2 +
OMe
O
Me
OMe
O
EtO_
EtOH
1)EtO
2)CH3_CO_CH=CH2
Me
OMe
O
_
CO2Me CO2Me
Las reacciones de Michael intramoleculares transcurren a través del mismo mecanismo que las intermoleculares:
EtO2C CH2 CO2Et + CH3 CH CH CO C C OEtt-BuO K+
t-BuOH
_
MeEtO
O
EtO2C CO2Et
(70 %)
XII
316
Mecanismo de la reacción:
t-BuOHEtO2C C
CO2Et
H
_C
OEt
C C
O
CH CH Me EtO2C C
CO2Et
H
C
OEt
C CO
CH CH Me
_
EtO2C C
CO2Et
H
C
OEt
C COH
CH CH Me
enol
EtO2C CH
CO2Et
COEt
CH CO
CH CH Met-BuO
_
Me
_ OEtO2C
EtO2C
OEt
O
EtO
EtO2C
EtO2C
Me
_
t-BuOH OH
EtO
EtO2C
EtO2C
Meenol
EtO
CO2EtEtO2C
Me
O
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:
Reacción 1:
EJERCICIO 12.9
HNa, DMF
-300C
OO
O
(56 %)
CH CO CH CH2+OO
Reacción 2:
O
CO2Me
Me
O
CO2MeMe
O
O
(50 %)
CsCO3
Reacción 3:
Me
OH
CH2O
NaOH (5 %)
O
MeO
(80 %)
H2O
CH2
XII
317
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones de Michael intramoleculares:
Reacción 4:
EJERCICIO 12.9 (continúa)
Reacción 5:
Reacción 6:
Reacción 7:
Reacción 8:
O CO2EtO
O O
CO2Et(89 %)
K2CO3
EtOH
CH3
O
2LDA
THF, -700
O
COCH3
O
CN
t-BuO K+
t-BuOH, 700C
CH2_CN
Me2CH
O
(90 %)
Me2CH
_
Me
CO2Et
O O 1)K2CO3, EtOH
2)HCl, Q
MeO
O
(45 %)
O1)LDA
CO2Me2)A(C10H14O3) EtO Na+
O
CO2Me
_
EtOH
Reacción 9:
CH2
OHTHF, -400 O
(68 %)
KH
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:
CH3
CH2
O+
O
EtO Na+
EtOHO
_
XII
318
1 Reacción de Michael:
CH3
H2C
O
O
EtO Na+
EtOHMe
O
_
O
_H___OEt
MeOH
O
enolMeO
O
_
2 Condensación aldólica intramolecular:
O OMe
EtO_
O OH2C_
OO_EtO____H
OOH
H2O_
O
cetona α,β-insaturada
Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones, basadas en el método de Robinson para obtener ciclos:EJERCICIO 12.10
Reacción 1:
Reacción 2:
Reacción 3:
Me Me
O CHOO
Me
Ca(OH)2
MeOH
O
Me+
Me
O
HC C CO MeEt3N
O
CO2Et+
CH3
O
O
CO2Et
2)(t-BuO)3Al
1)Et3N
CO2Et
O
(92 %) (34 %)
H2C CH CO CH3Et3N
EJERCICIO 12.11La 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 quese encuentra en el aceite esencial de limón. El primer compuesto intermedio, la β-Ionona, se obtiene como sedescribe a continuación:
XII
319
EJERCICIO 12.11 (continúa)
CH3 C
CH3
CH CH2CH2 C
CH3
CH CHO
Citral
CH3 CO CH3+EtO
_
(transposición)Me
OMeMe
MeEtOH
AH3O+
La síntesis de la vitamina A, a partir de la β-Ionona, es como sigue: β-Ionona
(Darzens)Me
OMeMe
Me
+_
CHO
MeMe
Me
Me
EtOClCH2CO2Et
(B)
CH CO
CH3HC C Na+_1)
2)H3O+
(transposición alílica)CH2OH CH C
MeC CH(C)
H2O
2C6H5MgBr(D)
1)H2/Pd (selectiva)
2)(MeCO)2O
3)H3O+ (transp. alílica)(B) + (D)
MeMe
Me
MeC C CH C
MeCH2OH
Me Me
Me
Me Me
acetato de vitamina A
CH2 O CO
CH3
Escribe el mecanismo de todas las reacciones.
CH2
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:
CH3CO2Et + HCO2Et A(C5H8O3)EtO_
NaBH4B
H3O+
QC(C5H8O2)
MeCO2Et + EtO 1)EtO
2)MeCOCH2COMeE(C14H24O6)
MeCO2Et
CO2EtMe
_ _
H3O+D(C9H16O4) Q
Secuencia 2:
MeCO2Et + EtOO
O
MeCO(CH2)5CHOHO
_ _HO
_
A B(C12H20O3)
XII
320
Secuencia 3:
A(C6H10O) + B(C7H7Br)1)Mg
2)H3O+OH
C6H5
Secuencia 4:
1)HBr
2)HOCH2CH2OH
1)Mg
2)C6H5COMeCOH
CH3
CH2CH2A(C3H4O) B(C5H9O2Br) CH3O+
C6H5 CHO
Secuencia 5:
A(C10H18O4)1)HO
2)H3O+, Q
NH2 Na+EtO
_HC CH +
_
C(C5H8O)
_
B D
E CH2H3O+
Q
H2
[Pd] Secuencia 6:
A(C6H10O3)1)EtO
2)
_
O COMe
OO
[B]
Secuencia 7:
A(C7H12O)1)HNa
O
Me
HC C COMe2)[B(C11H16O2)]
Secuencia 8:
MeCOCH2COMe + MeCOCH2CO2Et [A(C11H16O4)]H3N:
[B(C11H19O4N)]
N
MeCO2Et
MeMe
[C(C11H17O3N)]
Secuencia 9:
1)EtO
2)A(C3H5Br)
1)H3O+
2)EtOH, H3O+(EtO2C)2CH2
_
B(C10H16O4) C(C7H12O2)
H4AlLi
QD
H3O+H2C CH CH2 CH CH2
Secuencia 10:
A(C12H14O4) + MeCOCMe3
O
O
COHO
_
CMe3[B]
XII
321
12.2 Averigua la estructura de los compuestos (1)-(10) y escribe el mecanismo de las siguientes reacciones: Secuencia 1:
(1) (C7H12O2)NaOH / H2O
COCH3
Secuencia 2:
(2) (C3H4O4) NCH CH CHO+ CH CH CH CH CO2HCH3 CH3
Secuencia 3:
NaOH / H2O(3) (C5H8O2) + CH2 CN CH3 CO CHCOMe
CH2CH2 CNCH2 Secuencia 4:
(4) (C4H6O) +O
O
EtO_
EtOH
Secuencia 5:
1)HNa
2)H3O+(5) (C4H8O2) + CH3 CO CH3 CH3COCH2COCH3
Secuencia 6:
1)NaOH/H2O
2)H3O+
C6H5
C6H5C6H5
C6H5
O
(6) (C14H10O2) + C6H5 CH2 C CH2 C6H5
O
Secuencia 7:
CO2EtEtO2C
O O
Me Me
(7) (C6H10O4) + EtO2C CH2 CMe
MeCH2 CO2Et
EtONaEtOH
Secuencia 8:
O
Me
CO2Et
(8) (C15H26O4)Me
Me
EtONaEtOH
Secuencia 9:
(9) (C4H4O) LDA
O
Me+
O
MeCH CH CO CH3
XII
322
Secuencia 10:
2 (10) (C4H6O2)O Me
Me O
NaOHH2O
12.3 Averigua la estructura de los productos que aparecen en las secuencias siguientes y escribe el mecanismo de todas las reacciones. Secuencia 1:
A(C11H14O2) + B(C3H6O2) HNaCCHO
CO2EtMe
C6H5
Secuencia 2:
+ B(C5H10O3)
O
H3O+ / H2O
CH2
:B C(C9H14O3)H4AlLi
DQ
Secuencia 3:
(4S) 4-Metil-3-hexanona A(mayoritario) + B(minoritario)1)MeMgI
2)H3O+
Secuencia 4:
NN O
Me
A(C6H8N2) + B(C6H10O2)
C6H5
H:B
Secuencia 5:
1)RMgBr
2)H3O+A(C5H8O) C6H5 C
HCH
CH3
CH CH2OH
Secuencia 6:
A(C6H10O2)1)2MeMgBr
2)H3O+CH3 C
OHCH2CH2CH2CH2OH
Me Secuencia 7:
O
+ A(C4H6O)O
:B [B(C10H16O2)]
XII
323
Secuencia 8:
Acetilacetato de etilo + A(C4H6O2)
OHO
Me OH
CO2Et
:B[B(C10H16O5)]
C(C10H12O3) D(C10H12O3) 12.4 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones: Secuencia 1:
Ciclohexanona + Bromoacetato de etilo A(C10H18O3) B(C10H16O2)ZnQ
H3O+
O
O
MeCOCH2CO2Et / EtO- 1)HO-
2)H+, QD(C14H20O4)C HO-
Secuencia 2:
A(C6H10O) + Cloroacetato de etilo [MeCO2Et + EtO-] [C]B(C7H12O)NH2−Na+
O
O
Me2CO / HO-ED(C11H18O2) HO-
12.5 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones:
MeMe
O
O
1)EtO-
2)MeCO(CH2)3Br
3)H3O+
1)OH-
2)ClCO2EtA [B] [C] D(C9H14O3)
1)KOH
2)H3O+E(C9H14O3)
1)OH-
2)H3O+
Me
OHMe
O
HO
12.6 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones: Secuencia 1:
OMe
O 2)MeCH2COCH=CH2
1)EtO- / EtOHA(C16H20O3)
1)EtO- / EtOH
2)H3O+B(C16H18O2)
XII
324
1)H4AlLi
2)H3O+
Me OMe
Secuencia 2:
1)EtO- / EtOH
O
1)LDA
2)CH2=CHCO2MeA(C9H12O3)
2)H3O+
O
CO2Me3)H3O+
12.7 Averigua la estructura de los compuestos A, B, C, y D. Escribe el mecanismo de las siguientes reacciones:
O
EtO2C CO2EtC6H5C6H5
C6H5_CH=CH_CO_CH=CH_C6H5 + A EtO
_
+
O
COMe
B NaOH
+O
OMe
O
O Me
CKOH
CH2CH2COCH3
O
OMe
+ O OMe
Me
D EtO-
12.8 Averigua la estructura de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
LDA 1)CH2=C-CO2Me
2)H3O+
CO2Me
O
LDA
O
A B(C10H13O3Br)
Br
Secuencia 2:
MeO2C_(CH2)5_CO2Me
1)EtO-
2)BrCH2CO2Me3)H3O+
1)EtO- / EtOH
2)H3O+A(C8H12O3) B(C11H16O5)
XII
325
1)LDA
2)CH2=CH-CH=CH-CO2Me
1)HNa
2)H3O+
1)EtO-
2)H3O+O
OCO2Me
CO2Me
C(C17H24O7) D(C17H24O7)
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(C5H10N2)
H4AlLiCH3CH2 NH CH2CH2CH2 NH2
Secuencia 2:
A(C7H6O2) +piridina
O OB(C3H4O4)
Secuencia 3:
A(C6H10O) +NH2 Na+
_1)C6H5MgBr
2)H3O+ CHOH
B(C4H7O2Cl) C(C7H12O)
Secuencia 4:
1)EtO Na+_
2)H3O+A(C6H8O)1)LDA2)H2C CH CO2Me
B(C10H14O3)O
CO2Me Secuencia 5:
A(C7H12O)1)HNa
2)HC C CO Me
CH3
O
[B(C11H16O2)]
12.10 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
CH2O + AAcO
_
Me OHCHO
Me
H2O
Secuencia 2:
A(C6H10O) +HO
_
H2O
O
C6H5
O
HO C6H5
B(C14H10O2)
XII
326
Secuencia 3:
A(C7H5O3N) + B(C2H4O)KOHMeOH
O2N
CHO
12.11 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
A(C3H4O3) + B(C7H6O)KOH, MeOH
[C] C6H5 CO2H
O
80 %250C
Secuencia 2:
A(C6H10O2)HO
_
O Me[B(C6H10O2)]
Secuencia 3:
MeH
Me
O
+ CH2OK2CO3
A(C5H10O2)
A(C5H10O2) +CO2H
CO2H NH3, EtOH
1000C
QO
MeMe
O
[B(C8H14O6)] [C(C8H12O5)]
12.12 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
C6H5C6H5
O1)EtO
_
2) ?C6H5
C6H5
CHO
O
Secuencia 2:
A(C9H14O) + B(C4H6O)EtO
_Me
O CO2Et O
Secuencia 3:
HO_
[C(C10H12O2)] C6H5 Me
O
A(C7H6O) + B(C3H6O)
XII
327
C6H5 Me
O+ D(C5H7O2N)
HO_
EtO2CMe
CN
C6H5 O 12.13 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
MeCO2Et
O+ A(C15H12O)
EtO_
Me C6H5
O
CO2Et
C6H5 O
[B(C21H22O4)]C6H5 C6H5
CO2EtO
Secuencia 2:
OMe
CHO
O
HO_ [A(C11H14O3)]
CO2EtO
EtO_ C(C17H22O5)
H3O+
QB(C11H12O2)
OMe
Me Me
OO
Secuencia 3:
A(C6H10O3)1)EtO
_
2)ICHMe2Me Me
O
CO2Et
Me
EtO_
?HO
_
B(C13H22O4)Me Me
O
Me Me
CO2Et OH3O+
Q
Me
Me
Me
O
12.14 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
A(C3H6O) + B(C7H12O4)NH4
+AcO_
EtO2CMe
CO2Et
MeH4AlLi
C(C6H12O2)PBr3 D
CH2(CO2Et)2, NaHEtO2C
EtO2C
CO2Et
Me
MeCO2Et
H3O+
QE EtOH
H3O+F HNa
EtO2CMe
Me
O
XII
328
Secuencia 2:
A(C4H6O) + MeCO2Et
O
EtO_
Me Me
O O
CO2EtB(C10H14O3)
1)EtO_
2)CH2OC(C11H16O4)
H3O+
D(C9H12O4) Q
Me
CH2
O
1)EtO_
2) ?Me O
Me
CO2Et
O
E(C15H22O4)H3O+
QF(C12H16O)
12.15 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Me Me
CHO
K2CO3
CH2OA(C5H10O2) CN
_B(C6H11O2N) HO
_
H2OHO2C OH
OH
Me Me
EtOHH3O+ C
TsOHD
1)C6H5MgBr
2)H3O+?
E
Secuencia 2:
EtO2C
Me Me
O
EtO2C
Me
Me O
Me
2HO
_
A(C6H10O)CH2(CO2Et)2 + EtO
_H3O+
Q
CN_
B CH3O+
Q
O
Me Me
CO2H
MeO
12.16 Utiliza enaminas para realizar las síntesis siguientes. Síntesis 1:
O O
CO2Me
Síntesis 2:
ONH
H3O+
Me
O
O? O
XII
329
Síntesis 3:
O
enamina OC6H5
OC6H5
OH
1)
2)H3O+
12.17 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Me
MeCHO
CH2O
K2CO3A CNK B HCl
H2O[C]
O
MeMe
OH
O
Secuencia 2:
OCH2C6H5
CO2EtCO
OEt
OEt
HNaA t-BuO K+
_
Me
OB
NaBH4 C
1)NaOH, H2O
2)H3O+[D] Q
OMe O
OCH2C6H5
E
Secuencia 3:
MeCHO
1)R2NH, H3O+
2) CO2MeA(C8H14O3)
1)R2NH, H3O+
2)
Me
O
H3O+ Me
CO2Me
OB(C12H20O4)
Secuencia 4:
C6H5 CO2MeCO2Me (exceso)
MeO_
[A(C13H16O4)] B(C17H22O6) MeO_ CO2Me
C6H5 CO2Me
O
12.18 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones. Secuencia 1:
Me Me
O
Ba(OH)2 A(C6H10O)MeCOCH2CO2Et + EtO
_HO
_1)H3O+, Q
2)RCO3HB(C12H20O4) C(C12H18O3)
XII
330
MeMe
MeO
O Secuencia 2:
CO2EtEtO2CMeCHCO2Et
Me
EtO_
A(C12H20O6)CN
EtO_
EtOH
H3O+B(C15H23O6N)
EtO_ Me
CO2Et
CO2Et
O
EtO2C[C(C15H24O8)]
Secuencia 3:
EtO2C CO2EtC6H5CHO
EtO_
A(C14H18O5)H3O+
H2OEtOHH3O+
CB(C9H8O2)
CH2(CO2Et)2 + EtO_
C6H5NH2
N
C6H5
CO2Et
O OC6H5
D(C18H24O6)
Secuencia 4:
CH2(CO2Et)21)EtO
_
2)IC2H5A
1)EtO_
CHO2)B
NaBH4 C(C12H22O5) HO_
C6H5CH2ClD(C19H28O5)
1)HO_
2)H3O+
E(C15H20O5) Q F(C14H20O3) EtOHH3O+
G1)(C6H5)3C Na
2)Br CO2Et
_ +
Me
CO2Et
OCH2C6H5EtO2C
12.19 Averigua la estructura de los compuestos que aparecen en la siguiente secuencia de reacciones.
H Me
OMe2NH
AcOH, AcONaA(C6H13N)
CO2EtB(C11H21O2N)
H2O
H3O+
C(C9H16O3)Me2NH
AcOH, AcONaD(C11H21O2N)
Me
O
E(C15H28O3N)H2O
H3O+
XII
331
CO2EtMe
Me
OH
O AcO_
[F(C13H22O4)] G(C13H20O3)HO
OH
H3O+H(C15H24O4)
NH3
H2O
I(C13H21O3N)H4AlLi
J(C13H23O2N)H2OH3O+,1)
H2OHO ,2)_ K(C11H19ON)
Me
HN
:
O
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+
E
+
H
H+
+ E+
EHH E
+ + H+
Las reacciones de sustitución electrófila transcurren a través de los pasos siguientes:
E+
H EHH
+ **
EH
*
*
*
HE
*
*
*
+H
H ++ H+
[catión arenio ; intermedio de Wheland ; complejo σ]
*
E
H
+ E+
+
+
+
H E
H
E
E
H
E
+ H+
E
curso
[catión arenonio]
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:
E = R CO
+R NO2 SO3 X++ +; ; ; ; Los carbocationes (R+) se obtienen por reacción entre un derivado halogenado y un ácido de Lewis:
+ AlCl3 R_CH_R + AlCl4+
R CH RCl _
Los cationes acilo (RCO+) resultan de la reacción entre un haluro de ácido y un ácido de Lewis:
+ AlCl3 + AlCl4+
R CO
Cl R CO _
El cation nitronio (NO2
+) 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:
::
: :_
+S
O
OO ::
: :
S
O
OO ::
: :
S
O
OO ::
: :
S
O
OO_ _+ +
Los cationes halogenonio (X+) se obtienen haciendo reaccionar el halógeno con hierro:
3Br2 + 2Fe 2FeBr3
2FeBr3 + Br2 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):
E+
H EHH
+ **δEπ = −2β(a + a) = −4aβ = −2,31β
a
-a
a
3a =1/
*
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
E++
H E
+ *
**
* *a
a -2a
2a-a
11a =1/
(δEπ)1 = −2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81β
[1]
1 1
Como los signos relativos de los coeficientes son arbitrarios, se eligen siempre positivos para calcular la variación de energía de enlace π:
[2]
E++**
**
8b =1/
(δEπ)2 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β
HH
E
+
*
-2bb
b-b -b
2 2
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
(δEπ)1
(δEπ)2
H
E
H E
+
+
Eπ
cursocurso
E+ H + H
E
1
2
2
1
(δEπ)2 (δEπ)1>
+ E+ +
+
H
H E+
(dEπ)1 = −1,81β
(dEπ)2 = −2,12β
H
E
+
[menos inestable]
E
[producto mayoritario]
[más inestable]
H1
2
1
2[producto minoritario]
E
1
2
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 HH1
2
9
+ E+
EE
E
+ +
1 2 9
Las estabilidades relativas de los tres cationes arenio son las siguientes:
H1
+ E+
EH+ *
***
* * *a
a-a
-a 2a -3a
3a(δEπ)1 = −2β(a + 3a) = −8aβ = −1,57β
26a =1/
1
+ E+ (δEπ)2 = −2β(b + 3b) = −8bβ = −1,88β
H
E
+H2*
**
* * * *
b
bb-b
-b
-2b3b
18b =1/
2
+ E+
***
* * *(δEπ)9 = −2β(c + c) = −4cβ = −1,26β
10c =1/
H H E
+c c*-c
-c -c2c
-c9 9
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)9(δEπ)1 >
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)1 = 7900
(FPV)2 = 1135
(FPV)9 = 127 x 105
Reactividades relativas (datos experimentales) : C9 > C1 > C2
H HH1
2
9
+ E+
E
E
E
1
2
9
EH
(δEπ)1 = −1,57β
(δEπ)2 = −1,88β
H
E
(δEπ)9 = −1,26β
H E+
+
+
[mayoritario]
[minoritario]
[minoritario]
9
1
2
C9
C1
C2
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN EL FENANTRENO En el Fenantreno existen cinco posiciones no equivalentes, que dan lugar a cinco productos de sustitución diferentes:
12
9H
H
HH
H
34
EH
H
E
EH
HE
HE
+
+
+
+
+
E
E
E
E
11
2 2
33
4 4
99
E
E+
XIII
338
Estabilidades relativas de los cinco cationes arenio:
a
-a
2a
-2a
3a
-3a
1
H
E
H
+
1E+
*
**
*
**
*
a
29a =1/
(δEπ)1 = −2β(2a + 3a ) = −10aβ = −1,86β
*b-b
2b-2b
3b
H
E
+
2E+2
H
**
*
**
*b
-b
21b =1/
(δEπ)2 = −2β(2b + 3b ) = −10bβ = -2,18β
c
-c
2c-2c
EH
+ 3
E+
H3
*
**
**
*
*-c
2c
3c
24c =1/
(δEπ)3 = −2β(2c + 3c ) = −10cβ = -2,04β
HE
+4
E+
H4
*
**
*
*
**
d-d
2d
3d
-3d
d
-d
(δEπ)4 = −2β(2d + 3d ) = −10dβ = -1,96β
26d =1/
HE
+9
E+
9H
**
**
*
*
*e
-e
2e-2e
4e
e
-2e(δEπ)9 = −2β(e + 4e ) = −10eβ = -1,80β
31e =1/
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)2 > (δEπ)4 >(δEπ)3 >
Orden de reactividad que se predice: C9 > C1 > C4 > C3 > C2
(δEπ)1 > (δEπ)9
Factores parciales de velocidad del fenantreno:
(FPV)9 = 1630
(FPV)1 = 900
(FPV)2 = 173
(FPV)3 = 385(FPV)4 = 810
Reactividades relativas (datos experimentales): C9 > C1 > C4 > C3 > C2
XIII
339
Ordena las posiciones 4, 4' y 5 del 1-Fenilnaftaleno, de acuerdo con su reactividad relativa en una reacción de sustitución electrófila.
EJERCICIO 13.1
4
4'
5
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
CH3Cl
AlCl3
CH3
CH3 Cl
H
AlCl3 CH3.... Cl .... AlCl3
+δ+ δ−δ+
δ−CH3 + Cl_AlCl3
_
+CH3
Me+
Cl AlCl3_
H 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_CH2
_CH2Cl+AlCl35 h
+
t = -60C 60 % 40 %t = 350C 40 % 60 %
CH3 CH CH3
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
AlCl3 Cl .... AlCl3+δ−δ+
δ−AlCl4_
CH3CH2CH2δ+
.... CH3CHCH2 +
H
CH3CHCH3+
CH2CH2CH3
CH[transp.]
CH3CH2CH2 Cl
CH3 CH3
Escribe el mecanismo completo de la siguiente reacción:EJERCICIO 13.2
CH3 CCH3
CH3
CH2Cl +CCH3
CH3
CH2CH3AlCl3
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_CH_CH_CH3 CH3
_C_CH2_CH3
CH3
+ +
(45 %) (55 %)
CH3
CH3 CHCH3
CH CH2H_Cl / AlCl3
00 C
H___Cl
[Regla de Markownikoff]
CH3_CH_CHCH3
CH2 CH3_CH_CH
CH3
CH3+
AlCl3
CHCH3 CH CH3
CH3
+
[carbocatión más estable]
CH3_C___CH_CH3
CH3
H
transposición+
CH3_C__CH2
_CH3
CH3CCH3
CH3CH2CH3
XIII
341
Reacción con alcoholes:
H2SO4+ +CH3
_CH_CH_CH3
CH3
OH
CHCH3 CHCH3
CH3 CCH3
CH3CH2CH3
+ transposiciónCH3
_CH_CH_CH3
CH3
OH:
H O_SO3H
SO4H_ _
CH3_CH_CH_CH3
CH3 H2O_CH3
_C___CH_CH3
CH3
H+
CH3_C__CH2
_CH3
CH3
OH+
++
H
CHCH3
CHCH3
CH3
CHCH3
CHCH3
CH3H+
HO3S_O:_
CHCH3 CHCH3
CH3
HO3S_OH
+
HH
+HO3S_O:
_CCH3 CH2 CH3
HO3S_OHCCH3
CH3
CH2 CH3+
Me Me Me
CH3
Las cadenas hidrocarbonadas unidas a los anillos aromáticos pueden oxidarse fácilmente, dando lugar a ácidos carboxílicos:
CH3
K2Cr2O7
H2O / H2SO4
CO2H CH2CH3
KMnO4 / H2O
CO2H
Escribe el mecanismo completo de las siguientes reacciones:EJERCICIO 13.3
Me
MeMe Me
H2SO4
+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
RCOClAlCl3
COR
_+R C
OCl: AlCl3 R C
OCl AlCl3 R C
O
++ AlCl4
_
[catión acilo]
R CO
++
CO_RHH
_CO_R
+ HCl + AlCl3
Cl3Al Cl
Reacción con anhidridos de ácido:
H
AlCl3
COR
R C O C ROO
[catión acilo]
AlCl3_
:R C
O
R CO
OR C
O
O RCO
AlCl3
R CO
+_
O RCO
AlCl3
+
CO
++
CO_RHH CO_R
+ AlCl3
R_CO_O___AlCl3_
R R CO
OH+
Reactividades relativas en la acetilación y benzoilación del naftaleno:
1,0
0,31
+ MeCOClAlCl3
CHCl3
COMeCOMe
+
[mayoritario] [minoritario]
1,0
0,4
+ C6H5_COCl
AlCl3CHCl3
CO_C6H5CO_C6H5
+
[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)
0,122 (C2)
0,643 (C3)0,0085 (C4)
[acetilación en CHCl3]
reactividades: C3 > C9 > C1 > C2 > C4
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:
ArH + CO + HClAlCl3CuCl
Ar_CHO
AlCl3:: + AlCl4+CuCl C O
H
ClC O
H
ClH C
O
+H
+
CHO
+ HCl + AlCl3CO
H CO
HAlCl4
_
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:
C
CO2H
CH3O
Zn-Hg / HCl
CH2-CH3
CO2H
Escribe el mecanismo completo de las reacciones de Friedel - Crafts que aparecen a continuación:EJERCICIO 13.4
O
O
O
+CO2H
O1)SOCl22)AlCl3
Zn-Hg / HCl CO2HH H
O
AlCl3 Q
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:
H
HNO3 + H2SO4
NO2
El catión nitronio se genera por reacción entre los ácidos nítrico y sulfúrico:
:_
++ :
_:N
O
OO
HOH SO3H
:_
+:N
O
OO
HO SO3H
H:
+
ONO+
+ H2O
[catión nitronio]
:
: :
+
HHO3S_O
_ NO2H+
NO2
+ HO3S_OHN
O
O Resultados experimentales obtenidos en la nitración del fenantreno:
(C9) 34 %27 % (C1)
4 % (C2)
25 % (C3) [impedimento estéreo]
+reactividades: C9 > C1 > C3 > C2
0 % (C4)
NO2
NO2
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:
NO2
1)Sn / HCl
NH2
2)NaOH
XIII
345
NO2
2 + 3Sn + 14HCl
NH3 Cl+ _
2 + 3SnCl4 + 4H2O
[hidrocloruro]
NH3 Cl+ _
NH2
+ NaCl + H2ONaOH
b) Hidrogenación catalítica:
NO2 NH2
CO2H CO2H
H2
Pd / C
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE AZUFRE (SULFONACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS) El Benceno reacciona con ácido sulfúrico originando ácido bencenosulfónico:
+ H2SO4170-1800 C
SO3H
+ H2O
(95 %) Cuando se emplea ácido sulfúrico el electrófilo es el catión H3SO4
+ :
2H2SO4 H3SO4+ + HSO4
_
S OHOO
OHSO OO
OHH
[ácido] [base]
SO OO
OH:_
+ SO OH2
O
OH
+
+::
lenta+ H3O+
: _
H+S
O
O
O:
SO
O
OH2
O
H: ::
rápida
:
: _
H+HSO4
_
SO3+ H2SO4
_
S
O:
O
O:
XIII
346
SO3_
+ H3O+SO3H
+ H2Orápida
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:
::
: :
::
: :_
+::
: :_ +
::
: :
_+S
O
OOS
O
OOS
O
OOS
O
OO El trióxido de azufre se utiliza disuelto en ácido sulfúrico exento de agua; la disolución recibe el nombre de oleum:
::
: :
S
O
OO
H+
S OO
O
H
:::
:_
SO3HH2SO4
Sulfonación del naftaleno:
H2SO4
H2O (79%)
SO3H
(FPV)1 = 1020
(FPV)2 = 180
Si un ácido sulfónico se calienta en presencia de agua se produce la reacción inversa:
SO3H
+ H2OQ
H
+ H2SO4
H2O + C6H5_SO3H H_OH2 + C6H5
_SO3_+
O
O
O:
:::
: :
:
_H2O___H+
H+ H2O + SO3
S
SO3 + H2O SO4H2
XIII
347
REACCIONES CON ELECTRÓFILOS DE HALÓGENOS (HALOGENACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS)
3Br2 + 2Fe 2FeBr3
2FeBr3 + Br2 Br+ + FeBr4_
H
Br+ +Br FeBr3Br H
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
E+
ZE
Z
E
Z
E
++ (?)
Z
E+
ZE
+
Z
E+
Z
E
+
Z
E
+
Z
E+
E+
ZE
(?)
Z
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 CH3Br
CH3
Br
+Br2 / Fe
o-Bromotolueno p-Bromotolueno
CH3 CH3COCH3
CH3
COCH3
+
o-Metilacetofenona p-Metilacetofenona
CH3COCl
AlCl3
Otros sustituyentes provocan la entrada del electrófilo en posición meta:
CO2Et CO2Et
NO2
m-Nitrobenzoato de etiloH2SO4
HNO3
CO2Et
Br
m-Bromobenzoato de etiloBr2
CO2Et
[Fe]
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
H NO2
δ+
+ *
*
*H NO2
δ+
+
*
*
*
a
-a-a
Q = a2
[catión arenonio estabilizado por el Me]
[posición activa]
Menos inestable que:
H NO2
+
CH3 CH3
δ+
NO2
H
+*
* *Q = 0 [posición inactiva]
[catión arenonio no estabilizado por el Me]
La misma inestabilidad que:
+ NO2
H
CH3
H Br+ *
*
*H Br
+
*
*
*
a
-a-a
Q = a2
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
[posición activa]
Más inestable que:
H Br+
NO2 NO2
Br
H* *Q = 0 [posición inactiva]
Br
H
+Br
H
+*
* *Q = 0
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
La misma inestabilidad que:
Br
H
+
NO2NO2
Para los hidrocarburos aromáticos policíclicos son válidos los mismos principios:
Br
H
+**
*Q = 0 [posición inactiva]
[catión arenonio no desestabilizado por el NO2]
La misma inestabilidad que:
Br
H
+
* *
NO2
H Br+ *
**
H Br
+
*
*2a
-2a
Q = 4a2
[catión arenonio desestabilizado por el NO2]
[posición activa]
Más inestable que:
H Br+* * **
*-a
-aa
NO2 NO2
XIII
350
TIPOS DE SUSTITUYENTES
Inductivos
+I : Z C
_
δ+ δ−
(Me, Et, etc. ; cualquier grupo alquilo)
I : Z C_ δ− δ+
(-CX3, -CHX2, -CH2X, -CN)
Electrómeros(mesómeros) +
_+ M : _CH=CH2, C6H5_ (en general: Ar_)
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 Grupos desestabilizantes del catión arenio (orientación o- y p- en el benceno) (orientación m- en el benceno)
−O− −CH2Cl máxima
estabilizaciónmínima
desestabilización −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 (*) Los halógenos desestabilizan el catión arenio, pero orientan a o- y p-
mínima estabilización
máxima desestabilización NR3
+
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 polarizado en el sentido Z C) Estos sustituyentes estabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con carga):
Me
E+
MeH
E
+*
* *
a
a-a
MeE
a = 1/ 3
Sustitución en o- : δEπ = −4aβ = −2,31β [mayoritario]
(Q = +1/3)
Sustitución en m- :
Me
E+
Me Me
E
δEπ = −4aβ = −2,31β [minoritario]
(Q = 0)
E
H
+*
* *a a
-a
a =1/ 3
Me
E+
Me Me
Sustitución en p- : δEπ = −4aβ = −2,31β [mayoritario]
H EE
a = 1/ 3
+ *
*
*
(Q = + 1/3)
a
-a-a
Estos son algunos resultados experimentales: Alquilación:
CH2CH2CH3
+ C6H5_CH2Cl
AlCl3
MeNO2, 250C
PrCH2C6H5
Pr
CH2C6H5
Pr
CH2C6H5
+ +
(39,6 %) (8,1 %) (52,3 %) Acilación:
CH3
+ C6H5_COCl
AlCl3
MeCOC6H5
Me
COC6H5
Me
COC6H5
+ +
32,6 4,9 626(FPV):
XIII
352
Nitración:
Me
HNO3-Ac2O
00 C
MeNO2
Me
NO2
Me
NO2
+ +
(FPV) : 49.7 1.3 60
Et
HNO3-Ac2O
00 C
EtNO2
Et
NO2
Et
NO2
+ +
(FPV) : 31.4 2.3 69.5
CHMe2
HNO3-Ac2O
00 C
CHMe2NO2
CHMe2
NO2
CHMe2
NO2
+ +
(FPV) : 14.8 2.4 71.6
CMe3
HNO3-Ac2O
00 C
CMe3NO2
CMe3
NO2
CMe3
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
Cl2 [Fe]
EtCl
Et
Cl
Et
Cl
+ +
450 ___ 840(FPV):
AcOH
XIII
353
SUSTITUYENTES INDUCTIVOS −I
Son grupos aceptores de electrones (el enlace σ que une el grupo al núcleo aromático está polarizado en el sentido Z C) Estos sustituyentes desestabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con carga):
E+H
E+*
* *
a
a-a
CCl3E
a = 1/ 3
Sustitución en o- : δEπ = −4aβ = −2,31β [minoritario]
(Q = +1/3)
CCl3 CCl3
E+
ESustitución en m- : δEπ = −4aβ = −2,31β [mayoritario]
(Q = 0)
E
H
+*
* *a a
-a
a =1/ 3
CCl3CCl3 CCl3
E+
CCl3
Sustitución en p- : δEπ = −4aβ = −2,31β [minoritario]
H EE
a = 1/ 3
+ *
*
*
(Q = + 1/3)
a
-a-a
CCl3 CCl3
Algunos resultados experimentales: Nitración:
CCl3
250 C
CCl3NO2
CCl3
NO2
CCl3
NO2
+ +
6,8 % 64,5 % 28,7 %
HNO3−H2SO4
CF3
HNO3-H2SO4
00 C
CF3NO2
CF3
NO2
CF3
NO2
+ +
6.0 % 91 % 3.0%
XIII
354
16.8 % 80.8 % 1.95%
CN
HNO3
00 C
CNNO2
CN
NO2
CN
NO2
+ +
Halogenación:
CN CNCl
CN
Cl
CN
Cl
+HOCl
H3O+ +
(23.2 %) (73.9 %) (2.9 %)
CF3 CF3Cl
CF3
Cl
CF3
Cl
+HOCl
H3O++
(15.7 %) (80.2 %) (4.1 %)
EFECTO COMBINADO DE VARIOS SUSTITUYENTES +I Los grupos que en el catión arenio están en posiciones activas (con carga) aparecen en negrita:
MeMeH
SO3
MeMe
H SO3
MeMe
+
+
*
* *
*
*
*
MeMe
SO3H
MeMe
SO3H
(45,1 %)
(54,9 %)
H2SO4 + H2O
98,4 %
H2SO4 + H2O
98,4 %
MeMeMe
MeMeMe
SO3
H
+*
* *
MeMeMe
H SO3
+ *
*
*
MeMeMe
SO3H
MeMeMe
SO3H
(90 %)
(10 %)
_
_
_
_
XIII
355
EJERCICIO 13.5Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:Reacción 1:
H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me(?)
Reacción 2:
Me
Me
Me H2SO4 + H2O
98,4 %(?)
SUSTITUYENTES MESÓMEROS ± M Son grupos que tienen dobles enlaces C-C. Dichos enlaces pueden ser localizados o no localizados. Por ejemplo:
_CH=CH2_CH=CH_CH=CH2dobles enlaces localizados: ;
dobles enlaces no localizados: ; 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:
CH=CH2[enlace σ esencial]
[enlace σ esencial]CH=CH2
[enlace σ esencial]
Si se dibuja como doble, aparecen átomos de carbono con electrones desapareados, que no forman enlace:
CH_CH2CH_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:
CH=CH2
E+[sistema conjugado de 6 carbonos] [sistema conjugado de 5 carbonos]
CH=CH2
E
H
+*
* *
[enlace σ esencial]
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
E+
CH_CH2
H E
+
*
*
*[sistema conjugado de 6 carbonos]
*
[sistema conjugado de 7 carbonos]
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
E+
CH=CH2H
E
CH=CH2
H E
+
+
*
* *
*
*
*
[sistema conjugado de 7 carbonos]
*
[sistema conjugado de 5 carbonos]
CH=CH2
E
H
+*
* *+
[sistema conjugado de 7 carbonos]
CH=CH2E
CH=CH2
E
CH=CH2
E
[minoritario]
EJERCICIO 13.6Seguidamente aparecen los factores parciales de velocidad del bifenilo para una reacción de bromación y otra de nitración:
(FPV) = 10,7
(FPV) = 15,6
(FPV) = 41
(FPV) = 38
(FPV) < 0,6Bromación
[HOBr, H3O+ / dioxano]
Nitración
[HNO3, Ac2O / 00 C]
(FPV) = 0,28
Explica estos resultados experimentales con el mismo tipo de razonamiento que el empleado en el caso del estireno.
XIII
357
EJERCICIO 13.7Ordena, de acuerdo con su abundancia relativa, los 12 productos que pueden obtenerse cuando se lleva a cabo la siguiente reacción de sustitución electrófila:
2'
3'
4'
5'
6'
2
3
45
6
7
8
(?)Br2
[Fe]
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:
N HH
-I:NH2
-I>+M
+M
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:
+E
OHH
E+
:
*
* *
OH:
+E
OH
+
:
H E*
*
*
OH:
+E
OH:
+ E
H
*
* *
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:
OMe OMeH
E
OMeE+
*
* *
[posición activa]
:
E+sustitución en orto : [mayoritario]
OMe
H
E
OMe
E+*
* *
[posición inactiva]
sustitución en meta :
OMe:
E+[minoritario]
OMe
H E
OMe
E
+ *
*
*
[posición activa]
sustitución en para :
OMe:
E+[mayoritario]
Estos son algunos resultados experimentales: Acilación:
OMe
COMe
OMe
+ CH3COClAlCl3
OMe OMeCOMe
COMe
(FPV): ___ ___ 1.8xI06
+ +
Nitración:
OMe OMeNO2
OMe
NO2
OMe
NO2
+
:
HNO3
450C
(40 %) (0.0 %) (58 %)
+
XIII
359
O_C6H5 O_C6H5NO2
O_C6H5
NO2
O_C6H5
NO2
+
:
HNO3 - Ac2O
00C
(51 %) (0,0 %) (49 %)
+
NH_C6H5 NH_C6H5NO2
NH_C6H5
NO2
NH_C6H5
NO2
+
:
HNO3 - Ac2O
00C
(76 %)(0,0 %)(24 %)
+
Sulfonación:
OH OHSO3H
OH
SO3H
OH
SO3H
+
:
250C
3400 7300
+H2SO4 / H2O (77,8 %)
(FPV) : ___
Halogenación:
NMe2 NMe2Br
NMe2
Br
NMe2
Br+
:
3x1019
+Br2 / H2O - AcOH
(FPV) : ______
OMe OMeCl
OMe
Cl
OMe
Cl+
:
4.6x107
+Cl2 - AcOH
(FPV) : ___6.1x106
OCOMe OCOMeCl
OCOMe
Cl
OCOMe
Cl
+
:
87
+Cl2 - AcOH
(FPV) : 0.0716.5
250C
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:
MeNO2
AcONO2
:
NO2
(FPV)orto = 0,029
(FPV)meta = 0,0009
(FPV)para = 0,137
Br Br:
MeNO2
AcONO2
:
NO2
(FPV)orto = 0,033
(FPV)meta = 0,011
(FPV)para = 0,112
I I:
MeNO2
AcONO2
:
NO2
(FPV)orto = 0,252
(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
C6H5-COCl
AlCl3
X X
COC6H5
%
X orto meta para reactividad relativa H ⎯ ⎯ ⎯ 1 F 14.7 0.2 85.1 0.46 Cl 33.0 0.6 66.4 0.24 Br 32.5 0.7 66.8 0.18 I 30.6 0.7 68.7 0.28
Halogenación:
Cl ClCl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl++ +
36.4 % 1.3 % 62.3 %
XIII
361
Br BrCl
Br
Cl
Br
Cl
Cl+ + +
39.7 % 3.4 % 56.9 %
SUSTITUYENTES MESÓMEROS −M Son grupos que tienen enlaces polarizados en el sentido C Z del enlace que les une al núcleo aromático:
δ−
δ+δ+
δ−:
CRO
CO OH
δ+δ−
CO OR
SO
O
Oδ+ δ−
NR3+
Son, como los sustituyentes -I, meta- dirigentes, ya que desestabilizan el catión arenio cuando están situados en posiciones activas (con asterisco):
NO2 NO2H
E
NO2E+
*
* *
[posición activa]
E+sustitución en orto : [minoritario]
NO2
H
E
NO2
E+*
* *
[posición inactiva]
sustitución en meta :
NO2
E+[mayoritario]
NO2
H E
NO2
E
+ *
*
*
[posición activa]
sustitución en para :
NO2
E+[minoritario]
Nitración:
HNO3 + H2SO4
NO2 NO2NO2
NO2
NO2
NO2
NO2
(6,1 %) (91,8 %) (2,1 %)
+ +
XIII
362
HNO3 + H2SO4
CO2H CO2HNO2
CO2H
NO2
CO2H
NO2
(18,5 %) (80,2 %) (1,3 %)
+ +
HNO3 + H2SO4
CHO CHO
NO2
(90,8 %)
HNO3 + H2SO4
COMe COMe
NO2
(90,0 %)
HNO3
CONH2 CONH2
NO2
(70,0 %)
CONH2
NO2
+
(<0,3 %)
HNO3
CO2Et CO2Et
NO2
(68,4 %)
CO2Et
NO2
+
(3,3 %)
CO2EtNO2
+
(28,3 %) Halogenación:
NO2 NO2 NO2 NO2Cl
ClCl
+ +Cl+
(17,6 %) (80,9 %) (1,5)
CHO CHO CHO CHOCl
ClCl
+ +Cl+
(30,7 %) (63,5 %) (5,8)
XIII
363
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS CON SUSTITUYENTES
Cuando se realiza la nitración del 1-metilnaftaleno (el grupo metilo estabiliza el catión arenio) se obtiene una mezcla de 1-metil-2-nitronaftaleno y 1-metil-4-nitronaftaleno:
NO2+
Me MeNO2
Me
NO2
+
1 2
4
1
La nitración del 1-nitronaftaleno (el grupo nitro desestabiliza el catión arenio) conduce a una mezcla de 1,5- y 1,8-dinitronaftaleno:
1NO2
+
NO2 NO2 NO2
+
NO2
NO2
5
8 1
Para predecir los productos mayoritarios que se obtienen en las reacciones de sustitución electrófila del benceno, sólo es preciso fijarse si el sustituyente está en una posición activa o inactiva. Esto es así porque al formarse el catión arenio, la variación de energía de enlace π siempre es la misma, con independencia de la posición en la que tiene lugar la nueva reacción de sustitución. Sin embargo, en los hidrocarburos policíclicos con algún sustituyente, es preciso tener en cuenta dos factores: ⎯ Variación de la energía de enlace π (δEπ) al formarse el catión arenio ⎯ Valor de la carga (Q) del átomo de carbono, al que está unido el sustituyente en el catión arenio
situación más favorable: mínima variación de (δEπ) y carga máxima situación más desfavorable: máxima variación de (δEπ) y carga mínima (Q = 0)
+
Me
H NO2
H
NO2
Me
+*
**
* * * *
***
[posición activa] [posición inactiva]
[C más reactivo]
4
[C menos reactivo]
(δEπ)4 = −1,81β ; Q(1) = +0,36
[situación más favorable]
6
(δEπ)6 = −2,12β ; Q(1) = 0
1 1
[situación más desfavorable]
sustituyentes que estabilizan el catión arenio
XIII
364
situación más favorable: mínima variación de (δEπ) y carga mínima (Q = 0) situación más desfavorable: máxima variación de (δEπ) y carga máxima
HNO2
NO2H
NO2+ +*
[posición activa]
[posición inactiva]
[C más reactivo]
[C menos reactivo]
(δEπ)2 = -2,12β ; Q(1) = +0,50
[situación más favorable]
(δEπ)8 = -1,81β ; Q(1) = 0
1
[situación más desfavorable]
* *
**8
**
* * *
21
O2N
sustituyentes que desestabilizan el catión arenio Nitración del 1-Metilnaftaleno (el grupo metilo estabiliza el catión arenio): Existen siete posiciones diferentes en las que puede tener lugar la reacción:
Me2
3
5 4
6
7
8
Estos son los valores de (δEπ) y de la carga Q en C1 (átomo al que está unido el sustituyente) cuando el electrófilo (NO2
+) se une a cada uno de los siete carbonos:
MeH
NO2
MeNO2
2
1
(δEπ)2 = −6aβ = −2,12β
* +*
* * *a-a
a
-a 2a a = 1/ 8 Q(1) = 4a2 = + 0,5;2
Me
2 NO2+
Me Me
H
NO2
Me
NO23
3+*
*
* * *a
-a
-a
2a
aNO2+
(δEπ)3 = −6aβ = −2,12β
a = 1/ 8 Q(1) = 0,0;1
3
Me Me1
(δEπ)4 = −6bβ = −1,81β
*
+
*
* * * -2b-bb
-b2b b = 1/ 11 Q(1) = 4b2 = + 0,36;
Me
4 H NO2 NO2
4
NO2+
4
XIII
365
Me Me1
(δEπ)5 = −6bβ = −1,81β
**
* * b-b-2b
2b-b
b = 1/ 11 Q(1) = b2 = + 0,09;
Me
NO2+
H NO2 NO2
5 5+ *
5
Me Me Me
+ * *
* * *a
-a
-a
2a
a
(δEπ)6 = −6aβ = −2,12β
a = 1/ 8 Q(1) = 0,0;
O2N
H
NO26
6
1NO2
+
6
Me Me
(δEπ)7 = −6aβ = −2,12β
*+*
* * * a-aa
-a2a
a = 1/ 8 Q(1) = a2 = + 0,12;
MeNO2
H
NO2
17
7NO2
+ 7
Me Me1
*
*
* *b -b
-2b
2bb = 1/ 11 Q(1) = 0,0;+
MeNO2 H
*b
NO28 8
(δEπ)8 = −6bβ = −1,81β
NO2+
8
nitración del 1-Metilnaftaleno
posición δEπ x (-β) Q (1) C4 1.81 +0.36 C2 2.12 +0.50 C8 1.81 0.00 C5 1.81 +0.09
C7 2.12 +0.12 C3 2.12 0.00 C6 2.12 0.00
Me
46
[C más reactivo]
[C menos reactivo]
(FPV): C4 (95800) > 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
H NO2
MeH
NO2
Me
NO2
MeNO2
+
+2
4
NO2+
1
1
1-Metil-4-nitronaftaleno
1-Metil-2-nitronaftaleno
4
2
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 δEπ x (-β) Q(1) C8 1.81 0.00 C5 1.81 +0.09 C4 1.81 +0.36
C3 2.12 0.00 C6 2.12 0.00 C7 2.12 +0.12 C2 2.12 +0.50
NO2
[C más reactivo]
[C menos reactivo]2
8
La nitración del 1-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla en la que son mayoritarios el 1,5- y el 1,8-Dinitronaftaleno:
NO2
NO2
NO2
NO2
NO2
+
+
NO2+
1
1
1,8-Dinitronaftaleno
1,5-Dinitronaftaleno
NO2 HNO2
H NO2 NO2
8
5
8
5
EJERCICIO 13.8¿Cuáles son los dos productos mayoritarios que se obtienen en las siguientes reacciones?:
Me(?)Reacción 1: HNO3
H2SO4
NO2
(?)Reacción 2: HNO3
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?:
MeE+
Me(?)
1
3
45
78
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
E
H+**
* * *EH
+ *
**
* *
(δEπ)1 = −1,81β
1
3
4
*
+
*
* * *H E
0,36
0,09 0,36
0,09E
H
(δEπ)2 = −2,12β
+**
* * *
0,500,12
0,12 0,12
(δEπ)3 = −2,12β
0,120,12
0,12 0,50
(δEπ)4 = −1,81β
0,36
0,360,09
0,09
2
5
6
**
* *H E
++
* * *
E
H7
8*+*
* * *
H
E*
*
**+
E H
*
(δEπ)5 = −1,81β
0,09
0,090,36
0,36
(δEπ)6 = −2,12β
* *0,12
0,120,12
0,50
(δEπ)7 = −2,12β
0,12
0,120,12
0,50
(δEπ)8 = −1,81β
0,09
0,09
0,36
0,36*
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. posición (δEπ) x (-β) Qx(Z)
Q2(Me) = +0,36 C1 1,81 Q6(Me) = 0,00
Q2(Me) = +0,00 C5 1,81
Q6(Me) = +0,36 Q2(Me) = 0,00 C4 1,81 Q6(Me) = +0,09 Q2(Me) = +0,09 C8 1,81 Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = +0,12 C3 2,12 Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = 0,00 C7 2,12 Q6(Me) = +0,12
sustitución electrófila en el 2,6-dimetilnaftaleno
Me
Me
[C más reactivo]
1
3
[C menos reactivo]
8
4
7
5
carbonos equivalentes: C1 y C5 ; C3 y C7
C4 y C8
Orden de reactividad que se predice: C1 = C5 > C4 = C8 > C3 = C7
(FPV): C1 = C5 (1010000) > C4 = C8 (31400) > C3 = C7 (8060)
XIII
368
Apartado 1: Averigua cuál de las dos posiciones marcadas en el 2,3-Dimetilnaftaleno es más reactiva.EJERCICIO 13.9
Me
Me
1
6
Apartado 2: Ordena las tres posiciones indicadas en el 1-Metil-4-nitronaftaleno de acuerdo con su reactividad relativa.
3
2
Me
NO2
8
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
00CO=N_OH + H2O + Na+ + Cl:
_
[ác. nitroso]
_ _
El ácido nitroso se protona en medio ácido fuerte, originando el catión nitrosonio (nitrosilo):
:
O=N_OH H OH2+
O=N OH
H
+ H2O
O=N:+
[catión nitrosonio]
+ H2O
+
Reacción del catión nitrosonio con una amina aromática primaria:
NH2+
N+
HH2O:
NH N=O
N-Nitrosoanilina
+ H3O+N ON OH
OH2H+
OH2H+
OH
H+
N N O
H OH2:
OH2N N OH + N N OH2+
N N:+
H2O:+
[catión fenildiazonio]
XIII
369
Las sales de diazonio se obtienen habitualmente de la forma siguiente:
HNO3
H2SO4
NO2
reducción
NH2
NaNO2
HCl, H2O
N N Cl+
RRRR
[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:
H2SO4
N2Cl
+
+
N
Cl
I
CN
OH
NO2
H
Br
N BF4
_ Q FHBF4
Cuo CuCl
KBr
KI
CuCN
H2O (40-50%)
NaNO2
Cu+
H3PO2
N2++ BF3
N2+
N2+
N2+
N2+
N2+
N2+
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):
H2SO4
N2Cl+
CN
OH
CuCN
H2O (40-50%)
NaNO2
N2+
N2+
NH2 HCl
_
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-.
H2SO4
+
H2O
NaNO2
NO2 NO2
NO2 NO2
N2 SO4H
NO2
OH
NO2
HNO3
H2SO4
HNO3 reducciónH2SO4 /
NH2
Q
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:
H2OBr2(exceso)
CO2H CO2H
NO2 NH2 NH2H2SO4
HNO3 reducciónH2SO4 /
CO2H CO2HBr
Br
BrNaNO2
+N2 SO4H
CO2HBr
Br
Br H3PO2
CO2HBr
Br
Br
_
EJERCICIO 13.10¿Cómo llevarías a cabo las siguientes transformaciones empleando reacciones de sustitución electrófila y sales de diazonio?:
1. 2.
NH2 NO2
NO2
(5 pasos)
CO2H CO2H
CO2H
(5 pasos)
3. 4.
NH2 Cl
(6 pasos)
NO2
BrBrCl Cl
CH2NH2
(3 pasos)
NH2
5. 6.
CMe3 CMe3
CO2H
(5 pasos)
CH2CH3
OH
(5 pasos)
7. 8.
Br
(8 pasos)
OH
I
(8 pasos)
Cl
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.
MeMeCH2OH
Me Me
Me
(1) vitamina A
[amarillo pálido]
MeMeMe
Me
Me
O
(2) β-Irona
[color violeta; fragancia de las violetas]
N=N
(3) (E) Azobenceno
[color naranja] Los cationes arildiazonio son electrófilos; reaccionan con los hidrocarburos aromáticos que tienen algún sustituyente activante (+M):
NN+
:
O_
N N
+
HB
O_
N N O_
H B 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_+
+ NMe2
N,N-Dimetilanilina
N N
NMe2
p-Dimetilaminoazobenceno
[amarillo de mantequilla]
EJERCICIO 13.11El "rojo para" es un colorante azoico que se utiliza para teñir algodón. Su estructura es la siguiente:
N N
: :
HO
O2N
Idea una síntesis de este colorante a partir de Anilina y β -Naftol (2-Hidroxinaftaleno)
XIII
372
EJERCICIO 13.12Para 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 loscompuestos A y B.
H2N
Me
NH2
Me
NaNO2 (2 eq.)
HCl, H2OA
+
OH NH2
SO3H
SO3H
(2 eq.) B (colorante azul)A
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
52
6
OMe
(1) (2)
NO2
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.
7 7 7
OH
CO2H
CO2H
OH
MeO CO2Me
(1) (2) (3)
7 7 7
(6)(5)(4)
MeO CO2MeMeO
MeO
O2N
NO2
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.
(1) (2) (3)
MeO
CH2COCl CH2COCl
MeO
CH2COCl OMe
(4) (5)
CH2COCl CH2COCl
OMe
OMe
13.4 Empleando Naftaleno como producto inicial se pretende sintetizar los compuestos A y B:
COMe CMe3
(A) (B)
NO2
NO2
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:
CH2 CMe3MeO
CMe3CH2Cl
OMe
+AlCl3
Reacción 2:
CH2
OMeCH2Cl
+
CMe3
MeO CMe3AlCl3
XIII
374
Reacción 3:
CH2
CMe3CH2Cl
+
OMe
MeO
CMe3
AlCl3
Reacción 4:
CH2MeO
OMeCH2Cl
+
CMe3
CMe3AlCl3
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
CMe3
CH2CH3NO2 COMe
SO3H
(2)(1) (3)
MeCHO NO2
(4) (5)
MeOC
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:
OMeOMe
COMe COMe
OMe
+
Secuencia 2:
+
CO2Et CO2Et CO2Et
NO2
NO2
XIII
375
Secuencia 3:
+
NMe2 NMe2 NMe2
BrBr Secuencia 4:
+
NHCOMe NHCOMe NHCOMe
SO3HSO3H
Secuencia 5:
+
COMeEt
COMeCOMe
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 Metanol Ácido acético Naftaleno Etanol Isopropanol 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-1,3-dinitronaftaleno 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) Mg2)
3)H3O+
SOCl2BOBr2
[Fe]A C
1)Mg2)HCO2Et
1)H3O+D
2)H3O+
1) ?C6H5 C6H5
OH
C6H6
XIII
376
Secuencia 2:
Me
MeO
??
Zn-Hg
HCl(conc.)A
MeCOCl?
B(C12H16O)1)NaBH4
2)PBr3C
1)Mg2)CO2
1)H3O+ "Brufen"(antirreumático)
13.11 La Difenadiona es un anticoagulante que ha sido utilizado en Suramérica para controlar la población del murciélago vampiro.
O
O
CO CH
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:
HO2C
HO
varios pasos HO
HO
HN Me
OH
HMe
Me
salbutamol(fármaco para el tratamiento del asma)
Síntesis 2:
CMe3
varios pasos
CMe3
Br
XIII
377
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO
6. EQUILIBRIO QUÍMICO Y REACTIVIDAD RESPUESTA 6.1
A(1) + B(2) B(1) + A(2)
α α(1−α) (1−α)
(1−α)2α2
log Keq = logΔpKa = = log(1−α)2α2
= log(1−0,9)2
0,92= 1,9
RESPUESTA 6.2
C6H5_OH + H2O C6H5
_O + H3O+
pKa 10 pKa -1,7Keq = 2 x 10-12
C6H5_OH + CH3
_CO2 C6H5_O + CH3
_CO2H
pKa 4,8
Keq = 6,3 x 10-6
C6H5_OH + NH3 C6H5
_O + NH4+
_
_ _
_
pKa 9,24Keq = 0,2
C6H5_OH + Me2NH C6H5
_O + Me2NH2+
pKa 10,7
Keq = 5,0
C6H5_OH + MeO C6H5
_O + MeOH
_
_ _
pKa 15,2Keq = 1,6 x 105
C6H5_OH + Me3CO C6H5
_O + Me3COH_ _
pKa 19Keq = 109
C6H5_OH + NH2 C6H5
_O + NH3_ _
pKa 36Keq = 1026
RESPUESTA 6.3
R CO
NH2 + H3O+ R C
O
NH2 + H2O
H+
Keq = 16
pKa 1,7 pKa -0,5
R CO
OH + H3O+ R C
O
OH + H2O
H+
pKa -6
Keq = 5 x 10-5
RT-6,7
378
R CO
OH + H3O+ R C
O
OH + H2O
H+
pKa -6
Keq = 5 x 10-5
R CO
OR' + H3O+ R C
O
OR' + H2O
H+
Keq = 5 x 10-6
pKa -7
Keq = 2,5 x 10-6R CO
R + H3O+ R C
O
R + H2O
H+
pKa -7,3
Keq = 5 x 10-9R CO
H + H3O+ R C
O
H + H2O
H+
pKa -10 RESPUESTA 6.4 Reacción 1:
pKa 10,2 pKa 4,8
ΔG0 = 1,36 ΔpKa_ Keq = antlog _ ΔG0
1,36= -1,36 (4,8 - 10,2) = 7,3 > 0 = 4,3 X 10-6 (la reacción no es útil)
CH3_NO2 + CH3
_CO2 Na+ CH2_NO2 + CH3
_CO2H + Na+__
Reacción 2:
pKa 23 pKa 36
ΔG0 = 1,36 ΔpKa_ Keq = antlog _ ΔG0
1,36= -1,36 (36 - 23) = -17,7 < 0 = 1,0 X 1013 (la reacción sí es útil)
CH3_CO2Et + NH2 Na+
_CH2
_CO2Et + NH3 + Na+_
7. REACCIONES DE OLEFINAS Y ALQUINOS RESPUESTA 7.1 Apartado 1:
[ ] mol/kcal77.8)73.12(99.1451.6G0T −=−+−−=Δ
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CH CH3
Br(g)
[ ] mol/kcal63.7)73.12(99.1437.5G0T −=−+−−=Δ
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CH2 CH2Br (g)
El primer equilibrio está más desplazado a la derecha que el segundo (mayor variación negativa de energía libre)
RT-6,7
379
Apartado 2:
( )22,6.p,7TemaT6.4
GlogantK0
.eq ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ−=
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CH CH3
Br(g)
( ) 60
.eq 1050.23977.6logant2986.4
8770logantT6.4
Glogant1K ×==⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ=
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CH2 CH2Br (g)
( ) 50
.eq 1068.35661.5logan2986.4
7630logantT6.4
Glogan2K ×==⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ=
Apartado 3:
( ) [ ][ ][ ( ) [ ]
[ ][]HBrpropenonobromopropa21K .eq
−= ]HBrpropeno
nobromopropa12K .eq−
=
( )( )
[ ][ ] 79.6
1068.31050.2
nobromopropa1nobromopropa2
2K1K
5
6
.eq
.eq =×
×=
−−
=
[ ] [ ]nobromopropa179.6nobromopropa2 −=−
% (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?
( )mol/kcal51.6G0f −=Δ ( )mol/kcal37.5G0
f −=Δ es más estable que el 1-bromopropano El 2-bromopropano 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
Cl_
[carbocatión secundario]
Cl_
[carbocatión primario]
HCl 3-Cloro-2,2-dimetilbutano
1-Cloro-3,3-dimetilbutano
CH3 C CHCH3
CH3
CH2
12
1
2
CH3 C CHCH3
CH3
CH3
CH3 C CH2
CH3
CH3
CH2
+
+
CH3 C CHCH3
CH3
CH3
Cl
CH3 C CH2
CH3
CH3
CH2Cl
(no se obtiene)
RT-6,7
380
En el carbocatión secundario tiene lugar la transposición de un anión metilo:
[carbocatión secundario]
Cl_
CH3 C CH
Me
CH3
CH3+
transposiciónCH3 C CH
CH3
CH3+ CH3
[carbocatión terciario]
CH3 C CHCH3
CH3
CH3Cl
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.
EtMe
H
Cl
EtMe
H
MeEt
EtMe
Cl
EtMe
Cl
EtMe
H
MeMeEt Et
H
MeEt
Cl
EtMe
[1] (3S,4S)
(Z)
[2] (3R,4S)
[3] (3S,4R)
[4] (3R,4R)
H
MeEt
Et
Me
EtMe
H
Et
Me
+
+
1
2
2
1
1
2
HCl
Cl_
Cl_
1
2
1
2
1
2
4 3
4
4
4
3
3
3
RESPUESTA 7.4 Alcohol terc-butílico
CH3 CCH3
OHCH2H
CH3 CCH3
CH2H
+CH3 C
CH3CH2
CH3 CCH3
CH2 + H3O+ CH3 CCH3
CH3+
+ H2O CH3 CCH3
CH3OH
+ H3O+
2-MetilpropanoAlcohol terc-butílico
RT-6,7
381
1-Metilciclobutanol
CH3
OHCH3H3C
H
++CH3H2C
1-MetilciclobutenoMetilenciclobutano
CH3
H
+
CH3
1-Metilciclobuteno
H3O++
+ H2OH2O
CH3OH
+ H3O+
1-Metilciclobutanol
CH2
Metilenciclobutano
+ H3O+
CH2 H++ H2O
CH3OH
+ H3O+
1-Metilciclobutanol
H2O
1-Feniletanol
C6H5 CH CH3
OHC6H5 CH CH3
+C6H5 CH CH2
Feniletileno(Estireno)
C6H5 CH CH2
Feniletileno
H3O++ C6H5 CH CH3+
H2O+H2O
C6H5 CH CH3
OHH3O++
2-Metil-2-butanol
CH3 C CH2CH3
CH3
OHCH3 C CHCH3
CH3
+H
CH3 C CHCH3
CH3
2-Metil-2-buteno
CH3 C CHCH3
CH3
2-Metil-2-buteno
H3O++ CH3 C CHCH3
CH3
+H
H2O+ CH3 C CHCH3
CH3
2-Metil-2-butanol
H2O
RESPUESTA 7.5 Reacción 1:
CH3
H
H Cl
H
H CH3+ Cl
_ Cl
CH3
1-Cloro-1-metilciclohexano(carbocatión terciario)
RT-6,7
382
Reacción 2:
CH3
H
Et HClCH3
H
Et
H
H
MeH
EtCl
(1R,3S)
(1)
ClH
EtMe
(1S,3S)
(2)
3-Etil-1-metil-1-clorociclohexano
3-Etil-1-metil-1-clorociclohexano
Cl_
1
2
(3S)-3-Etil-1-metilciclohexeno
1
23
4
5 6
1
2
+
2
1
3
4
5 6
2
1
3
4
5 6
Se obtiene una mezcla de dos diastereoisómeros: (1) (1R,3S) y (2) (1S,3S) Reacción 3:
CH3 CH3
H
H
Me
OH
OH
Me
trans 1,4-Dimetilciclohexanol
1
2(4R)-1,4-Dimetilciclohexeno
H
Me
HOHH2SO4
H
Me
H
Me
H
Me
cis 1,4-Dimetilciclohexanol
1
23
4
5 6
1
2
+
2
1
3
4
5 6
2
1
3
4
5 6
H2O
Se obtiene una pareja de diastereoisómeros cis / trans del 1,4-dimetilciclohexanol RESPUESTA 7.6
CH2 CH2 + H3O+ CH3 CH2+
+ H2O
CH2 CH2+CH2 CH3 CH2 CH2CH2CH3
+
dímero
CH2 CH2CH2CH3+
CH2 CH2 CH2 CH2CH2CH2CH2CH3+
. . .
trímero
CH2 CH+
H
CH2 CH3nB:
CH2 CH CH2 CH3n + HB+
Polietieno
RT-6,7
383
RESPUESTA 7.7 (E)-2-Buteno:
HMe
Br
Br
MeH
Br
MeH
MeH
Br
MeH
Br
HMe
Br
HMeH Me
Br
MeH
Br
MeH
[1] (2S,3S)
(E)
[2] (2S,3R)
[3] (2R,3S)
[4] (2R,3R)
Br
MeH
Me
H
HMe
Br
Me
H
+
+
1
2
2
1
1
2
Br2
Br_
1
2
1
2
Br_
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
Enantiómeros: (1) y (4) ; Forma meso: (2) = (3) (Z)-2-Buteno:
MeH
Br
Br
MeH
Br
HMe
MeH
Br
MeH
Br
MeH
Br
HHMe Me
Br
HMe
Br
MeH
[1] (2R,3S)
(Z)
[2] (2R,3R)
[3] (2S,3S)
[4] (2S,3R)
Br
HMe
Me
H
MeH
Br
Me
H
+
+
1
2
2
1
1
2
Br2
Br_
1
2
1
2
Br_
1
2
2 3
2
2
2
3
3
3
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
_
Me H
MeH Br2
Me H
MeH
Br+
H
Me Br
Br Me
H
Me
HBr
BrH
Me
(2) (2S,3R)
Br
(1) (2R,3S)
H
Br Me
Me
H Br
2
3
H
BrMe
Me
HBr
2
3
2 3
2 3
1 2
1
2
El resultado es el mismo que si se parte del otro catión bromonio:
Me HMeH
Br+
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 R
HH
_
R R
HHX+
R
R OH
X H
H
R
RHO
XH
H
A(1)
HO
A(2)
1
2
1 2
_
R R
HH
X+
R
R X
HO H
H
R
RX
OHH
H
A(1)
HO
A(2)
1
2
1 2
(Z)
XOH
Enantiómeros: A(1) y A(2)
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:
R H
RH
_
R H
RHX+
H
R OH
X R
H
R
HHO
XH
R
A(3)
HO
A(3)
1
2
1 2
_
R H
RH
X+
H
R X
HO R
H
R
HX
OHH
R
A(4)
HO
A(4)
1
2
1 2
(E)
XOH
Enantiómeros: A(3) y A(4) Si en los esquemas anteriores R ≡ Me, los resultados son los siguientes:
Me Me
HHMe
Me OH
Cl H
H
Me
MeHO
ClH
H(Z)
ClOH
(2S,3S)-3-Cloro-2-butanol
2 23 3+
(2R,3R)-3-Cloro-2-butanol
H
Me Cl
HO Me
H
Me
HHO
ClH
MeMe H
MeH
(E)
ClOH 22 33+
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanol (2R,3S)-3-Cloro-2-butanol
RT-6,7
386
RESPUESTA 7.10
EtMe
HOBr
Br
MeEt
OH
1
2
+
OH
MeEt
Br
2
1
2-Bromo-2-etil-1-metilciclohexanol
2-Bromo-1-etil-2-metilciclohexanol
(1R,2R)
OH
MeBr
Et
Me
BrEt
OH
Me
OHEt
Br
Br
MeOH
Et
1 2
1
1
1
2
2
2
Br+
Br+
Et Me
Et Me
HO_
HO_
HOBr
Et Me
1
2
4
3
1 2
3 4
(1)
(2)
(1)
(2)
(1S,2S)
(1S,2S)
(1R,2R)
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 CH2CH31)RCO3H
2)H3O+ CH CH2CH3
OH
OH
1-(1-Hidroxipropil)ciclohexanol
RT-6,7
387
EtH RCO3H
EtH
OH3O+
EtH
O
H+
EtH
O
H+ 1
OH
HO
EtH
EtH
OH
+
H2O
(1)(1S)H2O
OH
HOEt
H1EtH
O
+
H
H2O
(2)(1R)
H2O
EtH
O
H
+
RESPUESTA 7.12
(1S,2R)
Me
OHOH
Et
OH
MeEt
OH
1 2
21
Et MeOsO4
Et Me
(1)
(2)
(1R,2S)
O O
OsO O
Et MeO O
OsO O
KOHH2O
KOHH2O
Se obtiene una pareja de enantiómeros del 1-Etil-2-metil-1,2-ciclohexanodiol. RESPUESTA 7.13 Reacción del (Z)-2-Penteno:
Me Et
HH
Me Et
HHO
HO
OH
Et
Me
H
H
(Z)-2-Penteno
Me Et
HHO
RCO3H H3O+
H+
1 2
OH
HO
Me
Et
H
H
H2O
1
2
(1)(2S,3S)
(2)(2R,3R)
2
2
3
3
RT-6,7
388
Reacción del (E)-2-penteno:
OsO4
Me H
KOHH2O
KOHH2O
H Et
(E)-2-Penteno
Me H
H EtO O
OsOO
Me H
H Et
O OOs
O O
HEt
OH
MeH
HO
HO
HMe
OH
HEt
(2) (2R,3R)
(1) (2S,3S)
2 3
2 3
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:
ClCH2 CH CHCl
CH22000C ClCH2 CH CH CH2
++ Cl
_
ClCH2 CH CH CH2Cl 2000C 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
C6H5 OMe13
42
OMe
H
HH
OMe
H
OMe
H
H
OMe
+
+
+
+
**
**
*
**
**
*
*
ÁTOMOS CONJUGADOS
9
7
3
0
1
2
3
4
(1)
(2)
(3)
(4)
RT-6,7
389
Orden de estabilidad relativa: (1) > (2) >> (3) >>> (4) La reacción transcurre a través del carbocatión (1):
C6H5 OMe
1
2
C6H5OMe
C6H5
+
+
H
H
OMe
C6H5OMe
+H
C6H5H
+OMe
(adición 1,2)
(adición 1,2)
(adición 1,4)
(adición 1,4)
H
1
2
+
Adición 1,2: se obtiene 3-Bromo-1-fenil-4-metoxiciclopenteno
C6H5
1
2
C6H5OMe
C6H5
H
OMe
H
Br_
1
2
+ H
OMe
Br
H
H
Br
1
2 3
4
4
32
1
(1)(3R,4R)
(2)(3S,4R)
(trans)
(cis)
C6H5
1
2
C6H5H
C6H5
OMe
H
OMe
Br_
1
2
+ OMe
H
Br
H
H
Br
1
2 3
4
4
32
1
(3)(3R,4S)
(4)(3S,4S)
(cis)
(trans)
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
C6H5OMe
+H
Br_
1
2
12
3
4
(trans)
(cis)
1
2
C6H5 OMe
HBr5
(5)(3R,5R)
12
3
4Br OMe
HC6H5
5
(6)(3S,5R)
C6H5H
+OMe
Br_
1
2
12
3
4
(cis)
(trans)
1
2
C6H5 H
OMeBr5
(7)(3R,5S)
12
3
4Br H
OMeC6H5
5
(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-4-
Metoxiciclopenteno [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-5-
Metoxiciclopenteno [adición 1,4] RESPUESTA 7.16
12
R C CHHCl
R C CH3
Cl
Br
R CH CH2BrCl
R CH CH2ClBr
R CH2 CHClBr
R C CH3
Cl
R CH CH2
Cl
R CH CH2
R CH2 CH
Cl
Cl
+
+
+
+
R C CH2
Cl
R CH CHCl
R C CH2+
R CH CH+
(2)
Br_
Br_
Br_
Br_
HBr
HBr
(1)
Cl_
Cl_
(1')
(1'')
1
1
2
2
12
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.
R C CH3
Cl ::
R C CH3
:Cl :+
+ El producto mayoritario de la reacción será el siguiente:
R C CH3
Cl ::
+Br
_
R C CH3
Cl
Br RESPUESTA 7.17 3,4-Hexanodiol Retrosíntesis:
CH3CH2 CHOH
CHOH
CH2CH3 CH3CH2 CH CH CH2CH3 CH3CH2 C C CH2CH3
CH3CH2X
CH C:_
CH2 CH2 CH CH
CH CH
+
Síntesis:
CH CH
_Na+:NH2
-330 CCH C:
_ CH3CH2BrCH3CH2 C CH
2)CH3CH2Br
1)Na+NH2-
CH3CH2 C C CH2CH3
HBr H2C CH2H2
[Pt]CH CH
H2
[Pt]CH3CH2 CH CH CH2CH3
2)H3O+
1)OsO4CH3CH2 CH
OHCHOH
CH2CH3
3,4-Hexanodiol
CH3CH2 C C CH2CH3
(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:
CH3CH2 C C CH2CH3 C CCH2CH3H
CH3CH2 H
(E)-3-Hexeno
_:
Na+:NH2
-330 C
RT-6,7
392
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO
RESPUESTA 8.1
R CO
OHPCl3
R CO
Cl +3 PO3H33
Cl_
R CO
OH
: P
Cl
Cl
Cl
R CO
OH
PCl2
+R C
OCl + HO P
ClCl
Cl_
R CO
OH
: P
Cl
OH
Cl
R CO
OH
P+
R CO
Cl + HO PCl
OHOH
Cl
Cl_
R CO
OH
: P
OH
OH
Cl
R CO
OH
P+
R CO
Cl + HO POH
OHOH
OH
HO P
OH
OH
: O P
OH
OH
:H HO P
OH
OH
H+
+ PO
OH
OH
:_
PO
OH
OH
:_
O P
OH
OH
H+
H PO
OH
OH
H + PO
OH
OH
H
RESPUESTA 8.2
OH
N+
_
N
H+
+ CH3 CO O CO CH3
O CO
CH3
CH3 CO
O +
[catión acilamonio]
CO
MeO C
Me
ON: N C
OMe +
+Me C
OO
_
OH NC
O
Me
+ [adición]O NC
O
Me
++
_[eliminación]
O NCMe
+ O+ :
H H
RT-8,9,10,11
393
Me CO
O H+
N: Me CO
O
[Acetato de fenilo]
N+
+ H
RESPUESTA 8.3
COCl
+
CO2H
N+
_
N +
C
O
O C
O
H
Cl
N: C
O
Cl
C6H5
N C
O
Cl
C6H5
_
+N C
OC6H5
[catión acilamonio]
+
CO
OH C
O
N
C6H5
+ [adición]CO
O C
O
C6H5
N+
H
_+
CO
O C
O
C6H5
N+
H
_+ [eliminación]
CO
O C
O
C6H5
N+H
+:
CO
O C
O
C6H5
+
H
+
N:
CO
O C
O
+NH
RESPUESTA 8.4
NH2:
+
HN
+ MeOHCH3CH2 CO
O Me
CO
CH2CH3
NH2 C
O
CH2CH3
O Me
:[adición]
NH2 C
O
CH2CH3
O Me
: :_
+
RT-8,9,10,11
394
N C
O
CH2CH3
O Me
: :_
H+
HN C
O
CH2CH3
O Me
:
H
H
+NH C
O
CH2CH3
O
H
Me
H2N[eliminación]
NH CO
CH2CH3
NH3+
+ MeO_
+
H2N H+
O_Me_
NH2
+ MeOH
RESPUESTA 8.5
_ + NH3
_R C
ONH2 + HO R C
OO
_
C
O
RNH2
::
HO_ [adición]
C
O
R
NH2
::
HO
_C O
R
NH2
:HO H___OH C OH
R
NH2
HO + HO_
[base]1 [ácido]2 [ácido]1 [base]2
C
OH
R
NH2HO H___OH C
OH
R
NH3HO+
+ HO_
[base]1 [ácido]2 [ácido]1 [base]2
C
O
R
NH3HO+
HHO_
[eliminación]HO C
O
R + H2O + NH3
ácido
: ::
RT-8,9,10,11
395
R C
O
OH
: :
+ HO_
R C
O
O
: :_
+ H2O
H3O+ (ácido fuerte: HCl)
R C
O
OH
: :
+ H2O
ácido libre
anión del ácido
RESPUESTA 8.6 Hidrólisis de la lactona:
O
OHO_CH2CH2CH2
_CO2H
Ác. γ −hidroxibutírico γ −Butirolactona
H3O+
H2O
O
O+ H3O+
O+ H2O
O H+
O
OH2
O [adición]+
O OH
O___HH
+ OH2:
O O_H
O_H
:
H___OH2+
O O_H
O_H
:
H+
+ H2OH
OO_H
O_H
H+ :
[eliminación]
OO___H
O_H
H
:
+OH2:
OC O
O_H
H
:
:
Ác. γ-hidroxipropiónico
+ H3O+
Hidrólisis de la lactama:
anión del Ácido δ−aminopentanoico
H2N_CH2CH2CH2CH2_CO2
δ−Valerolactama
NO
H
_
H2OHO
_
N
H
[adición]O
OH_
N
H
O
OH_
H___OHNH
OH
OH
H___OH
N_HOH
OH
H
+ + HO_
RT-8,9,10,11
396
N_HO__H
OH
H+
OH_
NH2
C
O___H
O
OH_
NH2
C
O
O[eliminación]
+ H2O
_
anión del Ácido δ−aminopropiónico
RESPUESTA 8.7 1. Hidrólisis en medio ácido:
O
O
O
+ H2OC__OH
C__OH
O
OAnhidrido ftálico
H3O+
O
O
O
:
:
H__OH2+
O
O__H
O:
+
:OH2 [adición]O
O:
O O__H+HH
O
O:
O O___H+
:OH2
O
O:
O O_H
H___OH2+
O
O_H
OO_H
+
+ H2O
H HH
H
C
C+ H3O+O
O_H
O O___H
+
:OH2 [eliminación]H
O
O
O
O
H
H 2. Reacción con metanol en medio ácido:
O
O
O
+ MeOH
C__OMe
C__OH
O
O
H3O+
O
O
O
:
:
H__OH2+
O
O__H
O:
+
[adición]O
O:
H-O O__H
Me
+OMe
H
:
RT-8,9,10,11
397
O
O:
O O___H
Me
+ :OH2
O
O:
HO O_Me
H___OH2+
O
O_H
MeO O_H
+
+ H2O
H
C
C+ H3O+O
O_H
MeO O___H
+
:OH2 [eliminación] O
O
OMe
OH 3. Reacción con metiIamina:
O
O
O
+ 2MeNH2
C__NHMe
C__O
O
O
_ + MeNH3+H3O+
O
O
O
:
:
[adición]O
O:
O +:NMe
H
H
: :_
N__Me
H
H O
O:
MeH_N O_H
O
O:
MeNH O___H :NH2Me[eliminación] C
C_
+ MeNH3+
O
O
NHMe
O RESPUESTA 8.8
R CH2 CO
OEt + :B R CH CO
OEt + H_B_ ::
+
R_CH C___OEt
O
CH2RCO2Et
_R CH
CO2EtCO
CH2 R + EtO_
β−cetoéster Se pueden formar dos aniones enolato:
CH3_CO2Et CH2
_CO2Et (1) (anión enolato del acetato de etilo)EtOEtOH
_ _
RT-8,9,10,11
398
EtOEtOH
_C6H5CH2
_CO2Et C6H5_CH_CO2Et (2) (anión enolato del fenilacetato de etilo)
_
1. Reacción del enolato (1) con acetato de etilo:
CH2EtO2C_
C
O
CH3
OEt[adición]
CH2EtO2C C
O
CH3
OEt
_
[eliminación]CH3 C
OCH2 CO2Et + EtO
_
3-Oxobutanoato de etilo 2. Reacción del enolato (1) con fenilacetato de etilo:
4-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
CH2EtO2C_
C
O
CH2
OEt
C6H5
[adición]CH2EtO2C C
O
CH2
OEt
_
C6H5 C6H5CH2 CO
CH2 CO2Et + EtO_[eliminación]
3. Reacción del enolato (2) con acetato de etilo:
2-Fenil-3-oxobutanoato de etilo
CHEtO2C_
C
O
CH3
OEt[adición]
CHEtO2C C
O
CH3
OEt
_
[eliminación]CH3 C
OCH CO2Et + EtO
_
C6H5 C6H5
C6H5
4. Reacción del enolato (2) con fenilacetato de etilo:
2,4-Difenil-3-oxobutanoato de etilo
CHEtO2C_
C
O
CH2C6H5
OEt[adición]
CHEtO2C C
O
CH2C6H5
OEt
_
C6H5CH2 CO
CH CO2Et + EtO_
C6H5 C6H5
C6H5[eliminación]
RESPUESTA 8.9 Reacción 1:
C6H5_CH2
_CO2Et + H_CO2Et1)EtO
_
2)H3O+
C6H5_CH2
_CO2Et + EtO_
C6H5 CH CO
OEt C6H5 CH C
O
OEt
__
+ EtOH
(1) (2)
(2)
C6H5 CH
CEtO
O_
C
O
HOEt
[adición]C6H5 CH
CEtO
O
C
O
HOEt
_
[eliminación]C6H5 CH
CO2Et
CO
H + EtO_
RT-8,9,10,11
399
Reacción 2:
Na+ NH2_
NH3 (liq.)EtO C
OOEtCH3 CH
CH3
CO2Et A
+ NH3
(A)
CH3 CHCH3
CO2Et + NH2_
CH3 CCH3
CO
OEt_ CH3 CCH3
CO
OEt
_
(A)
EtO C
O
CCH3
H3C
_
C
O
OEtOEt
[adición]EtO C
O
C
CH3
H3C C
O
OEt
OEt
_
[eliminación]CH3 C
CH3
CO2EtCO
OEt + EtO_
Reacción 3:
LDAC6H5 CHCH3
CO2Et BCH3COCl
C6H5 CHMe
CO2Et + LDA C6H5 CMe
CO
OEt_ C6H5 CMe
CO
OEt
_
+ HN(CHMe2)2
(B)
C6H5 CMe
C
O
EtO
_
C O
Cl
Me
[adición]C6H5 C
Me
C
O
EtO
C O
Cl
Me
_ [eliminación]CH3 C
OC
C6H5
Me
CO2Et + Cl_
RESPUESTA 8.10 Reacción 1:
EtO_
+ CO2
(68 %)
MeMe
OH CO2Et
H CH2_CO2Et
Me
Me EtOHA
H3O+
CO2EtH
HCH2
__CO2Et
C__OEtH
H
CH__CO2Et
C___OEtH
HCH__CO2Et
OO
Me Me EtO_
EtOH _
_
RT-8,9,10,11
400
CH
HCH__CO2Et
O HO
CO2H
HO
H3O+Q
β-cetoácido
+ CO2
Reacción 2:
(60 %)
MeOH
CH2CH2 CO2Me
CH CH2CH2 CO2Me
CH
CO2Me
O
O
CO2MeMeO2CMeONa
CO2Me
α
α3
2
4
56
7
234
56 7
CH CH2CH2 CO2Me
CH
CO2Me
CO2Me
CH2CH2 CO2MeCH
CHMeO2C
CO2Me
CO2Me
MeO2C
H
H
MeONaMeOH
CH
HC
C___OMeMeO2C
CO2Me
O
C
O
CH
HC
C___OMe
CO2Me
O
_
MeO2C
_
_
MeO C
O
_MeO
MeO2C CO2Me
O
O Reacción 3:
N (CH2)4__CO2Et
CO2Et
1)EtO_
2)H3O+ N
O
(27 %)
N
H2CC
N
CC
NEtONaEtOH
OEtO CO2Et
O
EtOCO2Et
O
EtO_H
_
RT-8,9,10,11
401
N
CO2Et
N
CO2H
N
H3O+ Q+ CO2
O O O
9. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO RESPUESTA 9.1 Mecanismo SN1:
I
Me
C6H13
HMe
C6H13
H +
1
2
I
MeC6H13
H
I
MeC6H13H
1
2
_*
*
*
(2R)
(2S)
(2R)
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:
I
Me
C6H13
H_
*
Me
C6H13H
* ..... ..... I
Me
C6H13
H* + I
_
(2R)
I I I
(2S)
.....I
Me
C6H13H
*_
I
Me
C6H13H
+ I_
*
(2S)
I
(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
2 3
56
1 4
H
C5(CHH)
Br
1
Br
C1(BrCH)
H
3
_
trans (1S,3S)trans (1R,3R)
(BrCH)C3
SN2
H
Br
Br
H2 3
56
1 4
OH
H
H
OH
(CHH)C5
(1R)
(3R)
HO
RESPUESTA 9.3
SN1 +
+
_
CHCH3
C6H5 +_
CH=CH2
CH3
HO
C6H5
CH=CH2
CH3
HO
C6H52
2
3-Fenil-2-buten-1-ol
2-Fenil-3-buten-2-ol
_
C6H5 C
CH3
CH CH2Cl C6H5 C
CH3
CH CH2C6H5 C
CH3
CH CH2OH
C6H5 C
CH3
CH CH2
OH
C6H5 C
CH3
CH CH2
CH2HO
(2R)
(2S)
HO
HO
RESPUESTA 9.4 Reacción 1: La reacción no es válida; el equilibrio está desplazado hacia la izquierda:
CH3CH2OH + NaOH CH3CH2O Na+_+ H2O Keq = 0,05
pKa 17 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_OH + NH3(liq.) Me3C_O + NH4+
_
pKa 9,24pKa 19
Keq = 1,7 x 10-10
Reacción 4: La reacción es válida; el equilibrio está totalmente desplazado hacia la derecha:
2Me2CH_OH + 2Na+ H
pKa 16,5
Keq = 3 x 1018_
2Me2CH_O Na+ + H2
pKa 35
_
RESPUESTA 9.5
O
Me MeHMe + H3O+
O
Me MeHMe
H+
+ H2O
O
Me Me
HMe
H+
MeMe
MeH
OH+
Me_O_H
Me
Me
Me
H
OH
O
H
Me +
H2O
Me
Me
Me
H
OH
MeO
+ H3O+
RESPUESTA 9.6
O
Me Me
HMe
MeO_
:: O
OMe
Me
MeMe
H::
_MeO___H HO
OMe
Me
MeMe
H
+ MeO_
RESPUESTA 9.7
+:_
+ Cl_
CH3CH2 CHMe
OH
: S
Cl
Cl
O CH3CH2 CHMe
OH
S O
Cl
Cl
+CH3CH2 CH
Me
O
H
S O
Cl
+ N H++
CH3CH2 CH
Me
O
H
S O
Cl
N:
CH3CH2 CH
Me
O S O
Cl
+
Cl_
Cl_
+ SO2CH3CH2 CH
Me
O S O
Cl
CH3CH2 CHCl
CH3
RT-8,9,10,11
404
Reacción global:
++ SO2
N
HCl
_+ SOCl2 +N
+CH3CH2 CHOH
CH3 CH3CH2 CHCl
CH3
RESPUESTA 9.8
+ I_
CH3 CHMe
CH2 NH2MeI CH3 CH
MeCH2 NH Me MeI CH3 CH
MeCH2 N Me
MeMeI CH3 CH
MeCH2 N Me
Me
Me
+ I_
CH3 CHMe
CH2 N MeMe
Me
HO_
HO_+CH3 CH
MeCH2 N Me
Me
Me
+
HO_
β
+ NMe3 + H2OCH3 CMe
H
CH2 N Me
Me
Me
Q CH3 CMe
CH2
RESPUESTA 9.9
N
O
O
Pr
OH_
OH_
N
O
O
Pr
_
_
H___OH
H___OH
N
OH
OH
Pr
HO
HO
+ 2HO_OH
OH
N
OH
OH
Pr
HO
HO
H___OH N
OH
OH
PrHO
HOH
++ HO
_
N
OH
OH
PrO
HOH
+HO
_
NH__Pr
C_OH
OHHO
+ H2O
H O
NH2__Pr
C_O
OHHO
NH__Pr
C_OH
OHHO
_
+
OO
RT-8,9,10,11
405
NH2__Pr
C
OHO
_
+
HO_
CO2
CO2H
_
+ CH3CH2CH2__NH2
H
OO
CO2
CO2H
_
+ HO_ CO2
CO2
_
_ + H2O
RESPUESTA 9.10
Me
NC OMe
H
N C_ Br
H
MeOMe
SN2
Me
MeO Br
H
NC
H
OMeMe
+_
(R)(R)
Br
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
HO_CH2_CH2-Cl
K2CO3H2C
O
CH21)EtMgBr
CH3CH2_CH2CH2OH
2)H3O+HOClCH2 CH2
CH3CH2_CH2CH2
_ClHCl CH3CH2_CH2CH2
_CNH4AlLi
CH3CH2__CH2CH2
_CH2NH2
Pentilamina
CN_
Síntesis del bromuro de etilmagnesio:
CH2 CH2 + HBr CH3_CH2Br
Mg
Et2OCH3
_CH2_Mg_Br
RESPUESTA 9.12
Me
H
O O O
Me Me_
H2O +_
_
enolatoHO
(2S)
La reacción es reversible; el agua reacciona con el anión enolato regenerando la cetona:
Me
H
OO
Me
+ HO_
_
H___OH
(2S)
RT-8,9,10,11
406
H
Me
OO
Me
+ HO_
_
HO___H
(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:
OH
H
H
C6H5CH2
LDAO
HH
C6H5CH2
_+
OH
H
C6H5CH2 _
OHH
C6H5CH2
_O
H
H
C6H5CH2
_
(enolato mayoritario) (enolato minoritario)
+
00C
(A) (B)
OH
C6H5CH2
_
(A)
CH3____I
250CH
C6H5CH2
H
Me
O
+ I_
2-Bencil-6-metilciclohexanona
(76 %)
O_
(B)
CH3____I
250CCH2C6H5
Me
O
+ I_
2-Bencil-2-metilciclohexanona
(6 %)
CH2C6H5
Reacción 2: La reacción está sometida a control termodinámico; el anión terbutóxido (Me3CO¯) extrae preferentemente el hidrógeno del Cα más sustituido:
HC__Me
CH2CH2CH2__Br
Me3C_O_ C__Me
CH2CH2CH2__Br
C__Me
CH2CH2CH2__Br
_
_
enolato termodinámico (más estable)
OO O
RT-8,9,10,11
407
COMe
+ Br_
(90 %)
C
C__Me
_
CH2____Br
O
Reacción 3: La reacción está sometida a control cinético; el LDA extrae preferentemente el hidrógeno del Cα menos sustituido:
_C__Me
CH2CH2CH2__Br
LDAC__CH2
CH2CH2CH2__Br
enolato cinético(menos estable)
-600C
C
CH2CH2CH2__Br
O_
CH2
O O
+ Br_
(80 %)
C
O_
CH2
CH2____Br
Q
O
RESPUESTA 9.14 Reacción 1:
O
O
H
lactona del Ácido4-hidroxibutanoico
LDA
THF ; -780CO
O_
Li+
enolato de la lactona
O
O_
CH2____Br
CH
O
O
CH2_CH CH2
(B)
(90%)
CH2
Reacción 2:
lactona del Ácido5-hidroxipentanoico
_Li+
enolato de la lactona
O
OH
LDA
THF ; -780C
O
O
_
O
O
CH2____Br
C CH
O
OCH2
_C
(D)(C)
CH
RT-8,9,10,11
408
RESPUESTA 9.15
CO_CH2
CO2Et
EtO
EtOH
_
CO_CH
CO2Et
_CH2
__(CH2)2__CH2
_Br
Br
CO__C
CO2Et
Br
_
CO
CO2Et1)HO (dil.)
2)H3O+, QCO
CO2H
CO
_CO2
_
RESPUESTA 9.16 Reacción 1
CH3CH2__CO2H EtOH
H3O+ CH3CH2__CO2Et
EtOEtOH
_
CH3CH2 CO CHCH3
CO2Et
CH3CH2__CO2H
SOCl2CH3CH2
__COCl
_CH3CH2 CO CHCH3
CO2EtNaH ; Et2O
CH3CH2 C C
CH3
CO2Et
O_
CH3CH2 C C
CH3
CO2Et
O
1)HO- (dil.)
2)H3O+CH3CH2 CO C
CH3
CO2Et
_C
Cl
OCH2CH3 CH3CH2 CO C
CH3
CO2Et
CO
CH2CH3
CH3CH2 CO C
CH3
CO2H
CO
CH2CH3Q
CO2_ CH3CH2 CO CH
CH3CO CH2CH3
Reacción 2 Retrosíntesis:
C6H5_CH2
__CO__CH2_C6H5 C6H5
_CH2__CO__CH_C6H5
CO2Et
β-cetoéster
C6H5_CH2
__CO2Et
ββ
α α
β
+ C6H5_CH2
__CO2Et
α Síntesis:
C6H5_CH2
_CO2EtEtO Na+
EtOHC6H5
__CH__CO2Et__
RT-8,9,10,11
409
_ HO (dil.)C6H5 CH
CO2Et
CO
OEt
CH2 C6H5 C6H5 CH
CO2Et
CO CH2 C6H5
_
C6H5 CH
CO2
CO CH2 C6H5
_
H3O+
C6H5 CH
CO2H
CO CH2 C6H5QCO2
_ C6H5 CH2 CO CH2 C6H5
Reacción 3 Retrosíntesis:
β-cetoéster
β αβ
α
C6H5 CO CH
CH3
CO2Et C6H5 CO CH2 CO2Et C6H5__CO2Et + CH3
_CO2Et
β
α Síntesis:
CH3_CO2H EtO Na+
EtOHCH2
__CO2Et__
EtO2C CH2
_CO
OEt
C6H5 EtO2C CH2 CO
C6H51)EtO
2)IMe
_
C6H5 CO CHCH3
CO2EtHO (dil.)
_
C6H5 CO CHCH3
CO2_ H3O+
C6H5 CO CHCH3
CO2H QCO2
_ C6H5 CO CH2 CH3
RESPUESTA 9.17 Síntesis de E:
Me
CO2H
CO2H
H3O+ Me
CO2Et
CO2Et
SOCl2
(A) (B)
CO2H
CH2
CO2H
COCl
CH2
COCl
C2H5OH
Me
CO2Et
CO2Et_
_Me
EtO2C
EtO2C
O
O
(C)
1)HO-(dil.)
2)H3O+
β
β
(D)
Q-2CO2
O
O
Me
(E)
C
Cl
OCH2C O
Cl
Me
HO2C
HO2C
O
O
RT-8,9,10,11
410
El grupo éster del β-cetoéster F puede estar unido a C o C2 4 en E; en ambos casos se obtiene ácido 5-ceto-3-metilhexanoico
Me
O
O
(F)
1)HO (conc.)
2)H3O+ Me
Oβ
Q MeMe
O
CO2Et2 CO2H
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
2-Etoxicarbonil-5-metil- 1,3-ciclohexadiona
CO2H CO2H
(G)
_
CO2_
Me
O
O
(F)
1)HO (conc.)
2)H3O+
Q
Ác. 5-ceto-3-metilhexanoico
4-Etoxicarbonil-5-metil- 1,3-ciclohexadiona
EtO2C4
β
Me
O
CO2H
CO2H
β
MeMe
O
CO2H
(G)
_
CO2_
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN RESPUESTA 10.1
:
:
(Z) + (E)
CH3CH2 CHCH3
CHOH
CH2CH3H3O+
Et CHMe
CH EtOH2+
Et CMe
CH Et
H
+Et C
MeCH Et
H2O_
H2O 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)
Et
H
HEt
H HEt
H HEt
H
+
HEt+
(3R,4R)
34 :
:Et H
EtMe
(E)(1)
Et Et EtMe Me Me
:
: :
H EtH
H EtH
H
+
EtH+
(3S,4R)
34 :
:Et Et
HMe
(Z)(2)
Et Et EtMe Me Me:
: :
Me
Et
H
EtH
Me
(mayoritario)
(minoritario)
H3O+
H2O
H2O H3O+
H2O H3O+
H3O+ _
_
_
_
OH OH2
H2O
OH OH2
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)
Me
H
EtH
OH
H EtH
H EtH
H
+
EtH+
(3S,4S)
34 :
:Me Et
HEt
(E)(3)
Me Me MeEt Et Et:
: :
OH
H HEt
H HEt
H
+
HEt+
(3R,4S)
34 :
:Me H
EtEt
(Z)(4)
Me Me MeEt Et Et:
: :
Et
Me
H
HEt
Et
(mayoritario)
(minoritario)
H2O H3O+
H2O H3O+
_ _
__
H3O+OH2
H2O
H3O+OH2
H2O
Cualquiera de los cuatro estereoisómeros del alcohol da lugar a la misma mezcla de diastereoisómeros de la olefina. RESPUESTA 10.2
CH*3-CH-Br
El radical 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:
R H
Br
H1
Me H2E2
Me RH2H
E21H R
HMe
R H
Br
H2
H1 MeBr
RH
Me1H
2H
(Z)
(2R,3R)
3
Br
RH
H2Me
1H
(2R,3R)
3
(E)
Me
MeH Br
HH2
H1
MeH Br
HMe
(Z)(4R) [minoritario]
43
2
2
34
(E)(4R) [mayoritario]
4
4
B:
B:
RT-8,9,10,11
412
Enantiómero (2R,3S):
H R
Br
H1
Me H2E2
Me HR2H
E21H H
RMe
H R
Br
H2
H1 MeBr
HR
Me1H
2H
(E)
(2R,3S)
3
Br
HR
H2Me
1H
(2R,3S)
3
(Z)
MeH Br
HH2
H1
MeH Br
H
(E)(4R) [mayoritario]
43
2
2
34
(Z)(4R) [minoritario]
4
4
Me
Me
B:
B:
Enantiómero (2S,3S):
H R
Br
H1
Me H2E2
Me HR2H
E21H H
RMe
H R
Br
H2
H1 MeBr
HR
Me1H
2H
(E)
(2R,3S)
3
Br
HR
H2Me
1H
(2R,3S)
3
(Z)
HMe Br
HH2
H1
MeH Br
H
(E)(4S) [mayoritario]
43
2
2
34
(Z)(4S) [minoritario]
4
4
Me
Me
B:
B:
Enantiómero (2S,3R):
R H
Br
H1
Me H2E2
Me RH2H
E21H R
HMe
R H
Br
H2
H1 MeBr
RH
Me1H
2H
(Z)
(2S,3R)
3
Br
RH
H2Me
1H
(2S,3R)
3
(E)
HMe Br
HH2
H1
HMe Br
H
(Z)(4S) [minoritario]
43
2
2
34
(E)(4S) [mayoritario]
4
4 Me
Me
B:
B:
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) :
I
I
HEt
HMe
E2
A (2R,3R)
SN2
Br
Br
H
HMe
Et
I
I
HEt
HMe
H HEtMe
A (2R,3R)
E2
2
2 2
3
3 3
I
I
EtH
MeH
E2
A (2S,3S)
SN2
Br
Br
Et
MeH
H
I
I
EtH
MeH
Me EtHH
A (2S,3S)
E2
2
2 2
3
3 3
(Z) (Z)
B (2S,3S) B (2R,3R)
_Br Br
_
Zn
Zn
Zn
Zn
Apartado 2 La pareja de diastereoisómeros (2S,3S) y (2R,3S) :
Et
OH
MeH
HMe
Et
Me
OH
MeH
2
2
3
3
(2S,3S)
(2R,3S)
SN1Et
HMe
2
3
MeH+
1
1
2
Et
Br
MeH
HMe
23
A(2S,3S)
Et
HMe
Br
MeH
23
B(2R,3S)
SN2
SN2
Et
HMe
NH2
MeH
23
(2R,3S)
Et
NH2
MeH
HMe
23
(2S,3S)
Br_
H
HBr
NH3
NH3
Apartado 3 Los tres estereoisómeros dan lugar a reacciones E2 estereoespecíficas.
E2CH3 CH
BrCHBr
CH3 CH3 CH CBr
CH3
R CH CH RZ Z
(R,R) o (S,S)
E2R
ZR
H
(Z)
R CH CH RZ Z
E2R
ZR
H
(E)(R,S)
RT-8,9,10,11
414
Estereoisómero (2R,3R):
H
BrMe Me Br
H
Br
H Me E2
Br Me
HMe
E2
H MeBrMe
Me Br
H
Br
H Me
(Z)
H
MeBr
MeH
Br
Br
MeH
(Z)
[estereoespecífica]
(2R,3R)
(2R,3R)
2
2
3
3
B:
:B
Estereoisómero (2S,3S):
H
MeBr Br Me
H
Br
Me H E2
Me H
MeBr
E2
Me BrMeH
Br Me
H
Br
Me H
(Z)
H
BrMe
HMe
Br
Br
HMe
(Z)
[estereoespecífica]
(2S,3S)
(2S,3S)
2
2
3
3
B:
:B
Estereoisómero (2R,3S):
H
BrMe Me Br
H
Br
Me H E2
Br H
MeMe
E2
H BrMeMe
Br Me
H
Br
H Me
(E)
H
BrMe
MeH
Br
Br
HMe
(E)
[estereoespecífica]
(2R,3S)
(2R,3S)
2
2
3
3
B:
:B
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:
O H___OH2+
O H+
OH2
7’ Hidrólisis:
O H___OH2+
O H+
OH2:
2 Formación:
O H+
HO__CH2CH2OH
O__H
O__CH2CH2OH
:
:H
+
6’ Hidrólisis:
O H+
HO__CH2CH2OH
O__H
O__CH2CH2OH:
H
+
:
3 Formación:
O__H
O__CH2CH2OH:
H
+
:
H2O:
O__H
O__CH2CH2OH:
H
:
H2O+
5’ Hidrólisis:
O__H
O__CH2CH2OH:
H
+
:
H2O:
O__H
O__CH2CH2OH:
H
:
H2O+
4 Formación:
H___OH2+
O
O__CH2CH2OH:
H
:: +O
O__CH2CH2OH:
H
: H OH2
RT-8,9,10,11
416
4’ Hidrólisis:
H___OH2+
O
O__CH2CH2OH:
H
::+
O
O__CH2CH2OH:
H
: H OH2:
5 Formación:
+OH2
O__CH2CH2OH:
: OH2
O__CH2CH2OH
:
:
+
3’ Hidrólisis:
OH2
O__CH2CH2OH:
+
O__CH2CH2OH:
OH2
+
6 Formación:
+
O CH2
CH2HO
O CH2
CH2O
H+:
2’ Hidrólisis:
+
O CH2
CH2HO
O CH2
CH2O
H+:
7 Formación:
:
O CH2
CH2O
H
+:
H2O
O CH2
CH2O
+
:
H2O H
1’ Hidrólisis:
O CH2
CH2O
+
:
H2O H
O CH2
CH2O+:
H2OH
RT-8,9,10,11
417
RESPUESTA 11.1
O H___OH2+
OH2
O H+
HO__CH2CH2OH
O__H
O__CH2CH2OH:
H
+
:
H2O:
1 2 3
H___OH2+
O
O__CH2CH2OH:
H
:: OH2+OH2
O__CH2CH2OH:
:+
O CH2
CH2HO
OH2 +3 4 5 6
:
O CH2
CH2O
H
+:
H2O
O CH2
CH2O
+
:
H2O H
6 7
acetal RESPUESTA 11.2
1 2 3
O CH2
CH2O:
H2O H2O
O CH2
CH2O
H+:
OH2
O__CH2CH2OH:
+
H
4 5 6
+O
O__CH2CH2OH:
H
: H OH2:
H2O:
O__H
O__CH2CH2OH:
H
:
H2O+
3H__OH2
+O__H
O__CH2CH2OH:
H
+
:
6 O H___OH2+
O H+
OH2:
HO__CH2CH2OH
7
Etilenglicol
Ciclohexanona
RESPUESTA 11.3 Si no se protege el grupo carbonilo de la cetona (pK 19) la reacción con amiduro sódico (pKa a 36) dará lugar a una mezcla de su enolato y del carbanión alquinilo (R-C≡C:−) (pK 26): a
_NH2 + NH3H CH2 CO CH2CH2 C CH CH2 CO CH2CH2 C CH:
_
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:
HOCH2CH2OH
H3O+
_NH2
CH3 CO CH2CH2 C CH
O O
CH3 CH2CH2 C CH
_NH2
O O
CH3 CH2CH2 C C :_
CH3___I
O O
CH3 CH2CH2 C C CH3
H3O+CH3 CO 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
CH2OHO CO
CH3
CH3
+CH2
__O
CH2__O
O C
CH3
CH3
diol protegido
1)t-BuO
2)ICH3
O
OO
CH3
CH3
CH3
H3O+
O
CH2OHHOCH2 RESPUESTA 11.5
N
H
:O
N
H
O
AcO_
_ H___OAc
+N
O H___OAcH :
N
OH2:+
HAcO_
N + H2O + AcOH
RT-8,9,10,11
419
RESPUESTA 11.6
NO :B_
O_
CH3___I
(enamina)(enolato)
I___CH3
O
CH3
N+
CH3
cetona alquilada enamina alquilada
N
H
+ O
Hidrólisis de la enamina alquilada:
N+
CH3
OH2:
N
CH3
O___HH+
OH2:
N
CH3
OH:
+ H3O+ Keq 2
pKa -2
pKa -1,7
N
OH:
CH3H2O__H+
N
OH:
CH3
+N H + OH
+
CH3H
O H OH2::+
O
CH3 CH3
+ H3O+ Keq 2x105
pKa -7pKa -1,7
RESPUESTA 11.7
CMeH O
2
1
NC_
O
NC
MeH
_ H3O+
OH
HO2C
MeH
H3O+1
2
OH
NC
MeH
O
NC
Me H_
OH
NC
Me H
OH
HO2C
MeH
H3O+ H3O+
(2S)
(2R)
Se obtiene un racémico (mezcla equimolecular de los estereoisómeros 2R y 2S)
RT-8,9,10,11
420
RESPUESTA 11.8
_
NH3(liq.) ; -330 C
Na Na+HC CH HC C
CHO + CH__C
O_
Na+
H3O+CH__C
OH
(65 %)
1-Fenil-2-propin-1-ol
NH3(liq.)
-330 C
_Na+HC C CH CH
O +NH3(liq.)
-330 C
O Na+
C
_H3O+
(1-Propinil)-1-ciclohexanol
_Na+C CCH3
C CH3
OH
C C CH3
RESPUESTA 11.9 Síntesis del 2-Butanol:
CH3CH2BrMg
CH3CH2__Mg__Br
CH3__CHO H3O+
2-Butanol
CH3 CH
O
CH2
MgBr
CH3 CH3 CH
OH
CH2 CH3
CH3BrMg
CH3__Mg__Br
CH3CH2__CHO H3O+
CH2 CH
O
CH3
MgBr
CH3
2-Butanol
CH3 CH2 CH CH3
OH
Síntesis del 3-Metil-3-hexanol:
CH3CH2BrMg
Et__Mg__BrH3O+
C
O
CH3
MgBr
3-Metil-3-hexanol
Pr CO
Me
CH2CH3
CH3CH2CH2 C
OH
CH3
CH2CH3
CH3CH2CH2
CH3BrMg
Me__Mg__BrH3O+
C
O
CH2CH3
MgBr
3-Metil-3-hexanol
Pr CO
Et
CH3
CH3CH2CH2 C
OH
CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2
MgPr__Mg__Br
H3O+C
O
CH3
MgBr
3-Metil-3-hexanol
Et CO
Me
CH2CH2CH3
CH3CH2 C
OH
CH3
CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH3CH2CH2Br
RT-8,9,10,11
421
RESPUESTA 11.10
O
O
MgBr
Et
[adición] O
EtO_
MgBr+ [eliminación]
O
O
Et
MgBrEt O
O
MgBr
Et O
O
MgBr + Et__MgBr Et O
O__MgBr
MgBrEt
H3O+
Et OH
OH
Et
5-Etil-1,5-heptanodiol RESPUESTA 11.11 Trifenilmetanol Retrosíntesis:
+ EtOHC6H5 C
C6H5
C6H5
OH C6H5 CO
C6H5 C6H5 CO
OEt C6H5 CO
OH
C6H5__Br C6H6 + Br2C6H5 C
OOH C6H5 MgBr
Síntesis:
C6H5__MgBrC6H5
__BrC6H6Br2[Fe]
Mg 1)C6H5CO2Et
2)H3O+
C6H5__CO2H
CO2 EtOH, H3O+
2)H3O+
Trifenilmetanol
C6H5 CO
C6H5 C6H5 C
OH
C6H5
C6H5
1)C6H5MgBr
1-Butanol Retrosíntesis:
CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2MgBr +O
Mg + CH3CH2Br + BrH
peroxiácidoCH2 CH2 R C
OO OH+
CH2 CH2 Síntesis:
Operoxiácido
CH2 CH2 R CO
O OH+
RT-8,9,10,11
422
HBr CH3__CH2Br
Mg
O
CH3CH2__CH2CH2
__OMgH3O+
CH3CH2__CH2CH2
__OH
1-Butanol
CH2 CH2
2,3-Dimetil-2-butanol Retrosíntesis:
+
+ H2O
CH3 COH
CH3
CHCH3
CH3 CH3 CO
CH3 CH3 CHCH3
MgBr
CH3 CHCH3
Br CH3 CH CH2
CH3 C CH
CH3 C CH Síntesis:
H2
[Pd]HBr Mg
CH3 C CH CH3 CH CH2 CH3 CHCH3
Br CH3 CHCH3
MgBr
H2O
[Hg2+] enol
1)Me2CHMgBr
2)H3O+
2,3-Dimetil-2-butanol
CH3 C CH CH3 C CH2
O H
CH3 CO
CH3 CH3 COH
CH3
CHCH3
CH3
RESPUESTA 11.12 Síntesis 1:
+H2SO4
H3O+EtMgBr
HC C CH
CH2OH
CH2OH CH3 CO
CH3 HC CO
O
H
CH3
CH3
1)CH3CHO
2)Cl NH4+
H3O+
C CO
O CH3
CH3
BrMg _ C CO
O CH3
CH3
CH3 CHOH
+C CCH3 CHOH
CH2 CH2OH CH3 CO
CH3 Síntesis 2:
COCH3
Br+ HOCH2
__CH2OH TsOHQ Br
OOMe
LiHTF
Li
OOMe
1)CH3CHO
2)H3O+
RT-8,9,10,11
423
CH__CH3
OOMe
OH
H3O+
CH__CH3
CO__Me
OH
OTsOH CH__CH3
CO__Me
O
O
2)H3O+CH__CH3
Me__C__C
OTHP
OH
H3O+
+O
C Me
MeC C MgBr1)
CH__CH3
Me__C__C
OH
OH
C Me
RESPUESTA 11.13
*
1)MeMgI
2)H3O+ *CH3 CH CHO
C6H5
*CH3 CH CH
C6H5 OH
CH3
CHO
C6H5
H
Me
H
C6H5 CHO
Me
(2S)(2S) Regla de Cram Conformación más favorecida en relación con el grupo carbonilo:
HC6H5
HMe
O
(2S)
H
C6H5(H)
MeO
el carbonilo está situado entre los grupos pequeño (H) y mediano (Me)
H
C6H5(H)
MeO
12
OMgX
MeHC6H5
Me H
OMgX
HMeC6H5
Me H
IMgMe
1
2
H3O+
H3O+
OH
MeHC6H5
Me H
OH
HMeC6H5
Me H
(I) (mayoritario)
(II) (minoritario)
RT-8,9,10,11
424
C6H5
HMe OH
MeH
(I)C6H5
HMe
Me
OHH
23
Me
H OH
C6H5
Me H(2S,3S) (mayoritario)
2
3
C6H5
HMe OH
HMe
(II)C6H5
HMe
H
OHMe
23
H
Me OH
C6H5
Me H(2R,3S) (minoritario)
2
3
Estereoisómero mayoritario: (2S,3S)-3-Fenil-2-butanol (I)
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO RESPUESTA 12.1
3
Et
Me
HO
HCHO
H
Me
HO
H
H
CHO
Et
Et
Me
O
HCHO
H
Me
O
H
H
CHO
Et
_
_
EtO
H
MeH
CHO_
EtO
H
carbanión del propanal
(2R,3S)
(2S,3R)3
2
2
H2O
H2O
Et
Me
HO
CHOH
H
Me
HO
CHO
H
H
Et
Et
Me
O
CHOH
H
Me
O
CHO
H
H
Et
_
_
EtO
H
MeCHO
H_
EtO
H
carbanión del propanal
(2S,3S)
(2R,3R)
23
2
3
H2O
H2O
RT-8,9,10,11
425
RESPUESTA 12.2 Reacción 1:
CH3EtO2C
Me
O HO_
CH2EtO2C
Me
O
EtO2C
OMe
O
_H____OH_
EtO2C
OHMe
O
HO_
OHMe
O
_ H3O+
Me
O
Q
Me
O(60 %)
CO2_
CO
O CO
HO
Reacción 2:
HO_ _
C CH2
O
C CH3
O
O
O
_H___OH
OO
Q
O
O O + H2O
(72 %)
H
Reacción 3:
O
O
CO32
O
O
_
O
O
_ H____OH
__HO
_H
O_H
O
Q
O
(96 %)
H2O_
Reacción 4:
CO2Et
OMe O
CO2Et
OH2C O
EtO_
_ O
CO2Et
O _ H____OC2H5
RT-12,13
426
O
CO2Et
O_H
_
O
CO2Et
(66 %)
H2O_QEtO_
RESPUESTA 12.3 Reacción retroaldólica:
MeO
CH
O
CHMe
C
O
CMe3
_
C
MeO
H
O
+ CHMe C
O
CMe3
_
anión enolato El anión enolato de la cetona reacciona con el benzaldehido:
C
O
HCH
Me
C
O
CMe3
_CH
O
CHMe
C CMe3
O_
RESPUESTA 12.4 Reacción entre dos cetonas distintas:
R CO CH2 C
OH
CH3
R y R' CO CH2 C
OH
CH3
R'
Reacción entre dos aldehidos diferentes:
R CH CH y
CHO
OHCH2 R R' CH CH
CHO
OHCH2 R'
Reacción entre un aldehido y una cetona:
R CH CH y
CHO
OHCH2 R R' CO CH2 C
OH
CH3
R'
RESPUESTA 12.5 Reacción 1:
2-Hidroximetil-3-metilbutanal
(52 %)
CH3 CH
CH3
CH CHO
CH2OH
RT-12,13
427
Reacción 2:
OCH
OH
CH2 CO CH3H3O+
OCH CH CO CH3
4-(2-Furanil)-3-buten-2-ona Reacción 3:
1,5-Difenil-1,4-pentadien-3-ona
CHOH
CH2 CO CH2 CHOH
H3O+
CH CH CO CH CH
RESPUESTA 12.6 Reacción 1:
O MeMe
OO
Me
_O
Me
O
Me
OMe
_
__
_ _
_
H3O+Me
OH2
Me
OH2Me
H2O H
HH
HO
+
+
+
MeMe
Me
3H2O
Reacción 2:
O
O
OHO
_H2O
OH2
H2O
__
_
O
O
O
H3O+_
_
_
3H2O
+
+
+ Reacción 3:
OCH3
O
O
CH3O
_
_NaOH
QO
OO
CH3
O
CH3
O
O
CH3
CH3
__
H3O+
O
OOH2
CH3
OH2
CH3
2H2O+
+
Reacción 4:
O
C6H5C6H5 _ _
OO
C6H5C6H5NaOH
O
C6H5C6H5
O
C6H5
O
C6H5
__
H3O+
O
C6H5C6H5
OH2
C6H5C6H5
2H2O
O
C6H5C6H5
C6H5C6H5H2O++
RT-12,13
428
Reacción 5:
O
H3C H
_
OO
H3CCO2Et
EtO_
O
H3C H
OO
H3CCO2Et
EtO_
O
H3C H
OHO
H2CCO2Et
_
_
H2O
O
H3C H
OHO
H2CCO2Et
_
O
H3C H
OH2OH2
H2CCO2Et
H3O+ 2H2O CO2Et
CH3
O
EtO_
HH
+ +
CO2Et
CH3
OHCO2Et
CH3
O_H
_
¡anión enolato de un fenol!
H2OCO2Et
CH3
OH
H
RESPUESTA 12.7
CH3 CO
O H CH2 CO
O CO
CH3_
CH3CO2H CH2 CO
O CO
CH3+_
anión enolato del anhidrido
CH2CO
OCO
CH3
_ C
O
HCH2C
OOC
OCH3 CH
O
HO
_CH3CO2H
HO
CH3CO2_
+ CH2CO
OCO
CH3 CHOH
HO
CH3CO2HCH2C
OOC
OCH3 CH
OH2
HO
+
CHCO
OCO
CH3 CH
OH2
HO
+
HCH3 CO
O_
H2O_CHC
OOC
OCH3 CH
HO
Hidrólisis del anhidrido de ácido:
Ác. o-hidroxicinámico
CHCO
OCO
CH3 CH
HO
H3O+
CH3CO2H + CHCO
CH
HO
HO
RT-12,13
429
C O
OHO__H
[esterificación]
H3O+
O O
Ác. o-hidroxiinámicoCumarina
RESPUESTA 12.8 Reacción 1:
CH3__CH2
__NO2 + CH3O_
CH3__CH__NO2 + CH3OH
_
CH3__CH
_
NO2
O O
NO2
H3C
_H___OCH3 OH
NO2
H3C
enol
NO2
H3C
O
Reacción 2:
MeO2C
CHMeO2C
_CH
CH3
CH CH CH C
O
OMe
MeO2C
CHMeO2C
CHCH3
CH CH CH C
O
OMe* *
_*
MeO2C
CHMeO2C
CHCH3
CH CH CH C
O
OMe_
MeO___H*
**
MeO2C
CHMeO2C
CHCH3
CH CH CH2 C
O
OMe
Reacción 3:
OMe
O _
CH3CH2 CH
CH2
O
OMe
O_
EtOHO
Me
HOenol
OMe OMe
OMe
O
EtO_
OMe
O
_
O
MeO_
EtOH
OMe OMe OMe
430
O
MeHO
H2O_
O
Me EtO_
O
Me_
Me MeMe
Me_
Me
O
H2CEtOH
Me
Me
HO
Me
O
Me
_
enolOOO
OMeOMe OMe
Me
Me
O
Me
OO
_
EtO_
O C
Me
O
H2C_
EtOH
O
OMe OMeOMe
Me
OOH
EtOH H2O_Me
O
OMe OMe
RESPUESTA 12.9 Reacción 1:
OO_
O
OO
O_
OO
OH
enol
OO
O
HNa
enol
OO
O
_OO
O_
OO
OH
OO
O
RT-12,13
431
Reacción 2:
OCO2Me
O
Me_
OCO2Me
O_
Me OCO2Me
Me
O
Reacción 3:
MeO
O___H OH_
MeO
O_
+ H2O Keq 5x105
pKa 10
pKa 15,7
Me
O
O_ O
OMe
_
H___OH
O
MeO
H
H + HO_
Reacción 4:
O O
CO2Et
+ O__C__O
O__
O O
CO2Et
_+ OH__C__O
O_
Keq 0,2
pKa 11
pKa 10,3
O O
CO2Et
_+O O
CO2Et
_O
CO2Et
O
H
CO32_
O CO
O H_
Reacción 5:
CH2
O
Me
O COMe
O
LDA
COMe
O
_
O
COMe
_
Reacción 6:
OC
Me2HC
:
_O
C
Me2HC
:
_*
* OC
Me2HC
:**
*
:
_*
N N N
RT-12,13
432
t-BuOH
OC
Me2HC
:NH
Reacción 7:
CO2EtMeO
O
_CO2EtMe
O
O
_
HCl
CO2EtMeHO
O
enol
CO2EtMe
OO
[hidrólisis]
H3O+
CO2HMe
OO
QCO2
Me
OO
Reacción 8:
O_
CO2Me
OCO2Me
A(C10H14O3)
EtO_ O
CO2Me_
O
CO2Me
_
H3O+ HO
CO2Meenol
CO2Me
O O
CO2Me
Reacción 9:
C6H5
OH HK
C6H5
O_
C
C6H5
O_ _
C6H5
O
C6H5
O_
HK
C6H5
OHenol
C6H5
O
RT-12,13
433
RESPUESTA 12.10 Reacción 1:
MeMe
O
CHO
_ Me
OHO
_
C
O
_
OHCMe C Me
O
Me
O
MeHO
H2
OH
Reacción 2:
Me
O
_HC C C
O
Me
Me
O
CH C C
O
Me
_Me
O
CH C C
OH
Me
enol
Me
Me
O CCH2
Me
O_O
Me
OOH
Me
O
LDA
O Reacción 3:
CO2Et
O
_CH C
O
MeCH2
CO2Et
O
CH2 CH C
O
Me
_
Et3NH+
CO2Et
O
CH2 CH C
OH
Me
enol
Et3NH
C
CO2Et
OMe
C
CO2Et
OCH2
_
CO2Et
OHO
CO2Et
OO O
RESPUESTA 12.11 Obtención de la β-ionona:
MeMe
CH
Me
Citral
CH2__CO__CH3
_
MeMe
CH__CH2__COCH3
Me
EtOH
MeMe
CH__CH2__COCH3
Me
H2O_
O O_
OH
RT-12,13
434
MeMe
Me
H3O+
(A)
CH CH COCH3Me
Me
Me
CH CH COCH3H
+
MeMe
H
transposición
Me+
Me
O
H2OMe Me
Me
Me
O
β-Ionona Reacción de Darzens:
Me Me
Me
Me
O
CH__CO2Et
Cl
_
Me Me
Me
CH__CO2Et
O_
Me
Cl
Me Me
Me
CH__CO2Et
OMe
EtO_
Me Me
Me
CH
OMe_
CO
O CO2_
Me
Me
CH___O
Me_
HMe
***
EtO_
Me
Me
CHO
MeHMe
_ Me
Me
CHO
MeH
MeH
(B) Síntesis de D:
HC C_
C
O
CH3
CH CH2 HC C C
O
CH3
CH CH2
_
H3O+HC C C
OH
CH3
CH CH2H3O+
HC C C
OH2
CH3
CH CH2
+
H2O_HC C C
CH3
CH CH2+**
(C)
*HC C C
CH3
CH CH2+ H2O
HC C C
CH3
CH CH2
OH2+
H2O
H3O+_ HC C C
CH3
CH CH2OH2C6H5MgBr
RT-12,13
435
C C C
CH3
CH CH2OBrMg MgBr
(D) Reacción entre B y D:
C C C
CH3
CH CH2OBrMg MgBr
(D)
Me
Me
CHO
MeMe
(B)
+
Me
Me
CH
MeMe
OMgBr
C C C
CH3
CH CH2O MgBr
Me
Me
CH
MeMe
OH
C C C
CH3
CH CH2OHH3O+
Me
Me
CH
MeMe
OH
HC
HC C
CH3
CH CH2OHH2
[Pd]
(CH3CO)2OMe
Me
CH
MeMe
OH
HC
HC C
CH3
CH CH2O CO
CH3
Me
Me
CH
MeMe
OH2
HC
HC C
CH3
CH CH2O CO
CH3H3O+ H2O_
+
Me
Me
MeMe
Me
+
CH2O CO
CH3
trasposición
Me
Me
MeMe
Me
+
CH2O CO
CH3
RT-12,13
43 6
MeMe
Me
Me MeCH2O C
OCH3
H2O
OH2
H
+
Me Me
Me
Me Me
acetato de vitamina A
H2OCH2O C
OCH3
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA Y SALES DE DIAZONIO RESPUESTA 13.1
EH
E+
E4' 4'
*+
*
*
**
* *a
-a 2a
-2a3a
-3a * -3a
-a
38a =1/
(δEπ)4' = −2β(3a +3a) = −12aβ = −1,95βH+_
4'
*+
b
2b
-2b
-b
14b =1/
(δEπ)4 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −1,60β
H E
*
*
*
*
*
* *
-b
-b
-bb
E44
E+ H+_
4
E+
*+
-c
2c
-2c
47c =1/
(δEπ)5 = −2β(2c + 4c) = −12cβ = −1,75β*
*
*
*
*
* * 5H EE
5
4c
-4c -2cH+_
5
Disminución de la energía de enlace π: (δEπ)4' > (δEπ)4(δEπ)5 >
Reactividades relativas: C4 > C5 > C4'
RT-12,13
437
RESPUESTA 13.2
_CH3 C
CH3
CH3
CH2 Clδ+
AlCl3δ−
CH3 CCH3
CH3
CH2 Clδ+ δ−
.... .... AlCl3δ−
CH3 CCH3
CH3
CH2+
Cl AlCl3
CH3
[carbocatión más estable]CH3 CCH3
CH2+ transposición
CH3 CCH3
CH2+
CH3
CHCH3
CH3
CH2CH3+ HMe Me
Me+
Cl AlCl3_ CCH3
CH3CH2CH3
+ HCl + AlCl3
RESPUESTA 13.3 Reacción 1:
MeMe
Me Me
H O_SO3H
Me
Me
+
H
HSO3_O:
_
+ HSO3_OH
Me Me+
Reacción 2:
H O_SO3H
HHH+
+ O_SO3H:_
+ HSO3_OH
H H
H
HSO3_O:
_
RESPUESTA 13.4
O
O
O
: AlCl3 O
O
O
+ _+
_AlCl3 C
OCH2CH2 C
OO AlCl3
+
O
+ AlCl3H
OO
O
AlCl3
OO
O
AlCl3
+
CO2H
_ _
RT-12,13
438
O CO2H
Zn-Hg / HCl
Q
SOCl2
CO2HH
HC_ClO
C=O
Cl3AlO
+
OH+
O
+ HCl + AlCl3
_Cl Cl3Al Cl
RESPUESTA 13.5 Reacción 1:
Me
Me
Me
Me+
*
*
*SO3H
Me
MeSO3H
(84,3 %)H2SO4 + H2O
98,4 %
[dos Me en posiciones activas]
_
[dos Me en posiciones activas]
H2SO4 + H2O
98,4 %SO3Me
+ *
**
HMe Me
SO3H
Me(14,5 %) [impedimento estéreo]
Me
Me
_
*
Me
MeH
+ *
*SO3
Me
SO3HMe
(1,2 %)H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
[ningún Me en posicion activa]
_
Reacción 2:
Me
Me
Me H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
Me
H SO3
+*
*
*
MeMe
MeSO3H
[dos Me en posiciones activas]
(75 %)
_
RT-12,13
439
Me
Me
Me H2SO4 + H2O
98,4 %
Me
Me
MeMe
Me
[un Me en posicion activa]
(25 %)
SO3
H+*
*
* HO3S Me_
Me
Me
Me H2SO4 + H2O
98,4 %
[dos Me en posiciones activas]
MeMe
Me
SO3
H+*
* *
MeMe SO3H
[impedimento estéreo]
Me
(0,0 %)
_
RESPUESTA 13.6
[ σ esencial ]
[sustituyente C6H5] [núcleo al que se une el electrófilo]
[ σ esencial ]
+
+
+
HBr
BrH
H
Br
* *
*
*
*
*
*
*
*
**
**
*
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
[5 carbonos en el sistema conjugado]
[11 carbonos en el sistema conjugado]
Br+
[mayoritario]
[mayoritario]
[minoritario]
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:
+ BrH
*
*
* +Br
H*
*
*+
BrH
*
*
*+
BrH
*
*
*
[5 carbonos en el sistema conjugado]
X
[estructura electrónica no válida] (dos electrones desapareados)
[σ esencial] [σ esencial] [σ esencial] [no se puede dibujar como doble]
RT-12,13
440
El caso de la nitración es idéntico al anterior:
+
+
HNO2
H
NO2
* *
*
**
*
**
**
*
*
[11 carbonos en el sistema conjugado]
[5 carbonos en el sistema conjugado]
[11 carbonos en el sistema conjugado]
NO2+
[mayoritario]
[mayoritario]
[minoritario]
+ NO2
H*
*
*
[σ esencial]
RESPUESTA 13.7
E+ *+
a
11a =1/
(δEπ)2 = −2β(a + 2a) = −6aβ = −1,81βBr
H*
* * *
*
*
*
a a
-a -a
-a
-a
2a Br2 2 2H+_
E+
*+
b
2b
8b =1/
(δEπ)3 = −2β(b + 2b) = −6bβ = −2,12β***
*
-bb
Br
H3 3
Br3
-b
[ σ esencial ]
H+_
c
4
E+
*
2c
-2c
-c
14c =1/
(δEπ)4 = −2β(c + 2c) = −6cβ = −1,60β*
*
*
*
*
* *
-c
-c
c -c
H Br+
Br4 4
H+_
RT-12,13
441
5
E+
*
-d
-2d
-2d
d
47d = 1/
(δEπ)5 = -2β(2d + 4d) = −12dβ = −1,75β*
*
*
*
*
* *
d4d
-4d+ 2d
Br5 5BrH
H+_
6
E+
*
e
-e
8e =1/
(δEπ)6 = −2β(e + 2e) = −6eβ = −2,12β***
*
-ee
2e
[ σ esencial ]
Br
HBr6
+ 6
H+_
7 E+
*
2f
-2f
35f =1/
(δEπ)7 = −2β(2f + 4f) = −12fβ = −2,03β
*
*
*
*
* *
-4f
2f
+H
Br
-2f
-f* -f
f
Br7 7H+_
E+
*
g
-g
11g =1/
(δEπ)8 = −2β(g + 2g) = −6gβ = −1,81β***
*
-g-2g
2g
[ σ esencial ]Br H+
Br8 8 8
H+_
*
E+
*
-2h
-h
38h =1/
***
*
h
2h
+
Br
H Br2' 2' 2'
*-3h 3h
*
3h
-h(δEπ)2' = −2β(3h + 3h) = −12hβ = −1,95β
H+_
[ σ esencial ]
E+
3i =1/
*
+
3'
(δEπ)3' = −2β(i + i) = −4iβ = −2,31β
Br
H3' Br3'
* *
i
-i i
H+_
RT-12,13
442
E+
38j =1/
+
(δEπ)4' = −2β(3j + 3j) = −12jβ = −1,95β
4'
*
BrH Br
*
*
*
**
*
*
-3j
3j
-3j
j -2j-j
2j-j
4' 4'
H+_
[ σ esencial ]
E+
3k =1/
*+
(δEπ)5' = −2β(k + k) = −4kβ = −2,31β
5'
* *-kk
Br
HBr
-k
5' 5'
H+_
E+
38l =1/
*+
(δEπ)6' = −2β(3l + 3l) = −12lβ = −1.95β
6'
*H
BrBr6'
6'*
***
* *
l -l
2l
-2l
3l-3l
3l
-l
H+_
[C más reactivo]
Cx
4 1,60
5 1,75
2 1,81
8 1,81
2' 1,95
4' 1,95
6' 1,95
7 2,03
3 2,12
6 2,12
3' 2,31
5' 2,31
(δEπ) x (-β)
[C menos reactivo]
[mínima inestabilidad]
[máxima inestabilidad]
2
3
45
6
7
8
2'
3'4'
5'
6'
[FPV]4 = 18 400
RT-12,13
443
RESPUESTA 13.8 El sustituyente (Me o NO ) lo designamos por Z: 2
H
NO2+*
*
* * *b
-b
-b
2b
b
a = 1/ 11 Q(2) = 0,0;
(δEπ)4 = −6aβ = −1,81β
NO2HZ
+ *
**
* *a
-a
-a
2a
-2a
a = 1/ 11 Q(2) = 4a2 = + 0,36;
(δEπ)1 = −6aβ = −1,81β
34
*
+
*
* * * -2a-a
a
-a 2a
b = 1/ 8 Q(2) = b2 = + 0,12;
H NO2
Z Z
(δEπ)3 = −6bβ = −2,12β
5
**
* * a-a-2a
2a -a
H NO2
+
Z
a = 1/ 11 Q(2) = 0,0;
(δEπ)5 = −6aβ = −1,81β
1
*
6
(δEπ)6 = −6bβ = −2,12β
b = 1/ 8 Q(2) = b2 = + 0,12;
+*
*
* * *b
-b
-b
2b
b
O2N
HZ 7
8
(δEπ)8 = −6aβ = −1,81β
a = 1/ 11 Q(2) = a2 = + 0,09;
(δEπ)7 = −6bβ = −2,12β
*+*
* * * b
-bb
-b2b
b = 1/ 8 Q(2) = 0,0;
H
NO2
Z *
*
* *a
-a
-2a
2a +
NO2 H
* a
Z
Q(1) posición δEπ x (-β) C 1.81 +0.36 1
C8 1.81 +0.09 Z1
345
6
78C 1.81 0.00 4
1.81 0.00 C5
2.12 +0.12 C3
2.12 +0.12 C6
2.12 0.00 C7
2-Metilnaftaleno (Z = CH ) 3 El sustituyente (Me) estabiliza el catión arenonio: ⎯ situación más favorable: (δEπ) = -1,81β ; Q = +0,36 (sustitución en C ; producto mayoritario) 1 ⎯ situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = 0,0 (sustitución en C ; producto minoritario) 7 Estos son los factores parciales de velocidad en la nitración del 2-Metilnaftaleno: (FPV): C (347000) > C (3360) > C1 8 4 (3190) > C6 (2920) > C (1515) > C (240) 5 7 La nitración del 2-Metilnaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2-Metil-1-nitronaftaleno y 2-Metil-8-nitronaftaleno:
MeNO2
MeNO2
Me1 2 8HNO3
H2SO4+
2
RT-12,13
444
2-Nitronaftaleno (Z = NO ) 2 El sustituyente (NO ) desestabiliza2 el catión arenonio: ⎯ Situación más favorable: (δEπ) = -1,81β ; Q = 0,0 (sustitución en C o C ; productos mayoritarios) 4 5 ⎯ Situación más desfavorable: (δEπ) = -2,12β ; Q = +0,12 (sustitución en C o C ; productos minoritarios) 3 6 La nitración del 2-Nitronaftaleno da lugar a una mezcla mayoritaria de 2,5- y 2,8-Dinitronaftaleno:
NO2 NO2
NO2Me2 8
HNO3
H2SO4+
2
NO2
5
RESPUESTA 13.9 Apartado 1:
EHMe
Me H
EMe
Me
+
+
1
6
*
**
* *
* *
***Q = + 0,36
Q = 0,00
Q = + 0,12
Q = 0,00
(δEπ)1 = −1,81β (δEπ)6 = −2,12β posición (δEπ) x (-β) Qx(Z) Q2(Me) = +0,36 C1 1,81 Q6(Me) = 0,00 Q2(Me) = +0,12 C6 2,12 Q6(Me) = 0,00 Orden de reactividad que se predice: C > C1 6 (FPV): C1 (1x106) > C (6970) 6 Apartado 2:
E
H+ **
* * *E
H
(δEπ)2 = −2,12β
+**
* * *
(δEπ)3 = −2,12β
8
*
*
* *+E H
*
(δEπ)8 = −1,81β
Me
NO2
Me
NO2
Me
NO2
2
Q = + 0,50
Q = 0,00 Q = + 0,09
Q = 0,00
Q = + 0,50
Q = 0,00
3
RT-12,13
445
posición (δEπ) x (-β) Qx(Z) Q1(Me) = +0,50 C 2,12 2 Q4(NO2) = 0,00 Q1(Me) = 0,00 C 1,81 8 Q4(NO2) = +0,09 Q1(Me) = 0,00 C 2,12 3 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: C > C > C2 8 3
Me
NO2
2
3
[ C más reactivo ]
[ C menos reactivo ]
8
RESPUESTA 13.10 Secuencia 1:
(MeCO)2OCu
NH2 NHCOMe NHCOMe
NO2
NH2
NO2
N2+Cl
NO2
NO2
NO2
HNO3
H2SO4
:B NaNO2
HClNaNO2
_
Secuencia 2:
CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H
NaNO2
HClNO2 NH2 N2
+Cl CN CO2H
HNO3
H2SO4
H2
Pd / CCuCN H3O+
_
Secuencia 3:
NH2 NH2 N2+Cl Cl
BrBr
NO2
BrBr
NO2
BrBr
NO2NO2
Br2H2O
NaNO2
HClCuCl
_
Cl ClBrBr
NH2
BrBrCl
BrBr
N2+Cl
SnHCl
NaNO2
HCl
H3PO2
_
RT-12,13
446
Secuencia 4:
Cl
NH2
Cl
N2+Cl
Cl
CN
Cl
CH2NH2
NaNO2
HClCuCN H2
Pd / C_
Secuencia 5:
CMe3 CMe3
NO2
CMe3
NH2
CMe3
N2+Cl
CMe3
CN
CMe3
CO2H
HNO3
H2SO4
H2
Pd / C
NaNO2
HClCuCN H3O+
_
Secuencia 6:
Et Et
NO2
Et
NH2
Et
N2+SO4H
Et
OH
CH3CH2Cl
AlCl3
HNO3
H2SO4
SnHCl
NaNO2
H2SO4
H2O
_
Secuencia 7:
NO2 NO2 NO2 NO2
SnHCl
NO2 NH2 N2+Cl
HNO3
H2SO4
HNO3
H2SO4
NaNO2
HCl _
NO2 NH2
Cl
N2+Cl
ClCl
Br
Cl
CuCl SnHCl
NaNO2
HClCuBr
_
Secuencia 8:
H2
Pd / C
NO2 NH2 N2+SO4H OH
H2ONaNO2
H2SO4
HNO3
H2SO4
_
OH
H2
Pd / C
OH OH OH
HNO3 NaNO2
HClCuI
IN2+ClNH2NO2
_
RT-12,13
447
RESPUESTA 13.11
N2ClO2N_+
+
cloruro de p-Nitrobencenodiazonio
OH
[C más reactivo]
O2N N N
HO
Síntesis del cloruro de p-nitrobencenodiazonio:
+ _NH2
(MeCO)2O
NH_COMe
Acetanilida
HNO3
NH_COMe
NO2
:B
NH2
NO2
NaNO2
HCl, H2O
N2Cl
NO2 RESPUESTA 13.12
NaNO2 (2eq.)
HCl, H2O+
H2N
Me Me
NH2
Me Me
N2ClCl N2
_ _+
(A)
N
Me Me
N
SO3H
HO3S
H2N
HO
HO3S
SO3H
NH2
OH
NN++
N
Me Me
N
SO3H
HO3S
H2N
HO
HO3S
SO3H
NH2
OHNN
[colorante azul]
(B)
RT-12,13
448
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS ADICIONALES
1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS RESPUESTA 1.1
CH3CH2__CH__CH2CH2CH3
CH3
3-Metilhexano(1)
H
MePr
Et
H
Me Pr
Et
(1)
3
H
MePrEt
H
Pr MeEt
(3S)
CH3CH2__CH__CH2CH2CH2CH3
CH3
3-Metilheptano
(2)
Et
BuMe
H
Et
Bu Me
H
(2)
3
Et
BuMeH
Et
Me BuH
(3S)
CH3CH2CH2__C__CH2CH2CH2CH3
CH2CH3
4-Etil-4-metiloctano
(3)
CH3
Me
PrEt
Bu
Me
Pr Et
Bu
(3)
4
Me
PrEtBu
Me
Et PrBu
(4S)
RA-1,2,3,4
449
CH3CH2CH2__CH__CH2CH2CH2CH3
CH3
4-Metiloctano
(4)
Pr
BuH
Me
Pr
Bu H
Me
(4)
4
Pr
BuHMe
Pr
H BuMe
(4R) RESPUESTA 1.2
CH3CH2__CH__C__CH2CH2CH3
Me Me
Et
4-Etil-3,4-dimetilheptano
H
Et Me
Et
Pr Me
Me
Pr Et
Et
Me H
H
Me Et
Pr
Et Me
Et
H Me
Me
Pr Et
(1) (2) (3) (4)
4
43
3 34 4
3
(3R,4R) (3S,4R) (3S,4S) (3S,4S)
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
CH3CH2__CH__CH__CH2CH3
Me Me
3,4-Dimetilhexano
Me
Et H
H
Et Me
H
Et Me
Et
Me H
(1) (2) MESO(3S,4S) (3R,4S)
3
43
4
RA-1,2,3,4
450
CH3CH2CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH2CH3
Me Me
5,6-Dimetil-5,6-dipropildecano
Pr Pr
Bu
Me Pr
Me
Bu Pr
Pr
Bu Me
Bu
Me Pr
(3) (4) MESO(5S,6S) (5S,6R)
5
6
5
6
H
Et Me
H
Et Me
Me
Pr Bu
Me
Pr Bu
(2) (4)(3R,4S) (5S,6R)
3
4
5
6[plano de simetria]
RESPUESTA 1.4
CH3CH2__CH__CH__CH2CH2CH3
Me Me
3,4-Dimetilheptano(1)
EtMeMe
HHPr
(1)
600
Et(Me)(Pr)Me
H(H)
(1)
33
H
Me Et
H
Pr Me
(3R,4R)
3
4
H
MeEt
H
PrMe
34
CH3CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH3
Et Me
4-Etil-5-metiloctano(2)
MeHPr
PrHEt
(2)
600
Pr(Pr)(Et)Me
H(H)
55
H
Me Pr
H
Et Pr
(4R,5S)
5
4
Diastereoisómeros de (2): (4R,5R) y (4S,5S)
RA-1,2,3,4
451
H
Pr Me
H
Et Pr5
4
(4R,5R)
H
Me Pr
H
Pr Et5
4
(4S,5S) RESPUESTA 1.5
CH3__CH__C__CH2CH3
OH Cl
Me3-Cloro-2-hidroxi-3-metilpentano
ClEtMe
MeOHH
(1)
600
Cl(OH)(Me)Et
Me(H)
Me
Et Cl
H
Me OH
(2S,3R)
2
3
HO HMe
MeEt Cl
(2)
600
Cl
Et Me
Me
HO H
(2S,3S)
2
3
(Et)HO H(Me)
Me(Cl)
MeHMe
OHClEt
(3)
600
OH(Et)(Cl)Me
H(Me)
H
Me OH
Me
Cl Et
(2R,3R)
2
3
Cl EtH
MeMe OH
(4)
600
H
HO Me
Me
Cl Et
(2S,3R)
2
3
(HO)Cl Et(Me)
Me(H)
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. CH - C (HHH) 3 1
(CHH) CCH - C (HHH) 2. CH3 2 1 2
(CHH) C 3. CH CH CH - C (CHH) C (HHH) 3 2 2 1 2 3
(CHH) 4. CH CH CH CH - C (CHH) C (CHH) C3 2 2 2 1 2 3
(CCH) 5. (CH ) CHCH - C (CHH) C3 2 2 1 2
(CCC) 6. (CH ) CCH - C (CHH) C3 3 2 1 2 Radicales secundarios:
(CCH) C 7. (CH ) CH- C (HHH) 3 2 1 2 (HHH) 8. CH3(CH2)4-CH(CH3)- C1(CCH) C2 (CHH) Radicales terciarios: 9. (CH3)3C- C1(CCC) C (HHH) 2 (HHH) 10. (CH3)2CHCH2C(CH3)2- C1(CCC) C2 (CHH) RESPUESTA 1.7 Energía de enlace H−CMe3
0fHΔ 0
fHΔ
H CH2CH2CH3(g) CH2CH2CH3 (g) + H (g)
3C (grafito) + 4H2 (g)
D0(H_C1)
1/2D0(H2) + ( CH2CH2CH3)(CH3CH2CH3)
0fHΔ 0
fHΔ
0fHΔ0
fHΔ
(CH3CH2CH3) + D0(H_C1) = 1/2D0(H2) + ( CH2CH2CH3)
D0(H_C1) = (CH3CH2CH3)_ + 1/2D0(H2) + ( CH2CH2CH3) =
= +24.8 + 104.2/2 + 22.8 = 99.7 kcal/mol
RA-1,2,3,4
453
Energía de enlace CH −CH CH3 2 3
0fHΔ 0
fHΔ0fHΔ
CH2CH3 (g) + CH3 (g)
3C (grafito) + 4H2 (g)
D0(C1_C2)
( CH2CH3)(CH3CH2CH3)
CH3 CH2CH3 (g)
( CH3) +
0fHΔ 0
fHΔ
0fHΔ0
fHΔ
0fHΔ
0fHΔ
(CH3CH2CH3) + D0(C1_C2)= ( CH2CH3)
= (CH3CH2CH3)_ + ( CH2CH3) =
= +24.8 + 34.8 + 28.0 = 87.6 kcal/mol
( CH3) +
D0(C1_C2) ( CH3) +
RESPUESTA 1.8 Energía de enlace H−C : 2
4C (grafito) + 5H2 (g)
)CH(D0 −CCH3
CH3
CH3 + HH CCH3
CH3
CH3
)CMe(H)H(D21
30f2
0 Δ+)CMeH(H 30f −Δ
)Butilot(H)H(D2/1)CH(D)noMetilpropa2(H 0f2
01
00f −Δ+=−+−Δ
mol/kcal1.520.94.31
)Butilot(H)H(D2/1)noMetilpropa2(H)CH(D 0f2
00f1
0
92.5=++=
=−Δ++−Δ−=−
Energía de enlace C −C : 1 2
)CMeH(H 30f −Δ
)CC(D 210 −
)CHMe(H)CH(H 20f3
0f Δ+Δ
4C (grafito) + 5H2 (g)
CH
CH3 CH3+CH3 CHCH3
CH3 CH3
mol/kcal198.344.31
)opiloPri(H)Metilo(H)noMetilpropa2(H)CC(D 0f
0f
0f21
0
85.2=++=
=−Δ+Δ+−Δ−=−
RA-1,2,3,4
454
2. HIDROCARBUROS SATURADOS CÍCLICOS
RESPUESTA 2.1
Me
H
Me
H1 2
34
cis 1,2-Dimetilciclobutano (1)
Me
(CCH)C2 C4(CHH)
H
1
(1S)
Me
(CHH)C3 C1(CCH)
H
2
(2R)
Las configuraciones absolutas de (2), (3) y (4) se obtienen empleando como referencia la configuración absoluta de (1): (1): cis (1S,2R) (1) = (2) ; forma MESO
Enantiómeros: (3) y (4)
(2): cis (1R,2S) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) (3): trans (1S,2S) (4): trans (1R,2R)
H H
Me Me1 2
3
4
5
cis 1,2-Dimetilciclopentano (5)
Me
(CHH)C5 C2(CCH)
H
1
(1R)
Me
(CCH)C1 C3(CHH)
H
2
(2S)
Las configuraciones absolutas de (6), (7) y (8) se obtienen empleando como referencia la configuración absoluta de (5): (5): cis (1R,2S) Formas meso: (5) y (8) (iguales) (6): trans (1R,2R) Enantiómeros: (6) y (7) (7): trans (1S,2S) Diastereoisómeros: (5) y (6) ; (5) y (7) (8): cis (1S,2R) RESPUESTA 2.2 1,2-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros):
Cl
H
Cl
H1 2
36
cis (1S,2R) (MESO)
plano de simetriaCl
(CHH)C6 C2(ClCH)
H
1
(1S)
Cl
(ClCH)C1 C3(CHH)
H
2
(2R)
RA-1,2,3,4
455
Cl
H
H
Cl1 2
36
trans (1S,2S)
H
Cl
Cl
H2 1
63
trans (1R,2R) 1,3-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros):
5 4
36
cis (1R,3S) (MESO)
Cl
H
Cl
H1 2
Cl
(CHH)C5 C3(ClCH)
H
1
(1R)
Cl
(ClCH)C1 C5(CHH)
H
3
(3S)
5 4
36
trans (1R,2R)
H
Cl
Cl
H1 2
54
3 6
trans (1S,2S)
H
Cl
Cl
H12
1,4-Diclorociclohexano (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans):
1 4Cl
H
Cl
H
1 4
Cl
H
H
Cl
plano de simetria centro de simetria
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):
Br
H
Cl
H1 2
36
cis (1S,2R)
Br
(CHH)C6 C2(ClCH)
H
1
(1S)
Cl
(BrCH)C1 C3(CHH)
H
2
(2R)
Br
H
Cl
H1 2
36
cis (1S,2R)
Br
H
Cl
H12
3 6
cis (1R,2S)
Br
H
H
Cl1 2
36
trans (1S,2S)
Br
H
H
Cl12
3 6
trans (1R,2R)
RA-1,2,3,4
456
1-Bromo-3-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros): 1-Bromo-3-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros):
Cl
H2 3
41
cis (1S,3R)
Br
(ClHH)C3 C5(CHH)
H
1
(1S)
Cl
(CHH)C5 C1(BrCH)
H
3
(3R)
Br
H
56
Cl
H2 3
41
cis (1S,3R)
Br
H
6 5
Cl
H23
4 1
cis (1R,3S)
Br
H
65
H
Cl2 3
41
trans (1S,3S)
Br
H
6 5
H
Cl23
4 1
trans (1R,3R)
Br
H
65
1-Bromo-4-clorociclohexano (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans):
1 4Br
H
Cl
H
1 4Br
H
H
Cl
plano de simetria centro de simetria
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
HC C__CH2_ H2C CH_CH2
_ HC C_ H2C C_Me
H2C CH_ CH3_C C_
2-propinilo alilo etinilo isopropenilo vinilo 1-propinilo
HC C__CH2_
H2C CH_CH2_
(2) C (CHH) C (CCH) 1 2 (1) C (CCC) (CHH) C1 2
HC C_
H2C CH_ (CCH) (5) C1
CH3_C C_
H 2C C_Me
(4) C (CCC) C (CHH) 1 2 (3) C (CCC) C (CCH) 1 2
(CCC) (6) C (CCC) C1 2
RA-1,2,3,4
457
RESPUESTA 3.2
ClCH CH_CH2CH2CH3 CH2 CH_CH_CH2CH3 CH2 CH_CH2CHCH3
Cl Cl
CH3_CH CH_CH_CH3
Cl
1-cloro-1-penteno 3-cloro-1-penteno 4-cloro-1-penteno 4-cloro-2-penteno 1-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros Z / E):
ClCH CH_CH2CH2CH3
1-cloro-1-penteno
H H
Cl C3H7
(Z) 1-cloro-1-penteno (E) 1-cloro-1-penteno
H C3H7
Cl H
3-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros):
CH2 CH_CH_CH2CH3
Cl
3-cloro-1-penteno
CH=CH2
Et Cl
H3
(3S)
CH=CH2
EtCl
H3
CH=CH2
ClEtH
CH=CH2
Cl EtH
(3R) 4-Cloro-1-penteno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros):
CH2 CH_CH2CHCH3
Cl
4-cloro-1-penteno
CH2_CH=CH2
Me Cl
H4
(4S)
CH2_CH=CH2
MeCl
H
4
CH2_CH=CH2
ClMeH
CH2_CH=CH2
Cl MeH
(4R)
RA-1,2,3,4
458
4-Cloro-2-penteno (cuatro estereoisómeros: dos pareja de enantiómeros)
4-cloro-2-penteno
CH3 CH CH CH CH3
Cl
ClMeH
Me
HH
Cl MeH
Me
HH
(Z) (4S) 4-cloro-2-penteno (Z) (4R) 4-cloro-2-penteno
4 4
ClMeH
H
MeH
Cl MeH
H
MeH
(E) (4S) 4-cloro-2-penteno (E) (4R) 4-cloro-2-penteno
4 4
CH=CH_CH3
Me Cl
H4
(4S)
CH=CH_CH3
MeCl
H4
CH=CH_CH3
Me Cl
H4
(4S)
CH=CH_CH3
MeCl
H4
(4R) (4R) RESPUESTA 3.3 2,3-Hexadieno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros)
CH3_CH=C=CH_CH2CH3
2,3-hexadieno
C C
( ) CH
Me
(S) 2,3-hexadieno
Et
Me H
H
(S)
[3]
[2]
[4]
[1]
(R) 2,3-hexadieno
Et
H Me
H
(R)
[3]
[2]
[4]
[1]
Et
HCC
( )CH
MeEt
H
2,4-Dicloro-2,3-pentadieno (dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros):
CH3_C=C=C_CH3
2,4-dicloro-2,3-pentadieno
Cl Cl
C C
( ) CCl
Me
(S) 2,3-hexadieno
Me
Me Cl
Cl
(S)
[3]
[2]
[4]
[1]
(R) 2,3-hexadieno
Me
MeCl
Cl
(R)
[3]
[2]
[4]
[1]
Me
ClCC
( )CCl
MeMe
Cl
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
( ) CMe
HC
H
Me
(Z) 2,3,4-hexatrieno
C C
( ) CMe
HC
Me
H
(E) 2,3,4-hexatrieno RESPUESTA 3.4
CH3_C CH_CH C_CH2CH3
Cl Me
2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno
Cl
Me H
H Me
Et24
(2Z,4Z) 2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno
Me
Cl H
H Et
Me24
(2E,4E)
Cl
Me H
H Et
Me24
Me
Cl H
H Me
Et24
(2Z,4E) (2E,4Z) RESPUESTA 3.5
H
C4(CHH)(CHH)
Br3(CCC)(CHH)C2
[1]
[3]
[4]
[2] C CH
Et
(BrCH)(CHH)C2
(CHH)(CHH)C61 4'
trans
[1]
[2][1]
[2]
(3R)
4. NOMENCLATURA DE GRUPOS FUNCIONALES RESPUESTA 4.1
C_O_
O
CH3_ C_NH_
O
CH3_
C_O_
O
C_
O
Cl CH3CH2_N CH2CH3
Acetoxi Cianato Acetilamino
CN O_
Cloroformilo Dietilamino ter-Butoxicarbonilo
C_
O
Me3C_O_
RA-1,2,3,4
460
C_O_
O
H
HO_NH_ Formiloxi Benzoiloxi Hidroxiamino
C_CH2
O
C_
O
CH3
H3N_+
O=N_ Acetoacetilo Amonio Nitroso Orden creciente de prioridad:
C CCH _CH2
O_
O
3
C (OOC) 1
CMe _
O
3C_O_
C (OOO) 1
CH _O_
O
CCl _
O C (ClOO) 1
H3N_+ N (HHH) 1
C_NH_
O CH _
3 N (CH) 1
CH _3CH2 N CH2CH3 N (CC) 1
HO_NH_ N (OH) 1
CN O_
C_O_
O
CH _3
C_O_
O
O=N_ N (OO) 1 O1(C) C (NNN) 2 O1(C) C (OOH) 2 O1(C) C (OOC) C (HHH) 2 3 O1(C) C (OOC) C (CCC) 2 3 RESPUESTA 4.2
RA-1,2,3,4
461
(1) y (2) son enantiómeros:
H
Cl OH
H
HO Me
(1)
(1R,2R)
1
2
H
ClHO
H
OHMe
1
2
1-Cloro-1,2-propanodiol (1S,2S)1-Cloro-1,2-propanodiol
(2)
(3) y (4) son iguales:
H
Et OH
H
HO Et
(3)
(3R,4R) 3,4-Hexanodiol
3
4
H
Et OH
H
HO Et
(4)
3
4
(3R,4R) 3,4-Hexanodiol (5) y (6) son diastereoisómeros:
H
Me NH2
H
Et Me
(5)
(2R,3S)3-Metil-2-pentanamina
H
H2N Me
H
Et Me
(6)
(2S,3S)
2 2
3 3
3-Metil-2-pentanamina (7) y (8) son iguales (forma MESO):
21
Cl
C4(C3HH)
H
(ClCH)C21
(1S)
Cl
C1(ClCH)
H
(CHH)C32
(7)
(7)
(7)
21
H
Cl Cl
H
cis (1S,2R) 1,2-diclorociclobutano
(8)
cis (1R,2S) 1,2-diclorociclobutano
(MESO) (MESO)
Cl
H H
Cl
(2R) (9) y (10) son diastereoisómeros:
RA-1,2,3,4
462
213
4
5
H
Me
Me
H (9)
H
C2(CCH)
Me
(CHH)C5 1
(1S)
Me
C3(CHH)
H
(CCH)C12
trans (1S,2S) 1,2-Dimetilciclopentano
(2S)
213
4
5
H
Me
H
Me (10)
cis (1S,2R) 1,2-Dimetilciclopentano (MESO) (11) y (12) son iguales (forma MESO):
Cl
H
Cl
H
Cl
C2(ClCH)
H
(CHH)C61
Cl
H
Cl
H
1
2 2
1
6
3
(11) (11)
cis (1R,2S)-1(a), 2(e)-Diclorociclohexano
Cl
C3(CHH)
H
(ClCH)C12
(1R) (2S)
H
Cl
H
Cl
H
C2(ClCH)
Cl
(CHH)C6 1
(1S)
H
Cl
H
Cl
1
2 2
1
6
3
(12) (12)
cis (1S,2R)-1(e), 2(a)-Diclorociclohexano
H
C3(CHH)
Cl
(ClCH)C1 2
(2R)
(13) y (14) son iguales (no es una forma MESO):
H
Cl
H
Cl1
1
(13) (13)
trans 1(e), 4(e)-Diclorociclohexano
Cl
H
4Cl
H4
Cl
H
Cl
H1
1
(14) (14)
trans 1(a), 4(a)-Diclorociclohexano
H
Cl
4H
Cl4
(15) y (16) son diastereoisómeros:
CO2HMeH Me
(15) (16)
MeMe
H CO2H
Ác. (Z) 2-Metil-2-butenoico Ác. (E)2-Metil-2-butenoico (17) y (18) son iguales:
RA-1,2,3,4
463
( )
(17) (18)
(E) 5-Bromo-2,3,4-heptatrieno (E) 5-Bromo-2,3,4-heptatrieno
C C C C
( )C C C CBrEt Me
H Et MeBr H
(19) y (20) son enantiómeros:
( )C C C
(19) (20)(R) 3-Metil-3,4-heptadieno (S) 3-Metil-3,4-heptadieno
Et
H
MeEt ( )C C C
H
Et
MeEt
H
Et Me
Et
[1] [2]
[3]
[4]
(R)
Et
Et Me
H
[1] [2]
[3]
[4](S)
RESPUESTA 4.3 3-Cloro-2-butanamina
CH3_CH_CH_CH3
Cl NH2
* * Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros:
H
Me Cl
H
Me NH2
(2S,3R)
3
2
H
MeCl
H
MeH2N
3
2
(2R,3S)
(1) (2)
H
Cl Me
H
Me NH2
(2S,3S)
3
2
H
ClMe
H
MeH2N
3
2
(2R,3R)(3) (4)
Enantiómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (2) y (4) 3-Hexen-2-ol
CH3_CH2
_CH=CH_CH_CH3
OH
* Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros Z / E:
RA-1,2,3,4
464
C3(CCH)
HO Me
H2
C3(CCH)
OHMe
H2
C3(CCH)
HO Me
H2
C3(CCH)
OHMe
H2
(2R) (2S) (2R) (2S)
(Z)
MeHOH
EtH
H
3
2
(1)
3-Hexen-2-ol
Me OHH
EtH
H
3
2
(2)
(Z) 3-Hexen-2-ol (E)
MeHOH
HH
Et
3
2
(3)
3-Hexen-2-ol
Me OHH
HH
Et3
2
(4)
(E) 3-Hexen-2-ol(2R) (2S) (2R) (2S) 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
CH3_CH=C=CH_CH_CH3
*
OMe
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
(1)
(S)(5R) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
( ) HMe
H
H
MeOMe
(2)
2
5
4
(R)(5S) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
CC C
( )HMe
H
H
MeMeO
2
5
4C CC
H
H Me
C5
C4(CCH)
MeO Me
H5
[1][2]
[3]
[4]
(S)
H
HMe
C5
C4(CCH)
OMeMe
H5
(5S)
[1] [2]
[3]
[4]
(R)(5R)
(3)
(R)(5R) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
( )
MeC H
H
H
MeOMe
(4)
2
5
4
(S)(5S) 5-Metoxi-2,3-hexadieno
C C
( )MeCH
H
H
MeMeO
2
5
4CC
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
HBr
Cl
H
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros:
21Br
H
Cl
H2 1
Br
H
Cl
H21
Br
H
H
Cl2 1
Br
H
H
Cl
(cis) (1R,2S) (cis) (1S,2R)
(1) (2) (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
OMeH
H OMe Dos estereoisómeros cis / trans ópticamente inactivos (no son formas MESO)
OMe
H
OMe
H
1 4
(cis)
H
OMe
OMe
H
1 4
(trans) 1,1-Ciclopropanodiol
HO OH Ningún estereoisómero (plano de simetría):
OH
OH
RA-1,2,3,4
466
3-Penten-2-ona
CH3_CH=CH_CO_CH3
23
Dos estereoisómeros Z / E:
COCH3H3C
H H
HH3C
H COCH3
(E)(Z) 1-(sec-butil)-2-Metilciclohexeno
CHCH2CH3
CH3
CH31
2
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
Me
EtMeH 1
C(CCC)
Me Et
H
1 Me
Et MeH1
C(CCC)
MeEt
H
1
(1S)(1R) 3-Cloro-2-metilbutanal
CH3 CHCl
CHMe
C HO
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
H
Me CHO
H
Me Cl
(2S,3S)
2
3
H
MeOHC
H
MeCl
(2R,3R)
2
3
H
Me CHO
H
Cl Me
(2S,3R)
2
3
H
MeOHC
H
ClMe
(2R,3S)
2
3
(1) (2) (3) (4)
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
Br C C
H
C
Cl
Me Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros:
RA-1,2,3,4
467
(1)
Cl
Br H
Me
[1] [2]
[3]
[4]
(S)
H
BrC
( )
Cl
Me(2)
Cl
BrH
Me
[1][2]
[3]
[4]
(R)
C CH
Br C
( )
Cl
Me
CC
2-Amino-2,3,4-heptatrieno
CH3 C CNH2
C CH CH2CH3 Dos estereoisómeros Z / E:
(E)(Z)
C C
( ) C CH2N Et
HMeC C
( ) C CH2N H
MeMe
2,6-Diamino-espiro[3.3]heptano
NH2
HH
H2N1
24
6
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
H2NH
NH2
HNH2
HH2N
H
NH2
H NH2
H
[1][2]
[3]
[4]
(R)
NH2
HH2N
H
[1] [2]
[3]
[4]
(S)
(1) (2)
2,4-Hexadieno
CH3 C CH C CH CH3
H H
Tres estereoisómeros Z / E:
HMe
HH
H Me
HH
MeMe
H H
HH
MeH
H Me
(2E,4E)
(1) (2) (3)
(2Z,4Z) (2Z,4E)
2 2 2
4 4 4
HMe
HMe
H H
(3)
(2E,4Z)
2
4
RA-1,2,3,4
468
RESPUESTA 4.5 2-Clorociclopentanona
Cl
O1
2
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
3
2
1
Cl
HO 3
2
1
Cl
HO
H
C1(OOC)
Cl
(CHH)C3 2
(1) (2)
H
Cl
(CHH)C32(OOC)C1
(2S) (2R) 4-Amino-2-penteno
CH3 CH CH CH CH3
NH2
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
(Z)
NH2MeH
MeH
H3
4
C3(CCH)
Me NH2
H
4
(4S)
(1)
(4S) 4-Amino-2-penteno
H2N MeH
MeH
H3
4
C3(CCH)
MeH2N
H
4
(2)
(Z) 4-Amino-2-penteno
(4R)
(4R)
(E)
NH2MeH
HH
Me3
4
C3(CCH)
Me NH2
H4
(4S)
(3)
(4S) 4-Amino-2-penteno
H2N MeH
HH
Me3
4
C3(CCH)
MeH2N
H
4
(4)
(E) 4-Amino-2-penteno
(4R)
(4R) 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
OH
1
4
Dos estereoisómeros cis / trans
CO2H
H
OH
H
14
CO2H
H
H
OH
14
(cis) (trans) 3-Metilciclobuteno
Me
1
23
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
21
Me
C2(CCH)
H
(CHH)C43
Me
H
3 4
(1)
21
Me
H
C4(CHH)3
(3S)
Me
H
34
(2)
(CCH)C2
(3R) 5-Nitro-2,3-hexadieno
CH3 CH C CH CH CH3
NO2
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
(1)
(S)(5S) 5-Nitro-2,3-hexadieno
( ) HMe
H
O2N
MeH
(2)
2
5
4
(R)(5R) 5-Nitro-2,3-hexadieno
C C C
( )HMe
H
NO2
MeH
2
5
4CCC
H
H Me
C5
C4(CCH)
Me NO2
H5
(5S)
[1][2]
[3]
[4]
(S)
H
HMe
C5
C4(CCH)
MeO2N
H5
[1] [2]
[3]
[4]
(R)(5R)
RA-1,2,3,4
470
( ) MeH
H
O2N
MeH
2
5
4 C C C
( )MeH
H
NO2
MeH
2
5
4CCC
(3)
(R)(5S) 5-Nitro-2,3-hexadieno
(4)
(S)(5R) 5-Nitro-2,3-hexadieno 3-Metoxicarbonil espiro[5.5]undecano
CO2Me
Ningún estereoisómero (plano de simetría):
CO2Me
H
plano de simetria
1,6-Dibromo-2,4-hexadieno
BrCH2 CH CH CH CH CH2Br Tres estereoisómeros Z / E:
HHCH2Br
H H
H
HH
H CH2Br
HHH
H CH2Br
(2E,4E)
(2)(1) (3)
(2Z,4Z) (2Z,4E)
2 2 2
4 4 4
H
HCH2Br
H H
(3)
(2E,4Z)
2
4BrCH2
BrCH2
BrCH2
BrCH2
2,3-Dimetilpentanal
CH3 CH2 CHCH3
CH CHOCH3
Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros
H
Me CHO
H
Me Et
2
3
H
MeOHC
H
MeEt
2
3
Me
H CHO
H
Me Et
2
3
Me
HOHC
H
MeEt
2
3
(2R,3R) (2S,3S) (2S,3R) (2R,3S)
(1) (2) (3) (4)
RA-1,2,3,4
471
5-Metil-1,3-ciclohexanodiona
O O
CH3
1 3
5
Ningún estereoisómero (plano de simetría):
O
O Me
H
plano de simetria
1-Metil espiro[4.4]nonano
Me
Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
H
Me
12
5
H
Me
12
5Me
C5(CCC)
H
(CHH)C21
Me
C2(CHH)
H
(CCC)C51
(1S)(1) (2)(1R) RESPUESTA 4.6 2-Cloro-1,3-ciclopentanona
Cl
O O
Ningún estereoisómero (plano de simetria) 1,3-Ciclohexanodiol
OHHO
Tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma meso.
OH
H
OH
H1
3
H
OH
OH
H1
3
H
OH
OH
H1
3
(1) cis (1S,3R) (2) trans (1S,3S) (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)
( )C CCH3H C
NH2
H
( ) CC CH3
HC
H2N
H
(R) (S) 2-Metil-1,3,butadieno
CCH2
CH3
CH CH2 Ningún estereoisómero:
H HH
HMeH
2-Metoxicarbonil-1,3-ciclohexadiona
CO2Me
O O
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
CH3CH2 CH
NO2
CH CH2 Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros
(3S)
H
EtCHO2N
3
H2C
H
Et CHNO2
3
CH2
(3R) 1,2,3-Pentatrieno
CH2 C C CH CH3 Ningún estereoisómero:
( )CHH C C C
CH3
H
Ciclohexilamina
NH2
Ningún estereoisómero (plano de simetria):
NH2H
RESPUESTA 4.7 a) 3-Nitrociclobuteno Dos estereoisómeros: una pareja de enentiómeros (3R)/(3S).
NO2
H
2
3
1
(3S)
NO2
H
2
3
1
(3R) b) 3-Metilclorociclohexano Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros.
cis (1S,3R)
Me
H
1
3
Cl
H
H
Me
1
3
H
Cl
H
Me
1
3
Cl
H
Me
H
1
3
H
Cl
cis (1R,3S) trans (1S,3S) trans (1R,3R)
RA-1,2,3,4
474
c) Ácido 1,3-ciclopentanodioico Tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma meso.
3
trans (1S,3S)
CO2H
H
H
CO2H
H
CO2H
CO2H
H
CO2H
H
CO2H
H
1 1 3 3 1
trans (1R,3R) cis(1R,3S) (MESO) d) Espiro [3.3] 2-metoxicarbonil-6-formilheptano Dos estereoisómeros: una pareja de enantiómeros (eje quiral)
262
6
OHCH
CO2Me
HCHOH
MeO2C
H
(R) (S) e) 5-Fenil-2,3-hexadieno Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros.
( )
(S)(5R)
Me
C6H5H
5
H
CC CH
Me
( )
Me
C6H5H
5
H
C CCH
Me
(R)(5S)
( )
Me
C6H5H
5
H
CC CMe
H
( )
Me
C6H5H
5
H
C CCMe
H
(S)(5S)(R)(5R) f) 3-Metil-4-hexen-2-ona Cuatro estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros (Z)/(E)
Me
HH
MeCOH
Me
Me
HH
Me COMeH
3 3
(Z) (3R) (Z) (3S)
H
MeH
MeH
COMe
H
MeH
MeCO MeH
3 3
(E) (3S) (E) (3R)
RA-1,2,3,4
475
g) Metilciclopropano Ningún estereoisómero.
Me
H RESPUESTA 4.8 Apartado 1:
1 2Cl OH
Me Et
(1)
(1S,2R) 1-Cloro-2-etil-2-hidroxi-1-metilpropano
1
(1S)
C(CHH)[3]
[4](HHH)C Cl[1]
C(OCC)[2]
2
C(CHH)(ClCC)[3]
[1](O)C C(CHH)(HHH)[4]
C(ClCC)[2]
(2R)
2H CH2ClMeO H
O1
(2)
(2S,3R) 2-Clorometil-3-metoxiciclobutanona
2
C(OOC)[2]
[1](ClHH)C H[4]
C(OCH)[3]
3
C(CHH)[3]
[1](O) H[4]
C(CCH)[2]
(2S) (3R)
Et Me
HOH
O 1 3
(3)
5
(3S,5S) 4-Etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona
3
(3S)
C(CHH)(CCC)[3]
[4]H OH[1]
C(CHH)(OOC)[2]
5
(5S)
C(CHH)(HHH)[3]
[1](OOC)(CHH)C C(CHH)(OCH)[2]
C(HHH)[4]
Apartado 2:
HCl
1
2
35
8
Cl
H
(Z)(2R) 2,8-Dicloro espiro [4,5] decano
2
H[4]
[2](CCC)(CHH)C C(CHH)(CHH)[3]
Cl[1]
(2R)
H2C CH CH C
O
H
Cl
2-Cloro-3-butenal
Cl
H2C=HC CHOH
2
Cl[1]
[3](CCH)C C(OOH)[2]
Hl[4](2R) (2R)
RA-1,2,3,4
476
CH3 CH CH C
C6H5
C
CMe3
CH
3-Fenil-3-t-butil-4-hexen-1-ino
C6H5
Me3C CCH
CHCH2
3
C(CCC)(CCH)(CCH)[1]
[3](HHH)(CCC)C C(CCC)(CCH)[2]
C(CCH)[4]
(3R) Apartado 3:
CH3CH2 CH CH
CH2NH2
CH3
OH
3-Metilamino-2-pentanol
H
NH2CH2 Et
HO Me
HMeHO
H
EtHNH2CH2
H
Et CH2NH2
Me OH
HMe OH
H
Et HCH2NH2
3 3
2 2
(2R,3R) (2S,3S)
2 2
3 3
H
Et CH2NH2
HO Me
H
MeHOH
CH2NH2H
Et
H
NH2CH2 Et
Me OH
HMe OH
H
NH2CH2H
Et3 3
2 2
(2R,3S) (2S,3R)
2 2
3 3
RESPUESTA 4.9 1. (3-Metil-2-ciclohexenil)amina
NH2
CH3
1
2
3 Dos estereoisómeros (una pareja de enantiómeros):
NH2
H
14
Me 23
5 6 NH2
H
1 4
Me2 3
56
RA-1,2,3,4
477
NH2[1]
[3](C5HH)C6 C2(C3CH)[2]
H[4]
1
(1S)
NH2[1]
[2](C3CH)C2 C6(C5HH)[3]
H[4]
1
(1R) 2. 5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido
CHO
CH3
12
35
Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros):
CHO
H
1
Me
H
23
4
5 6 CHO[1]
[3](C5HH)C6 C2(C3CH)[2]
H[4]
1
Me[3]
[2](C1 CH)(C2CH)C3 C1(C2CH)(OOH)[1]
H[4]
5
(1R) (5R)
CHO
H
1
Me
H
23
4
5 6 CHO
H
1
Me
H
2 3
4
56 CHO
H
1
H
Me
23
4
5 6 CHO
H
1
H
Me
2 3
4
56
cis(1R,5R) cis(1S,5S) trans(1R,5S) trans(1S,5R) 3. Ácido 2-Metil-3-pentenoico
CH3 CH CH CHCH3
CO2H Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros):
Me
HH
CO2HHMe
2
34 HH
Me CH CO2HMe
C3[2]
[4]H CO2H[1]
Me[3]
2
(Z) (2R)
Me
HH
CO2HHMe
2
34
(Z)
Me
HH
HO2C HMe
2
3 4
(Z)
H
MeH
CO2HHMe
2
34
(E)
H
MeH
HO2C HMe
2
3 4
(E)(2R) (2S) (2R) (2S)
RA-1,2,3,4
478
4. 2-Cloro-1-etilidenciclohexano
CH CH3
Cl 12
Cuatro estereoisómeros (dos parejas de enantiómeros)
ClMe
H
ClH
Me
(Z) (E)
1
Cl
HHMe
23 Cl[1]
[3](C4HH)C3 C1(CCC)[2]
H[4]
2
(Z)(2R) (2R)
1
Cl
HHMe
23
(Z)
1
Cl
HH
Me2 3
(Z)
1
Cl
HMeH
23
(E)
1
Cl
HMe
H2 3
(E)(2R) (2S) (2R) (2S) 5. (9-Acetil-3-ciano-2-hidroxi) espiro[5.5]undecano
MeCO
OH
CN
12
3
45
6
78
9
10 11
Ocho estereoisómeros (cuatro parejas de enantiómeros):
21
3
46MeCO
H
OH
H
CN
H
OH[1]
[3](C6HH)C1 C3(C4CH)[2]
H[4]
2
C(NNN)[2]
[1](OC1 H)C2 C4(C5HH)[3]
H[4]
3
trans
6
C1(C2HH)C2(OC3H)[1]
C5(C4HH)C4(C3HH)[2][1]MeCO[2]H
(2R) (3R)
RA-1,2,3,4
479
21
3
46MeCO
H
OH
H
CN
H
(2R,3R)trans- (2S,3S)trans-
2 1
3
46 COMe
H
OH
H
CN
H
(2R,3S)trans- (2S,3R)trans-
21
3
46MeCO
H
OH
H
H
CN
2 1
3
46 COMe
H
OH
H
H
CN
(2R,3R)cis- (2S,3S)cis-
21
3
46H
MeCO
OH
H
CN
H
2 1
3
46 H
COMe
OH
H
CN
H
(2R,3S)cis- (2S,3R)cis-
21
3
46H
MeCO
OH
H
H
CN
2 1
3
46 H
COMe
OH
H
H
CN
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-(2S,3S) = (S)(2S,3S)
trans-(2R,3S) = (S)(2R,3S)
trans-(2S,3R) = (R)(2S,3R)
cis-(2R,3R) = (S)(2R,3R)
cis-(2S,3S) = (R)(2S,3S)
cis-(2R,3S) = (R)(2R,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
HMe Me
Me
HMeMe
Me[3]
[2](C1HH)C4 C2(C1CC)[1]
H[4]
3
(3S)
Me[3]
[1](C1CC)C2 C4(C1HH)[2]
H[4]
3
21
3
2 1
3
(3R) RESPUESTA 4.10 (1) Ácido 2-Amino-3-metilpentanoico
(2R,3R)
CH3CH2 CH CH CO2HMe NH2
H(Et)
(H)H2N CO2H(Me)
2
3
HH2N CO2H
Et
H Me
(2) 1-Cloro-2-metil-1,3-butadieno
Me
H
Cl
H H
HMe
CHH
Cl
CH2
(E) (3) 1-Etoxicarbonil-1,2-propadieno
C C CH
CO2Et
H
H
(ópticamente inactiva) (4) 1,2-Dimetilciclohexano
H
Me
H
Me
1
2
H
Me
Me
H
1
2
trans (1S,2S) (1S)
H[4]
[2](CHH)C6 C2(CCH)[1]
Me[3]
1
Me[3]
[1](CCH)C1 C3(CHH)[2]
H[4]
2
3
6
(2S)
RA-1,2,3,4
481
(5) 1-Ciano-2-metil-2-vinilciclobutano
H
CH
CN
Me
1
2
12
trans (1S,2R)CH2
Me
H
CN
CH
(1S)
H[4]
[3](CHH)C4 C2(CCC)[2]
C(NNN)[1]
1
C(CCH)[2]
[1](CCH)C1 C3(CHH)[3]
C(HHH)[4]
2
3 4
(2R)
CH2
(6) 3-Cloro-9-hidroxi espiro[5,5]undecano
HHO
Cl
H
Cl[3]
[1]HO H[2]
H[4]
(R) (7) 1,4-Dimetilciclohexano
Me
H
H
Me
1
4
trans (ópticamente inactiva; no es MESO)
H
Me
Me
H
(8) 3-Amino-4-metil-3-nitro-1-hexen-5-ino
(3S,4R)
3
C
Me H
NO2
H2N CH
4HC C CH C CH CH2
NH2
NO2Me 1
HMe
H2N NO2
CH CH2
CH2
CHC CH
(9) Ácido 2-amino-3-metilpentanoico
(2S,3S)
C CH CO2HMe NH2 NH2
H H
Me
Et
CO2H
23
2
H
HO2C NH2
Me
H Et
(2S,3S)
CH3CH2 CH CH CO2HMe NH2 NH2
H H
Me
Et
CO2H
23
2
3
H
HO2C NH2
Me
H Et
RA-1,2,3,4
482
(10) 2,3-Diclorobutano
(2R,3S) (MESO)
CH3 CH CH CH3
ClClH
Cl
Cl
H
Me
Me
2
3
2
3
Me
Cl H
H
Me Cl
RESPUESTA 4.11 Los radicales están ordenados de menor a mayor.prioridad:
CARBONO
CH C2
CH3
CH2CH2
C (CHH) C (CHH) 1 2
−CH=CH−CH − C (CHH) C (CCH) C (CCH) C (HHH) CH3 2 1 2 3 4
CH3CH2 CH CH CH2
CH C3
CH3
CHCH2
CH2 CCH3
CH2
CH CH3 CCH3
CH2
CH3CH2 CH CH
CH CH2 CHCH3
CH2
C (CHH) C (CCH) C (CCH) C (CHH) 1 2 3 4
C (CHH) C (CCH) C (CCH) C (CHH) C (HHH) 1 2 3 4 5
CH CH CH CH2 2
CH3
CH 2 CH CHCH 3
C (CHH) C (CCH) C (CCC) 1 2 3 C (CHH) C (CCC) C (CHH) 1 2 3 C (CHH) C (CCC) C (CCH) 1 2 3
−CO−CH − C (CHH) C (OOC) CH3 2 1 2 C (CCH) C (CHH) 1 2 C (CCH) C (CCH) C (CHH) 1 2 3 C (CCH) C (CCH) C (CHH) C (HHH) 1 2 3 4
RA-1,2,3,4
483
CH C2
CH2CH3
N C
H2N CO
Me CS
C C6H5
S
H2N CS
Br CO
N C O
C S NH6H5
O
O
C6H5 CHC6H5
CH CH C3 CH CHCH 3
(CCH) C (CCH) C (CCH) C (HHH) 1 2 3 4 H C=CH−CH=CH− C (CCH) C (CCH) C (CCH) C (CHH) 2 1 2 3 4 C (CCH) C (CCC) 1 2 C (CCC) 1 C (NNN) 1 Me−CO−CH −CO− C (OOC) 2 1 C (OON) 1 C (SSC) C (HHH) 1 2 C (SSC) C (CCC) 1 2 C (SSN) 1 C (BrOO) 1
NITRÓGENO H N−CH=N− N (CC) 2 1 HO−NH− N (OH) 1 N (SH) 1
OXÍGENO H C=CH−CH −O− O2 2 1(C) C (CHH) 2 O1(C) C (NNN) 2 H N−O− O2 1(N) N (HH) 2 C H −N=N−O− O6 5 1(N) N (NN) 2
RA-1,2,3,4
484
AZUFRE
C S6H5 S (C) 1
C6H5 SO
S (OOC) 1
C6H5 SO
O
S (OOOOC) 1 RESPUESTA 4.12 1,2-Ciclohexanodiol (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros):
OH
C2(ClCH)
H
HO
HH
OH
cis-(1S,2R) (meso)
(CHH)C61
(1S)
OH
C3(CHH)
H
(ClCH)C1
(2R)
2
plano de simetria
1 2
36
H
OHH
OH
trans-(1S,2S) trans-(1R,2R)
H
OH H
HO
1 2
36
12
3 6
1,3-Ciclohexanodiol (3 estereoisómeros: una forma meso y una pareja de enantiómeros):
OH
C3(ClCH)
H
cis-(1R,3S) (meso)
(CHH)C51
(1R)
OH
C5(CHH)
H
(ClCH)C1
(3S)
3
plano de simetria
OH
HOH
H
1 2
36
45
trans-(1R,2R)
OH
HH
OH
trans-(1S,2S)
OH
HH
OH6
1 2
3
45
6
12
3
4 5
RA-1,2,3,4
485
1,4-Ciclohexanodiol (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans):
OH
H
HO
H
OH
H
H
OHcis trans
plano de simetria centro de simetria
1 4 41
y CLos carbonos C1 4 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):
OH
C2(BrCH)
H
cis (1S,2R)
(CHH)C61
(1S)
Br
C3(CHH)
H
(OCH)C1
(2R)
2OH
H
Br
H1 2
36
cis-(1S,2R)
OH
H
Br
H
cis-(1R,2S)
HO
H
Br
H
trans-(1S,2S)
OH
H
H
Br
HO
H
H
Br
trans-(1R,2R)
1 2
36
12
3 6
1 2
36
12
3 6
3-Bromociclohexanol (4 estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros):
OH
C5(CHH)
H
cis (1S,3R)
(BrCH)C31
(1S)
Br
C5(CHH)
H
(OCH)C1
(3R)
3Br
H
OH
H1
2 3
4
56
cis (1R,3S)cis (1S,3R)
Cl
H
Br
H
Cl
H
Br
H
trans (1S,3S)
H
Cl
Br
H
trans (1R,3R)
H
Cl
Br
H1
2 3
4
56
1
23
4
5 6
1
2 3
4
56
1
23
4
5 6
4-Bromociclohexanol (2 estereoisómeros: una pareja de diastereoisómeros cis/trans):
Br
H
OH
H
OH
H
H
Br
cis trans
plano de simetria plano de simetria
1 4 41
RA-1,2,3,4
486
Los carbonos C y C1 4 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
H
HH2N
(1)
NH2[3]
[2]H NH2[1]
H[4]
(R)(R)-2,6-Diamino espiro[3.3]heptano
CO2H
HH
HO2C
(2)
CO2H[3]
[1]HO2C H
H[4]
(S)Ác. (S)-espiro[3.3]Heptano-2,6-dicarboxílico
26
[2]
H
CH2OH
HMe
(3)
H[4]
[2]H Me[1]
CH2OH[3]
(S)
27
(S)-2-Hidroximetil-7-metil espiro[3.5]nonano En la molécula (4) C no es estereogénico, pero presenta isomería cis-tras respecto a C6 1 (en este caso, el estereoisómero es cis)
H
CO2H
CO2HH
(4)
16
CO2H[1]
[3]CH2 C4[2]
H[4]
(1R)
1
Ác. cis-(1R)-espiro[3.3]heptano-1,6-dicarboxílico RESPUESTA 4.14 Molécula (1)
H Me
O
C6H5H
(1)
HC6H5
H
MeO
H[4]
[1]C6H5 H[2]
Me[3]
(R)(R)-(5S)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
52
1
3 H[4]
[2](CHH)C3 C1(OOC)[1]
C(HHH)[3]
(5S)
5
RA-1,2,3,4
487
Molécula (2)
Me H
O
HC6H5
(2)
C6H5
HMe
HO
Me[3]
C6H5[1][2]H
H[4]
(R)(R)-(5R)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
52
1 H[4]
[2](CHH)C3 C1(OOC)[1]
C(HHH)[3]
(5R)
5
Para nombrar las moléculas,(1) y (2) se puede emplear también la geometría del doble enlace:
C6H5
HMe
HO
Z-(5R)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
52
1H
C6H5H
MeO
E-(5S)-2-Benciliden-5-metilciclohexanona
52
1
(2)(1)
Molécula (3)
Me[3]
CO2H[1][2]H
H[4]
(R)
H[4]
C=C[1][2]CH2
Me[3]
(2S)
Me[3]
CHMe[1][2]CH2
H[4]
(5R)
25
Me[3]
CH2[2][1]MeCH
H[4]
(4S)
4
HO2CH
Me
H
Me
HH
Me
Ác. (R)-(2S,4S,5R)-2,4,5-trimetilciclohexilidenacético
5
2
14
RESPUESTA 4.15
C CHMe
HMeH 2
4
(1)
(Z)-1-(4-Metilciclohexiliden)-1-propeno
1
Me H
H Me4'
(2)
(E)-4-Metil-1-(4-metilciclohexiliden) ciclohexano
4
RA-1,2,3,4
488
Me HMeH
3' 3
(3)
1
(3S,3'R)-1-(3'-Metilciclohexiliden)-3-metilciclohexano
5
1'
5'
(3S)
Me[3]
[1](CCC)C1 C5(CHH)[2]
H[4]
3
(3R')
Me[3]
[2](CHH)C'5 C1'(CCC)[1]
H[4]
3'
H
MeMe
H
34'
(4)
1
(R)(3R)-1-(3-Metilciclohexiliden)-4-metilciclohexano
1
6
C3(CCH)[3]
[2]H Me[1]
C6(CHH)[4]
(R)
(eje quiral)
(3R)
Me[3]
[2](CHH)C6 C1(CCC)[1]
H[4]
3
Me
H C CMe
H
3
4'
(5)
1
2
65
(Z)-(3R)
[1](CCH)C3
C CMe[1]
H[2]4'
[2](CHH)C5
(Z) (3R)
H[4]
[1](CCC)C1 C5(CHH)[2]
Me[3]
3
Me
HC C
Me
H4 4'
(6)
Me[3]
[1]Me H[2]
H[4](R)
(eje quiral)
(R)
RA-1,2,3,4
489
RESPUESTA 4.16
Me
H
Me
Me
Me O
1
2
34
5
6 78
910
β−Vetivona
2'
(5S,10S)
(5R)
C1(CHH)C2(CCC)[3]
[2](CCH)C10 C6(CCC)[1]
C4(CHH)C3(CHH)[4]
5
(10S)
H[4]
[2](CHH)C9 C5(CCC)[1]
C(HHH)[3]
10
Me
HMe
HOH
MeMe
Elemol
1
23
3'
4
5
6
H
Me H
OHMeMe
2
3
3'
4 5
61
(1S,3R,4R)
C(OCC)[1]
[2](CCH)C3 (CHH)C2 C6(CHH)C5(CHH)[3]
H[4]
1
(1S)
C3'(CCC)[2]
[1](CCC)C4 C2(CHH)[3]
H[4]
3
(3R)
C(HHH)[4]
[3](CHH)C5 C3(CCH)[1]
C(CCH)[2]
4
(4R)
4
Me
H
OH
Me
12
3
4
Grandisol
2
1
Me
CH2CH2OHH
3
(1S,2R)
[1](CCC)C2
(1S)
H[4]
C4(CHH)[3]
C(CCC)[2]
1 [3](CHH)C4 (CHH)C3
(2R)
C(HHH)[4]
C1(CCH)[1]
C(CHH)C(OHH)[2]
2
RA-1,2,3,4
490
NMe
H
OH
H
H
O OMe
O
1
23 4
56
78
Cocaina
(1S,2S,4S,5R,6R)
N[2](CHH)(CCH)C2 C6(CCH)C5(CCH)[1]
CH3[3]
[4]
(1S)
O
[2](CCH)C5 C3(CHH)[3]
H[4]
[1]
(4S)
4
H
[1]N C8(CHH)C7(CHH)[3]
C3(CHH)C4(OCH)[2]
[4]
(2S)
2
C(OOO)
[3](NCH)C6 C4(OCH)[2]
H[4]
[1]
(5R)
5H
[1]N C5(CCH)[2]
C7(CHH)[3]
[4]
(6R)
6
H
HMe
Me
OH
MeMe
β−Acorenol
12
3 4
5
6 7
8910
(1R,4R,5S)
[3](CCH)C7 (CHH)C6
(5S)
C(OCC)[1]
C10(CHH)C9(CHH)[4]
C4(CCH)[2]
5[3](CHH)C2
(1R)
C(OCC)[1]
C5(CCC)[2]
H[4]
1 H[4]
(4R)
C3(CHH)[2]
[3](HHH)C
C5(CCC)[1]
4
Agarospirol
H
Me
Me
H
OHMe
Me
1
2
34
5
6 7
8
910
(2R,5R,10R)
RA-1,2,3,4
491
[4]H
C3(CHH)C4(CHH)[3]
C(OCC)[1]
C1(CHH)C5(CCC)[2]
2
(2S)
[1](CCC)C6
C4(CHH)C3(CHH)[4]
C10(CCH)[2]
C1(CHH)C2(CCH)[3]
5
(5R)
[1](CCC)C5
H[4]
C9(CHH)[2]
C(HHH)[3]
10
(10R)
Me
H
MeMe H
HMe
Cedreno
1
23
4
56
7
8
9
10
11
(2S,3S,7S,9R)
[3](HHH)C
C3(CCC)[1]
H[4]
C1(CHH)[2]
2
(2S) (3S)
[3](CCH)C7 (C7HH)C11 3
C4(CHH)C5(CCH)[4]
C2(CCH)C1(CHH)[2]
C9(CCH)C8(CCC)[1]
[4]H
C6(CCC)[2]
C11(CHH)[3]
C8(CCC)[1]
7
(7S) (9R)
[1](CCH)C7 (CCC)C8 9
C3(CCC)C11(CHH)[2]
C10(CHH)[3]
H[4]
MeMe
MeH
H
Me
OH
H
Alcohol de Patchouli
1
23
4
5 6
78 9
10
11
(1S,2R,5S,6S,8R)
(1S)
[2](CCH)C61
C2(OCC)[1]
C10(CHH)[3]
C(HHH)[4]
2
(2R) (5S)
[4]H 5
C4(CHH)[2]
C(HHH)[3]
C6(CCH)[1]
C3(CHH)[4]
[3](CHH)C7 (CCH)C8 (CCC)C11 O[1]
C1(CCC)C6(CCH)C5(CCH)[2]
RA-1,2,3,4
492
(6S)
[2](CCH)C56
C1(CCC)[1]
C7(CHH)[3]
H[4]
8
(8R)
[2](CCH)C6 (CHH)C7
H[4]
C9(CHH)C10(CHH)[3]
C11(CCC)[1]
Me
HO
Me H OH
MeMe
O
Illudin-s
1
2
3 4 5
6
7
(1S)
[4](HHH)C 1
C(OO)[1]
O[2]
C2(CCC)[3]
(5S)
[4]H 5
C4(CCC)[3]
O[1]
C6(CCC)[2]
HHO
H H
O
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Estrona
OMe
H
H
HO
56 7
8910
11 1213
1415
16
(8R,9S,13S,14S)
(8R)
[2](CCC)C10 (CCH)C98
C7(CHH)[3]
C14(CCH)C13(CCC)[1]
H[4]
(9S)
[1](CCC)C109
C11(CHH)[3]
C8(CCH)[2]
H[4]
(13S)
[2](CCH)C14 13
C12(CHH)[3]
C(HHH)[4]
C(OO)[1]
(14S)
[2](CCH)C814
C13(CCC)[1]
C15(CHH)[3]
H[4]
RA-1,2,3,4
493
C7OH
CO2H
Me
HHO
HHO
HHO
H
H
12
3
4
56
7
8
9
1011
12
1314
1516
1718
19
20
Prostaglandina PGF2α
H
H
OH
C13
H
H
10
11
9 8
12
(8R,9S,11R,12S,15S)
; α significa que el OH en CPG quiere decir prostaglandina; F denota el hidrógeno C9 9 está hacia abajo; 2 indica que hay dos dobles enlaces
(8R)
[1](OCH)C9 8
H[4]
C12(CCH)[2]
C7(CHH)[3]
(9S)
[3](CHH)C10 9
H[4]
C8(CCH)[2]
O[1]
(11R)
[2](CCH)C12 11
H[4]
C10(CHH)[3]
O[1]
(15S)
[1](HO) 15
C14(CCH)[2]
H[4]
C16(CHH)[3]
(12R)
[2](CCH)C812
C13(CCH)[3]
C11(OCH)[1]
H[4]
ON
HH
HO
OH
H
MeH5
6 78
9
10
11
12
1314
1516
Morfina(5R,6S,9R,13S,14R)
(5R)
[2](OCH)C6 5
H[4]
C13(CCC)[3]
O[1]
(6S)
[3](CCH)C7 6
H[4]
C5(OCH)[2]
O[1]
(9R)
[2](CCH)C149
N[1]
H[4]
C10(CHH)[3]
RA-1,2,3,4
494
(13S)
[1](OCH)C513
C15(CHH)[4]
C14(CCH)[3]
C12(CCC)[2]
(14R)
[2](CCC)C1314
C8(CCH)[3]
C9(NCH)[1]
H[4]
HH H
COMe
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Progesterona
O
Me
H
10
12
45
O
Me HMe COMe
H
2 1
4 5 67
8910
11 12 13
14 15 16
1717
H
(8S,9S,10R,13R,14R,17S)
(8S)
[3](CHH)C7 8
H[4]
C14(CCH)C15(CHH)[2]
C9(CCH)C10(CCC)[1]
(9S)
[1](CCC)C109
C11(CHH)[3]
C8(CCH)[2]
H[4]
(10R)
[3](CHH)C110
C5(CCC)[1]
C9(CCH)[2]
C(HHH)[4]
(13R)
[3](CHH)C1213
C14(CCH)C8(CCH)[1]
C17(CCH)C16(CHH)[2]
C(HHH)[4](14R)
[3](CCH)C814
C13(CCC)[1]
C15(CHH)[2]
H[4]
(17S)
[2](CCC)C1317
COMe[1]
C16(CHH)[3]
H[4]
N
N1H
H
HH
23
45
6
7
8
910 11
12
14
1315
16
17
Esparteina
(1S,6R,7S,9R,11R,16R)
N[3](CHH)C3
C6(CCH)C7(CCH)[2]
C9(CCH)C11(NCH)[1]1
[4]
(1S)
[3](CHH)C5
N[1]
C7(CCH)[2]
H[4]
6
(6R)
[4]H
C17(CHH)(N)[2]
C8(CHH)C9(CCH)[3]
C6(NCH)[1]
7
(7S)
RA-1,2,3,4
495
[2](NHH)C10
C8(CHH)[3]
C11(NCH)[1]
H[4]
9
(9R)
[2](CCH)C9
H[4]
C12(CHH)[3]
N[1]
11
(11R) (16R)
N[2](CCH)C7 (CHH)C17
C15(CHH)C14(CHH)[3]
C11(CCH)[1]
[4]
16
H5
6
8
1112
H H
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Colesterol
H
MeH
HO
3
4
2
17
1
Me
H
13
1415
16
H Me
H
HO
Me
H
H
3 4
2 1 10
109
7
17 18
5
(3S,8S,9S,10R,13R,14S,17R,18R)
(3S)
[4]H 3
C1(CHH)[3]
O[1]
C5(CCC)[2]
(8S)
[3](CHH)C7 8
H[4]
C14(CCH)C15(CHH)[2]
C9(CCH)C10(CCC)[1]
(9S)
[1](CCC)C109
C11(CHH)[3]
C8(CCH)[2]
H[4]
(10R)
[3](HHC)C110
C5(CCC)[1]
C9(CCH)[2]
C(HHH)[4]
(13R)
[3](CHH)C1213
C14(CCH)C8(CCH)[1]
C17(CCH)C16(CHH)[2]
C(HHH)[4]
(14S)
[2](CCH)C814
C13(CCC)[1]
C15(CHH)[3]
H[4]
(17R)
[1](CCC)C13 17
C18(CCH)[2]
C16(CHH)[3]
H[4]
(18R)
[1](CCH)C17 18
H[4]
C(CHH)[2]
C(HHH)[3]
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
+
*(1)
H2C CH CH CH CH2 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 CH2H
H
H>
+ +
+*
*
*
*
*
*
*
* **
*
>
(6) (5) (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) (9)
(7)
Apartado 2: El anión bromuro se unirá al átomo de carbono del sistema conjugado que tenga mayor carga (Q = ai
2):
+
**
**
a
-a 2a
-a
Br
Q(max.) = 4a2
Br_
CH2+
a
-a
2a
-2a
*
*
*a*
CH2 CH2Br
Br
+
Q(max.) = 4a2
*Br
_
RA-1,2,3,4
497
H2C CH2 H2C CH2 H2C
Br+
CH2Br
+
*
**a
-a
a
Br_
CH2Br*
+ *
**
* *a
-a
a -2a
2a
-3a
Q(max.) = 9a2
CH2
Br_
CH*
+
*
**
* *a
-a
a -2a
2a
-3a
Q(max.) = 9a2
CH Br Me
Br_
Me
RESPUESTA 5.2 Apartado 1:
(1) (C11H9)(g) 11C(g) + 9H(g)
11C(grafito) + 9/2 H2(g)
ΔHf (C11H9)
ΔHa
11ΔHa(C) + 4.5 ΔHa(H2)
(C ΔHa 11H ) = 11ΔH (grafito) + 4,5 ΔH (H9 a a 2) - ΔHf (C11H ) = 9 = 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
El anión no se puede describir mediante el modelo de enlace localizado.
Δ = (ΔHa - ∑D0) = 56.8 Kcal/mol
RA-5,6,7
498
Apartado 2: El protón del agua se unirá al átomo de carbono con mayor carga negativa:
2H2O H3O+ (electrófilo) + HO_
(nucleófilo)
CH2
-2a
*
*
* *-a
2a
a
3aCH2 CH3
Q(max.) = (3a)2 = 9a2
*-a
H+
_
_
*
RESPUESTA 5.3 Reacción 1:
+ *
***
* * 2a
-2a2a-a
-aa 15
1a =*
***
* * +0,27
+0,27+0,27+0,07
+0,07
+0,07
2i0i aQ = ΣQi = 1
El anión cloruro se unirá a los átomos de carbono con mayor carga formal:
+ Cl_
*
***
* *+0,27
+0,27+0,27+0,07
+0,07
+0,07Cl
Cl Cl
+ +
Reacción 2:
_*
***
* * * * *
***
2a
a
a
a-a
-a-a-a
a-2a3a-2a
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 HH
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.
(1) (2) (3)
CH3 CH CH CH2 CH3 CH CH CH2
Me
H
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:
H2C C CH
CH3
CH CH CO2Et+
H2C C CH
CH3
CH CH CO2Et+
(6)H
CH3
CO2Et
+
(4) (5) 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.
Me CH2
+
(7) (8) (9) (10)
H
H
H
HMe
H HH+
+
CH2+
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:
CH2
Me
CH2
Me
CH2Cl
Me
Q(max.)2a
a
-a-a
Q(max.) = 4a2
+
Cl_
+*
*
*
*
+a
a
-a 2a
-2a
Q(max.)
Q(max.) = 4a2
H
H
+
+
H
Cl
H Cl
Q(max.)
+
Cl
Cl
_
_
**
* *
*
*
Q(max.) = 4a2
CH2 CH2
CH2
H
+
2a
-a -a
-a-a
aa
2aQ(max.)
Q(max.)
+
+
CH2Cl
CH2Cl
H Cl
+
Cl
Cl
_
_
*
* * *
**
*
RESPUESTA 5.5
)oetilbencen(H0fΔ
)oetilbencen(H0aΔ
)H(H5)C(H8 20a
0a Δ+Δ
C6H5 CH2CH3 8C(g) + 10H(g)
8C(grafito) + 5H2(g)
)oetilbencen(H5)C(H8)oetilbencen(H)oetilbencen(H 0a
0a
0a
0f Δ+Δ=Δ+Δ
RA-5,6,7
501
=Δ−Δ+Δ=Δ )oetilbencen(H)H(H5)C(H8)oetilbencen(H 0f2
0a
0a
0a
mol/kcal3.188412.72.10453.1718 =−×+×=
∑ =×+×+×= mol/kcal185997108951483)oetilbencen(D0
[ ] mol/kcal3.25)18593.1884()oetilbencen(D)oetilbencen(H 00a =−=−Δ=Δ ∑
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+_
+ H2O Keq = 0,05
pKa 17 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.) Me3C_O + NH4+
_
pKa 9,24pKa 19
Keq = 1,7 x 10-10
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
pKa 16,5
Keq = 3 x 1018_
2Me2CH_O Na+ + H2
pKa 35
_
RESPUESTA 6.2 Reacción 1:
H CO
CH2 CO
H + HO_
H CO
CH CO
H_
+ H2O
pKa 5 pKa 15,7
Keq = antlog(15,7-5) = 5.01x1010
La reacción si es útil en síntesis (equilibrio muy desplazado hacia la derecha) Reacción 2:
CH4 + CH3CH2O_
CH3 + CH3CH2OH:_
pKa 49 pKa 17
Keq = antlog(17-49) = 10-32
La reacción no es útil en síntesis (equilibrio desplazado totalmente hacia la izquierda) Reacción 3:
CH3 CN + CH3O_
CH2 CN + CH3OH:_
pKa 25 pKa 15.2
Keq = antlog(15.2-25) = 1.58x10-10
La reacción no es útil en síntesis (equilibrio desplazado totalmente hacia la izquierda) Reacción 4:
CH3 +NO2 NH2:_
CH2 +NO2 NH3::_
pKa 10.2 pKa 36
Keq = antlog(36-10.2) = 6.31x1025
La reacción si es útil en síntesis (equilibrio muy desplazado hacia la derecha) Reacción 5:
pKa 11
CH3 CO CH2 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:
mol/cal1700G0298 −=ΔH
H
CH3(a)
CH3(e)
T57.4G
T987.13.2G
TR3.2G
Klog0298
0298
0298
eqΔ
−=×
Δ−=
Δ−=eq
0298 KlogTR3.2G −=Δ
7.1729857.4
1700logantT57.4
GlogantK
0298
eq =×
=⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ Δ−=
Apartado 2:
α(1_α)
H
H
CH3(a)
CH3(e)
054.0)1(;946.0;7.17)1(
Keq =α−=α=α−
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
HH
HHH
H
HH
H
H
0Al aumentar la temperatura hasta 150 C, el equilibrio se desplaza hacia la conformación menos estable, es decir, hacia la conformación en la que el metilo está en posición axial:
H
H
CH3(a)
CH3(e)1500 C
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:
CH3 CH CH CH3HOCl CH3 CH
OHCHCl
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.
Cl MeH
H MeOH Cl
MeH
H
MeOH
Me
OHH
H
MeCl3
(2S,3R)
Cl
MeH
OH
MeH
(2S,3R)
(1)
22
23323
2 2 23
3
3
Me ClH
HO MeH Me
ClH
OH
MeH Cl
MeH OH
MeH
Me
HO H
H
Me Cl
2
3
(2R,3S) (2R,3S)
(2)
Fijándose en la pareja de enantiómeros, se ve bien que ambos provienen del (E) 2-Buteno:
2 3
MeHMe H
HMeMeH
HMeMeH
Cl
HMe
HMe
OH
Me H
HO
Cl
HMe
HO
HMe
HMe
Cl
Me H
Cl
OH
HMe
Cl+
Cl+
1
1
2
2
+
1
2
2
1
2
1
Cl
(2S,3R)
(2S,3R)
(2R,3S)
(2R,3S)
(1)
(2)
2
2
2
3
3
3
HO
HO
_
_
RA-5,6,7
505
RESPUESTA 7.2
H
Me OH
H
HO Et
2
3
(2R,3R)
H
MeHO
H
OHEt
2
3
(2S,3S)
CH CH CH2 CH3CH32 3
HCO3H
H
Me OH
H
Et OH
2
3
(2R,3S)
H
MeHO
H
EtHO
2
3
(2S,3R)
CH CH CH2 CH3CH32 3
OsO4
Con ácido peroxifórmico la adición al doble enlace es anti :
H
Me OH
H
HO Et
2
3
(2R,3R)
HO EtH
Me HOH
2
3
HO
EtH
Me
HOH
HO
EtH
OH
H Me23 3 2
(2R,3R)
H
MeHO
H
OHEt
2
3
(2S,3S)
Et OHH
HO HMe
2
3
Et
HOH
OH
HMe
23
HO
EtH OH
HMe
23
(2S,3S) Fijándose en la pareja de enantiómeros, resulta obvio que la olefina de partida es el (Z)-2-Penteno:
HHEt Me
Et OHH
MeH
HO
HO MeH
HEt OH
1)RCO3H
2)H3O+
1 2
Et MeHH
+
2
1
antiH2O
(2S,3S)23
(2R,3R)
23
(Z) 2-Penteno23
O
H
Con tetraóxido de osmio la adición al doble enlace es syn :
H
Me OH
H
Et OH
2
3
(2R,3S)
Et OHH
Me HOH Et
HOH
Me
HOH
HO
HEt
OH
MeH
(2R,3S)
2 2
3
3 3 2
RA-5,6,7
506
H
MeHO
H
EtHO
2
3
(2S,3R)
HO EtH
HO HMe HO
EtH
OH
HMe
(2S,3R)
2
3
23
De nuevo es evidente que la olefina es el (Z)-2-Penteno:
MeEtH H
MeEtH H
MeEtH H
HO
EtH
OH
HMe
HMe
OH
H Et
HO
syn
(2R,3S)
23
2
2
33
23
3 2(2S,3R)
OO
OsO O
OOs
O O
H3O+
H3O+
O
OsO4
Reacción del (Z) 2-Penteno con ácido hipocloroso:
CH3 CH CH CH2 CH3HOCl
CH3 CHOH
CHCl
CH2CH3 + CH3 CHCl
CHOH
CH2CH3
3-Cloro-2-pentanol 2-Cloro-3-pentanol
HHMe Et
EtMeHH
EtMeHH
Cl
HMe
EtH
OH
Me H
HO
Cl
EtH
HO
HMe
EtH
Cl
Me H
Cl
OH
EtH
+
+
1
1
2
2
+
1
2
2
1
2
1
(2S,3S)
(2R,3R)
(2R,3R)
(2S,3S)
2
2
2
2
3
3
3
3
3-Cloro-2-pentanol
2-Cloro-3-pentanol
2-Cloro-3-pentanol
3-Cloro-2-pentanol
HO_
HO_
Cl
Cl
Cl
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 Enantiómeros Enantiómeros (2R,3R) 3-Cloro-2-pentanol (2S,3S) 2-Cloro-3-pentanol RESPUESTA 7.3 Reacción con tetraóxido de osmio:
Me
Me
OsO4
MeOH
MeOH
OH
MeMe
OH
Me
OHOH
MeMe Me
Me Me
Me Me
syn1
1 1
2
2 2
2
21
1
(1S,2R)
(1R,2S)
(1)
(2)
OOOs
O O
OOOs
O O
H3O+
OsO4
H3O+
(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
C6H5CO3HMe
OH
MeOH
anti
O
1 2
+Me Me
Me
OHMe
OH
OH
MeOH
MeMe Me
1)R-CO3H
2)H3O+
2
1
H2O
H
(1S,2S)
(1R,2R)
(3)
(4)
1
1
2
2
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 ClH
Me
Me
Me
Me
MeMe
H
Me
Cl
MeMe
H
Me
ClMe
H
Cl
MeH
Me
Me
ClH
Me
Me
H
1
1
2
2
2
1
+
+
+
1
2
2
1
2
1
(5)
(6)
(7)
(8)
1
1
1
1
2
2
2
2
(1R,2R)
(1R,2S)
(1S,2R)
(1S,2S)
Cl_
Cl_
H
(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:
C6H5CH2 CH CH CH2CH3HBr
+C6H5CH2 CHH
CHBr
CH2CH3
1-Bromo-1-fenilpentano3-Bromo-1-fenilpentano
C6H5 CHBr
CH__CH2CH2CH3
H
Como se obtiene una mezcla de dos racémicos, la reacción debe transcurrir a través de carbocationes:
C6H5CH2 CH CH CH2CH3
1 2
H+
C6H5CH2 CHH
CH CH2CH3
C6H5CH2 CH CHH
CH2CH3
+
+
(1)
(2)2
1
RA-5,6,7
509
Br
1
2
C6H5CH2 CH2 C+
(1)Et
H
1
2
C6H5CH2 CH2
Br
EtH
C6H5CH2 CH2
Br
EtH
_racémico del 3-Bromo-1-fenilpentano
En el carbocatión (2) tiene lugar una transposición, que conduce a otro carbocatión más estable (conjugado con con el núcleo bencénico):
C6H5CH CH CHH
CH2CH3+
(2)
H
(3)
C6H5 CH CH2CH2CH2CH3+
El carbocatión (3) es el que da lugar al racémico del 1-Bromo-1-fenilpentano:
CH
C6H5Bu
HC6H5
Bu
Br
+
HC6H5
Bu
Br
Br_
1
1
2
2
racémico del 1-Bromo-1-fenilpentano
Apartado 2: Reacción con ácido peroxibenzoico:
EtHC6H5CH2 H
C6H5CH2OHH
HEt
HO
HO HEt
HC6H5CH2 OH
1)RCO3H
2)H3O+
1 2
C6H5CH2 HEtH
+
2
1
antiH2O
2
2
3
3
(2S,3R)
(2R,3S)
O
H
RA-5,6,7
510
Reacción con tetraóxido de osmio:
EtHC6H5CH2 H
EtHC6H5CH2 H
EtHC6H5CH2 H
HO
HC6H5CH2
OH
HEt
HEt
OH
C6H5CH2H
HO
syn
(2R,3R)
(2S,3S)
2
2
3
3
OO
OsO O
OOs
O O
H3O+
H3O+
O
OsO4
RESPUESTA 7.5
CH3 CHC6H5
CH CH CH3HBr
CH3 CHC6H5
CH CH2 CH3Br
CH3 CHC6H5
CH2 CH CH3
Br+
3-Bromo-2-fenilpentano 2-Bromo-4-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:
C6H5 CHBr
CH CH2CH3
Me
Lo más razonable es pensar que en uno de los carbocationes formados tiene lugar una transposición:
CH3 CH CHC6H5
CH CH3H+
CH3 CH CH
C6H5
CH2 CH3
+
1 2CH3 CH CH2
C6H5
CH CH3+
(1)
(2)
transp.CH CHC6H5 CH2 CH3
CH3+
Br_
Br_
CH3 CH CH2
C6H5
CH CH3
Br
CH CHC6H5 CH2 CH3
CH3Br
RA-5,6,7
511
Estereoquímica de la reacción con el carbocatión (1):
Me
C6H5
H
Br
CH3H
Me
HC6H5
Br_
4 21
2
CH CH CH3
H___Br Me
C6H5
HCH2 CH3
H+
1
2
CH2
(2S,4S)
Br
CH3HMe
HC6H5
4 2CH2
(2R,4S)
(4S)
4
Estereoquímica de la reacción con el carbocatión (2):
Me
C6H5
H
Et
H+ C6H5
HEtH
+Me
1
2
Me
HEt
Br
HC6H5
H
C6H5 Br
Et
H Me
12
Me
HEt
Br
HC6H5
H
Br C6H5
Et
H Me
12
Br_ (1S,2R)
(1R,2R)
1 2
21
1
2
Me
HC6H5
Et
H
+
H
C6H5
EtH
+
Me
1
2
Me
HEtBr
C6H5H
C6H5
H Br
Et
Me H
12
Me
HEt
Br
C6H5H
C6H5
Br H
Et
Me H
12
Br_ (1R,2S)
(1S,2S)
1 2
21
1
2
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 :
Cl
ClOH
HOH
H
(1S,2R)-
1
2 3
3,3-Dicloro-1,2-ciclohexanodiol
RA-5,6,7
512
La olefina se identifica también fácilmente en el resto de los estereoisómeros:
Cl
OHH
ClCl
ClH
OH OH
ClCl
HOH
H
OH
H
OH
H
(1R,2S,3S)(1S,2S) (1S,2R,3S)
1
1 122 2
3 3
El compuesto A sólo puede ser:
ClH
OH
H
(3S) 1-Cloro-3-hidroxiciclohexeno
ClH
Cl
H Cl
H
Cl
ClOH
H
Cl
OHH
Cl
Cl
ClH
OH
OH
ClCl
H
1 2
1 2
+
+
+
1
2
2
1
2
1
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
HO
HO
_
_
(1S,2R)
(1R,2S,3S)
(1S,2S)
(1S,2R,3S)
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
Cl
Cl
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:
Cl
H
H
OH
(1S,2S,3R) 1,3-Dicloro-1-fenil-2-hidroxiciclohexano
1
2 3
C6H5
Cl
RA-5,6,7
513
La olefina A es:
C6H5
Cl
A (3R) 3-Cloro-3-fenilciclohexeno
12
3
C6H5
Cl
Cl
C6H5
Cl
ClHO Cl
H
C6H5
Cl
H
OHA
+_
1
2 3
+
Apartado 2: La reacción de eliminación conduce a una olefina conjugada:
Cl C6H5
A
NaOHH2O
C6H5
+ HClH
B(C12H12) Esta olefina conjugada reacciona con HCl a través del carbocatión más estable:
C6H5
B
H+
C6H5H
H
+*
*(1)
C6H5
+
(2)
Cl_
Cl_
C6H5C6H5Cl
Cl
H
(pareja de enantiómeros) (pareja de enantiómeros)
C6H5Cl
Cl
C6H5
C6H5
Cl
1
2
2
1
+
(1)
_
3
3
(A) (3S)
racémico I
(3R)
RA-5,6,7
514
C6H5Cl
H
C6H5
C6H5
Cl
H
H
Cl
1
2 2
1
+
_
(3R)
(3S)
racémico II
3
3
1
1
RESPUESTA 7.8
H Cl HH H
H+
+
(1)
+
(2)
carbocatiónestabilizado
carbocatión no estabilizado
La reacción tiene lugar a través del carbocatión estabilizado (1):
HH+
HH
+
*
*
Cl_
Cl_
Cl
Cl
(adición 1,2)
(adición 1,4)
Las adiciones 1,2 y 1,4 conducen al mismo producto: el 3-Clorociclohexeno. Estereoquímica:
Cl
H
H
Cl
3
3
(3R)-3-Clorociclohexeno
(3S)-3-Clorociclohexeno
H+
2
1
Cl_
1
2(1)
3
(3R)-3-Clorociclohexeno
(3S)-3-Clorociclohexeno+
2
1 Cl_
1
2
H
Cl
H
H
Cl3
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
OHH
OH
CH2OH
1
3
H
OH
CH2
1
3-Hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol (1R)-3-Metilenciclohexanol
3
Apartado 1:
H
OH
CH2
1
(1R)-3-Metilenciclohexanol
3
H
OH
CH2
O OOs
OO
H
OH
CH2
O OOs
O O
H3O+
H3O+
H
OH
OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
OH
1
1
3
3
OsO4(1R,3R)
(1R,3S)
2
Se obtiene una mezcla de (1R,3R) y (1R,3S)-3-Hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol. Apartado 2:
H
OH
CH2
1
(1R)-3-Metilenciclohexanol
3
H
OH
CH2OH
OH
H
OH
OH
CH2OH
1
1
3
3
(1R,3S)
(1R,3R)
2
H
OH
CH2
O
H+
1 2
1)RCO3H
2)H3O+
1
2
H2O
Se obtienen los mismos estereoisómeros que en la reacción con OsO . 4
RA-5,6,7
516
RESPUESTA 7.10
OHH
OH
CH2Cl
1
3
H
OH
CH2
1
3-Clorometil-1,3- ciclohexanodiol (1R)-3-Metilenciclohexanol
3
H
OH
CH2
1
(1R)-3-Metilenciclohexanol
3
H
OH
CH2Cl
OH
H
OH
OH
CH2Cl
1
1
3
3
(1R,3S)
(1R,3R)
2
H
OH
CH2
Cl1
2
ClOH
+
carbocatión terciario incipiente
H
OH
CH2
Cl+
carbocatión terciario incipiente
HO_
HO_
La reacción también puede transcurrir a través del carbocatión primario incipiente, pero los productos sólo aparecerán en cantidades muy pequeñas:
H
OH
CH2
1
(1R)-3-Metilenciclohexanol
3
H
OH
Cl
CH2OH
H
OH
CH2OH
Cl
1
1
3
3
(1R,3R)
(1R,3S)
2
H
OH
CH2
Cl1
2
ClOH
+
carbocatión primario incipiente
H
OH
CH2
Cl+
carbocatión primario incipiente
HO_
HO_
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
CH2
CH2Cl
(adición 1,4)
Me
Me
CH2
CH2
Cl
Cl
Cl_
(adición 1,2)
+
+
+
HCl
CH21
2
1
2
(adición 1,4)(adición 1,2)
3-Metilenciclohexeno
Cl_
Cl_
Cl_
La reacción está sometida a control termodinámico; se obtiene una mezcla mayoritaria de las olefinas sustituidas en el doble enlace:
Me CH2Cl
Cl
3-Cloro-1-metilciclohexeno 1-Clorometilciclohexeno
y
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:
H
H
Cl
1
1
3
3
1
2
ClH
Me
Me
++
2
1
_
Cl
Me
Me
(3S)
2
2
(3R)
Resultado global: Productos mayoritarios: racémico del 3-cloro-1-metilciclohexeno y 1-clorometilciclohexeno.
RA-5,6,7
518
RESPUESTA 7.12 A(C H ) es un alqueno. Su reacción con OsO5 10 4 da lugar a un diol en el que los grupos OH están en posición syn:
2,3-Pentanodiol
CH3 CH CH CH2 CH3
OH OH
(1)
Me EtHH
(Z) 2-Penteno
(2R,3S)
HO
MeH
OH
HEt
H
Me OH2
Et OH
H
3
(2)
(2S,3R)
HO
Me H
OH
H Et
H
HO Me2
HO Et
H
3
A
HHMe Et
(1)Me Et
HHO O
OsOO
H3O+HO
MeH
OH
HEt
(2)Me Et
HH
O OOs
OO
H3O+
HO
Me H
OH
H Et
OsO4
Enantiómeros: (1) y (2)
A
La reacción de A con ácido peroxifórmico conduce a una adición neta anti de los dos grupos OH:
HO
Me H OH
HEt
HHMe Et
+
1 2
(3)
(4)2
1
O
Me EtHH
OH
EtHHO
HMe
H
1)HCO3H
2)H3O+
H2O
RA-5,6,7
519
(2S,3S) (2R,3R)
(racémico del 2,3-Pentanodiol)
H
HO Me2
Et OH
H
3
H
Me OH2
HO Et
H
3
+
La reacción de A con HOCl transcurre a través de cationes cloronio:
A
Enantiómeros: (5) y (7) ; (6) y (8)
Compuestos: (5) = (7) ; (6) = (8)
HHMe Et
+Cl
HO
Me H Cl
HEt
+
1 2
(5)
(6)2
1
Cl
Me EtHH
_
OH
EtHCl
HMe
HO
Cl
MeH OH
HEt
+
1 2
(7)
(8)2
1
XMe Et
HH_
Cl
EtHHO
HMe
HO
(5)(2S,3S)
+ (racémico del 3-Cloro-2-pentanol)
H
HO Me2
Et Cl
H
3
H
OHMe2
EtCl
H
3
(7)(2R,3R)
(6)(2R,3R)
+ (racémico del 2-Cloro-3-pentanol)
H
Me Cl2
HO Et
H
3
H
MeCl2
OHEt
H
3
(8)(2S,3S)
RA-5,6,7
520
RESPUESTA 7.13 Apartado 1:
**
*
*
**
+
1
2
2
1
(9 carbonos conjugados)
[carbocatión más estable]
(7 carbonos conjugados)
CH CH CH CH C6H5
CH CH CH+
*
*
*
H+
C6H5
C6H5CH2 HC CH C6H5CH2CH
(E)-3-Bromo-1,4-difenil-1-buteno (E)-1-Bromo-1,4-difenil-2-buteno
CH2 CH CH CH C6H5+
CH2 CH CH+CH C6H5
Br_
H
H
C6H5
C6H5CH2 CHBr
H
H
C6H5CH2
CH C6H5
Br
C6H5
Br_
C6H5
Supongamos que la configuración del 1,4-Difenil-1,3-butadieno es (1E,3E):
H
HH
C6H5H
C6H51 3
(1E,3E)
C6H5CH2
H
HHC6H5
+* *
(1)
C6H5CH2H
C6H5H
BrH
3
C6H5CH2
BrH
C6H5
H
H
(E) (3R) 3-Bromo
(E) (3S) 3-Bromo
C6H5CH2
H
HHC6H5
+*
*(2)
C6H5CH2Br
H
(E) (1R) 1-Bromo
3
H
C6H5H
1
C6H5CH2
H
(E) (1S) 1-Bromo
H
1Br
C6H5H
H+Br
_
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-1,4-difenil-2-buteno. Tal como indica el enunciado. Si la configuración del dieno fuese (1E,3Z) el resultado sería el siguiente:
H
HC6H5
HH
C6H5
1 3
(1E,3Z)
C6H5CH2
H
HC6H5
H
+* *
(1)
C6H5CH2 C6H5
HH
BrH
3
C6H5CH2
BrH
H
C6H5
H
(Z) (3R) 3-Bromo
(Z) (3S) 3-Bromo
C6H5CH2
H
HC6H5
H+
*
*(2)
C6H5CH2Br
H
(E) (1S) 1-Bromo
3
H
HC6H5
1
C6H5CH2
H
(E) (1R) 1-BromoH
1
Br
HC6H5
H+Br
_
Br_
Ahora también se obtiene el racémico del (E)-1-Bromo-1,4-difenil-2-buteno, pero el otro racémico corresponde al (Z)-3-Bromo-1,4-difenil-2-buteno, y no al estereoisómero (E). Apartado 2
+
(reacción con HO- del H2O) (reacción con Cl-)(E) (racémico)
CHBr
CH CH CH2 C6H5HClH2O
CHBr
CH2 CH2 CHOH
C6H5 CHBr
CH2 CH2 CHCl
C6H5C6H5 C6H5 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:
+
(1)
C6H5 CH CHBr
CH CH2 C6H5
1 2
1
2
C6H5 CH CH2
BrCH CH2 C6H5
C6H5 CH CHBr
CH2 CH2 C6H5
(2)
+
RA-5,6,7
522
(carbocatión más estable)
C6H5 CH CH2 CH CH
H
C6H5
Br+
(1)
C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
Br +
HO
Cl
_
_
C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
Br OH
C6H5 CH CH2 CH2 CH C6H5
Br Cl
Configuración absoluta de los estereoisómeros:
4
CH2CH2
Br
C6H5H
C6H5
H+ HO_
CH2CH2
Br
C6H5H
C6H5H
OH
1 (1R,4R)
4CH2CH2
Br
C6H5H
OH
H C6H5
1 (1R,4S)
2
1
1
2
(1R)
4
CH2CH2
C6H5
Br H
C6H5
H+ HO_
CH2CH2
C6H5
Br H
C6H5H
OH
1 (1S,4R)
4CH2CH2
C6H5
Br H
OH
H C6H5
1 (1S,4S)
2
1
1
2
(1R)
RESPUESTA 7.14 Reacción 1: Se obtiene un racémico [A + B] del 1,2-Dicloro-3-fenilpropano:
1 2[(2R) + (2S)]
*CH CH2
CH CH2
Cl +
CH CH2Cl+
CH CH2Cl
ClCl+
1
2
Cl_
C6H5CH2
C6H5CH2
C6H5CH2
C6H5CH2
RA-5,6,7
523
HHC6H5CH2 H
1
2
Cl
C6H5CH2
H HH+
Cl
C6H5CH2
H
C6H5CH2H
Cl
1
2
+H
H
Cl
CH2Cl
CH2Cl
Cl_
Cl_C6H5CH2
H
Cl+
(2R)
(2S)
Reacción 2:
1 2
C6H5 CH CH CH3
C6H5 CH2 CH CH3
C6H5 CH CH2 CH3
+
+
(1)
(2)
(carbocatión estabilizado)
Br_
Br_
C6H5 CH2 CH CH3
Br
C6H5 CH CH2 CH3
Br
[A + B]
[C + D]
H3O+
1
2
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:
1
2
BrH
H
Br
BrH
H
BrBr
H
H
H
H
+
+
+
1
2
(1)
(2)
[1]
[(A + B) + (C + D)]
(3)
Br_
H
Br
BrH
[1]
[(A + B) + (C + D)]
H
Br
[2]
[(E + F) + G]
H
Br
Br Br_ _
Br+
RA-5,6,7
524
Estereoquímica de los carbocationes (1), (2) y (3):
+
(1)
H
Br
+
(1)
Br
H
H
Br
+
(2)
+
(2)
Br
H
H
Br+
(3)
Br
H+
(3) Los dos carbocationes (1) dan lugar a los cuatro estereoisómeros posibles del 3,4-Dibromociclopentano:
3
4 44 4
33 3
(A) trans (3S,4S) (C) cis (3S,4R)(B) trans (3R,4R) (D) cis (3R,4S)
H
Br
Br
H
H
Br
Br
H
H
Br
H
Br
Br
H
Br
H
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:
H
Br3
Br
H
Br
H
H
Br
Br
H
Br
H
(E) trans (3R,5R) (F) trans (3S,5S) (G) cis (3R,5S)(MESO)
3 35 5 5
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:
CH3 CH CH CH3 CH3 CH CH CH3
OH OH
RA-5,6,7
525
(2R,3R)
H
Me OH
HO Me
H
2
3 HO MeH
OHHMe
2
3
OH
MeHHO
HMe
2 3 HHMe Me
(Z)
(2R,3R)
(2S,3S)
H
HO Me
Me OH
H
2
3 OHMeH
HO HMe
2
3
HO
Me H OH
HMe
2 3 HHMe Me
(Z)
(2S,3S) El compuesto A es el estereoisómero (Z) del 2-Buteno. Por consiguiente, el estereoisómero (E) debe ser el compuesto B:
(E)B
MeHMe H
(2R,3R)Me H
MeHO O
OsOO
H3O+HO
MeH
OH
MeH
(2S,3S)Me H
MeH
O O
OsOO
H3O+
HO
MeH
OH
MeH
OsO4
Apartado 2: La reacción del estereoisómero A(Z) con HCl transcurre a través de carbocationes:
H Cl +H2O H3O++ (electrófilo) Cl_
(nucleófilo)
CH3 CH CH CH3H+
CH3 CH2 CH CH3+ Cl
_CH3 CH2 CH CH3
Cl
*
carbono asimétrico
HHMe Me
1
2
H
MeH Me
H+
1
2
H
MeH
MeH
H MeH
HMe Cl
+
2
1 (1)
Cl
H_
(2)
Cl
2
2
Cl
Me H
C3
23
3
Cl
Me H
C3
2
(2S)
(2R)
RA-5,6,7
526
RESPUESTA 7.16 Reacción 1:
*
2,3-Hexanodiol
Me CH CH Pr + OsO4 Me CH CH PrOH OH
*
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros:
B(E)
PrHMe H
(1)(2R,3R)Me H
PrHO O
OsOO
H3O+HO
MeH
OH
PrH
(2)(2S,3S)Me H
PrH
O O
OsOO
H3O+
HO
MeH
OH
PrH
OsO4
Reacción 2:
*1-Bromo-1-feniletano
H2C CH C6H5 + HBr CH3 CH C6H5
Br
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros:
H C6H5
HH+ H+ Me
C6H5
H+
Me
Br
C6H5H
Me
Br
C6H5H
(4) (2S)
(3) (2R)
1
2
1
2 2
2
Br_
Reacción 3:
Me
Me
Me
Me
HCl
1,2-Dimetilclorociclohexano
+ HCl*
*
RA-5,6,7
527
Estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros cis/trans:
2
+
1
2
2
1
2
1
H
Me Me
1
2
+
Me
H Me
1
+
Me Me2
1
H
Me
Me
Cl
Me
H
Cl
Me
Me
H
Me
Cl
_
_
Cl
Cl
(6) cis (1S,2R)
(7) cis (1R,2S)
1
1
1
2
2
2
(8) trans (1S,2S)
H
Me
Cl
Me
(5) trans (1R,2R)
12
H
Reacción 4:
Me HCO3H
Me
OH3O+ OH
OH
Me
**
1-Metil-1,2-ciclopentanodiol
H2OMe
++
HH H H
O H
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros trans:
(9) (1S,2S)
(10) (1R,2R)
1
2
1
Me H OH H
Me OH
Me OH
OH H
OHMe
+
1 2
H
1)HCO3H
2)H3O+
H2O
1
2
2
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
OH
OH
HOH
MeH
OHH
OHMe
OH
(1R,2R,3S) (1S,2S,3S)
3
21
(3S) 3
21
(3S)
El estereoisómero (A) es el (3S)-1-Metil-3-hidroxiciclohexeno:
H
OHMe 1 2
3
(A) (3S) Reacción de hidroxilación:
OH
Me
OH
Me
O
OH
Me
O
OH
MeOHOH
HC6H5CO3H H3O+ H2O
H+
1
2
+2
1
1
Me
OH
Me
H
OH
Me
OH
OH
H
MeOH
1)C6H5CO3H
2)H3O+
H2OH
OH
(A) (3S)
H
OH
H
OH
H
OH
2
3
3
21
(1S,2S,3S)
(1R,2R,3S) Apartado 2: El enantiómero de (A) es el (3R)-1-Metil-3-hidroxiciclohexeno:
OH
HMe
(3R)
1 2
3
La reacción con HBr acuoso transcurre a través de carbocationes:
H+( electrófilo) + Br (nucleófilo)_
HBrH2O
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
OHH
Me
OH
HH
Me
OH
Br
Me+
(carbocatión más estable)
Br_
H+
OH
HMe
OH
HMe
H
HH
+
1
3
+
(carbono menos sustituido) (carbocatión más estable)
C2
H+
OH
HMe
H
H+
OH
HMe
OH
H
Me
1
2
Br
Br
1
1
3
3
(1S,3R)
(1R,3R)
Br_
1
2
RESPUESTA 7.18 Reacción 1:
*2,3-heptanodiol
Me CH CH Bu + OsO4 Me CH CH BuOH OH
*
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros.
(E)
BuHMe H
(1)Me H
BuHO O
OsOO
H3O+HO
MeH
OH
BuH
(2)Me H
BuH
O O
OsOO
H3O+
HO
Me H
OH
BuH
OsO4 (2R,3R)
(2S,3S)
RA-5,6,7
530
Reacción 2:
*1-Bromo-1-fenilpropano
CH3 CH CH C6H5 + HBr CH3 CH2 CH C6H5
Br
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros (es indiferente partir del estereoisómero (Z) o del (E)
3
+ H+ EtC6H5
H+
Et
Br
C6H5
H1
2
(4)
HHCH3 C6H5
_
Et
Br
C6H5H
(3)1
2
Br
(3S)
3
(3R)
Reacción 3:
Et
Et
Et
Et
HCl
1,2-Dietil-1-clorociclohexano
+ HCl*
*
Estereoisómeros: dos parejas de enantiómeros cis/trans:
trans (1S,2S)
2
(5)
(6)
(7)
(8)
+
1
2
2
1
2
1
H
Et Et
1
2
+
Et
H Et
1
+
Et Et2
1
H
Et
Cl
Et
H
Et
Et
Cl
Et
H
Cl
Et
Et
H
Et
Cl
_
_
Cl
Cl
trans (1R,2R)
cis (1S,2R)
cis (1R,2S)
H
RA-5,6,7
531
Reacción 4:
1-Etil-1,2-ciclopentanodiol
HCO3H
Et
H+
Et
H
OH3O+
Et
H
O H+
H
OH
OH
Et
**
H2O
Estereoisómeros: una pareja de enantiómeros trans:
2
1 (9)
(10)
Et H OH H
Et OH
Et OH
OH H
OHEt
+
1 2
H
1)HCO3H
2)H3O+
H2O
1 2
21
(1S,2S)
(1R,2R) RESPUESTA 7.19 Apartado 1:
CH3 CHC6H5
CH CH21)RCO3H
2)H3O+CH3 CH
C6H5
CH CH2
OH
+
H2OCH3 CH
C6H5
CH CH2OHOH
(3R)
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 CH3[3]
CHOHCH2OH[1]
3 CHOHCH2OH
Me
C6H5
HCH
Me
C6H5
HCH2
(3S)
H[4]
[1]C6H5 CH3[3]
CH=CH2[2]
3
(3S)
3 3
(3R) (3R) Por consiguiente, el 3-Fenil-1-buteno tendrá configuración (3S):
CH
Me
C6H5
HCH2
(3S)-3-Fenil-1-buteno
3
RA-5,6,7
532
Reacciones:
Designamos por R el radical CH3 CHC6H5
: La reacción transcurre con regioselectividad Markovnikov (se forma el carbocatión incipiente más estable: el secundario):
H H
HR 1)RCO3H
2)H3O+
H H
HR
O
H H
HRO
H
H
H2O
H2O
HO
H R OH
HH
HO
HR OH
H H
+
+
(1)
(2)
HOCH2
HHO
Me
C6H5H
OH
HOCH2 H2
H Me
C6H5
3CH2OH
H
HO
R
(1)
RH
HOCH2
HO
(2R,3R)
2 3
(3R)
OH
H CH2OH
3H Me
C6H5
2HOCH2
HHO
Me
C6H5H
CH2OH
H
HO
R
(2)
R
H
HOCH2
HO
(2S,3R)
2 3
(3R)
Apartado 2: La reacción de las olefinas con haluros de hidrógeno transcurre a través de carbocationes con regioselectividad Markovnikov:
CH3 CH CH
C6H5
CH2H+
CH3 CH CH
C6H5
CH3+ Br
_CH3 CH CH
C6H5
CH3
Br
3-Fenil-1-buteno 2-Bromo-3-fenilbutano* *
carbocatión secundario no estabilizado
*
[transposición]
C6H5 CH CH CH3+ CH3
carbocatión secundario estabilizado por C6H5
Br_
C6H5 CH CH CH3
CH3Br
*1-Bromo-1-fenil-2-metilbutano
RA-5,6,7
533
Carbocatión secundario estabilizado por deslocalización de la carga:
C6H5 CH CH CH3+ CH3
CH CH CH3
CH3+
*
*
*
*sistema conjugado de siete carbonos
CH CH*
*
*
*
+...
CH3CH3
Estereoquímica:
Me
C6H5H CH3
H+
1
2
Me
MeH
C6H5H
Me MeH
HC6H5 Br
+
2
1
Br
H_
CHH
C6H5
Me
CH2Br
(2S,3R)
(2R,3R)
H
C6H5 Me3
Me Br
H
2
H
C6H5 Me3
Br Me
H
2
(3S)
3
23
23
transposición de CH3
(1S)
H[4]
[2]C6H5 Br[1]
CHMe2[3]
Me
CH3HC6H5
H +
1
2
Br
C6H5H
Br
HC6H5
2
1
_Br
(1S)
CHMe2
CHMe2
1
H[4]
C6H5[2][1]Br
CHMe2[3]
1
(1R) (1R) RESPUESTA 7.20 Apartado 1:
CH3 CHC6H5
CH CH1)OsO4
2)KOH, H2OCH3 CH
C6H5
CH CH
OH(4S)
OHCH3CH3
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
(4S)
C6H5[2]
[4]H CH3[3]
CHOHCHOHCH3[1]
4 CH__CH
C6H5
CH3
HCH
C6H5
CH3
HCH
C6H5[1]
[4]H CH3[3]
CH=CHCH3[2]
4
(4S)(4R)-4-Fenil-2-penteno
4 4 CH3
OHCH3
OH
(4R) Por consiguiente, el 4-Fenil-2-penteno tendrá configuración (4R):
CH
C6H5
CH3
HCH
(4R)-4-Fenil-2-penteno
4CH3
Reacciones:
Designamos por R el radical CH3 CHC6H5
da lugar a la adición sin de dos grupos OH al doble enlace: La reacción de la olefina con OsO4
R CH CH CH31)OsO4
2)KOH, H2O
H
R OH
2CH3 OH
H
3
H
RHO
2 CH3HO
H
3
(2S,3R)
(2R,3S)
R CH3
OHHO
H H
R CH3
OHHO
H H
2
2
3
3
R CH3
HH
R CH3
HH
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
La configuración absoluta del 4-Fenil-2-penteno será (Z) (4R):
C6H5
CH3
H
H
HCH3
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
RA-5,6,7
535
Apartado 2: La reacción con bromo transcurre a través de un catión bromonio:
CH3 CH
C6H5
CH CH CH3Br2
CH3 CH
C6H5
CH CH CH3
Br+
Br_
CH3 CH
C6H5
CH CH CH3
Br
Br
2,3-Dibromo-4-fenilpentano(4R)
Estereoquímica:
Designamos por R el radical CH3 CHC6H5
R CH3
HH
(Z) (4R)-4-Fenil-2-penteno
Br2
R CH3
HHBr+
1 2
R
CH3
Br
Br
H
H
23
CH3
R
Br
Br
H
H
23
(1)
(2)
H
Br CH32
R Br
H
3
(2S,3S)
H
BrCH32
RBr
H
3
(2R,3R)
Br_
Configuración absoluta de los productos obtenidos:
R
CH3
Br
Br
H
H
23
(1)
(2S,3S)
Br CH3
BrR
H H23
C6H5
Br
CH3Br
CH3
HH
H
(4S)
C6H5[2]
[4]H CH3[3]
CHBr[1]
4
(2S,3S,4S)
234
CH3
R
Br
Br
H
H
2 3
(2)
(2R,3R)
Br CH3
BrR
H H
C6H5
Br
CH3Br
H
HH
CH3
(4S)
C6H5[2]
[3]CH3 H[4]
CHBr[1]
4
(2R,3R,4S)
234
RA-5,6,7
536
8. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN GRUPOS CARBONILO
RESPUESTA 8.1 Secuencia 1:
Me OH
OCH2N2 Me O
O
MeC2H5NH2 Me NH
O
MeHLiAl(OEt)3 Me H
O
Secuencia 2:
MeOH
O
PCl3Me
Cl
O
Me CO2HMe
OMe
O O
C6H5 NH2
MeHN C6H5
O
H3O+
H2OMe
OH
O+ C6H5 NH2
Secuencia 3:
C6H5 Cl
OH3O+
H2O C6H5 OH
OC6H5Li
C6H5 C6H5
O
Secuencia 4:
O
ONH3
H2O NH2
O
OH
H3O+
H2O OH
O
OH
H3O+
H2O O
O
Secuencia 5:
C6H5 O C6H5
O OC6H5 OH
C6H5 O C6H5
OMeNH2 C6H5 N
HMe
O
H3O+
H2OC6H5 OH
O
Me Li C6H5
OMe
537 RESPUESTA 8.2
CH3 CH COCH3
CO2Et 1)
2)
1)LDA
2)ICH3
+H3O
NH3 CH3 CH CONH2
CH3
+H3O
CH3Li
1)
2)
1)
Q
1)HO_
+2)H3O
CH3CH2CO2H
CH3NH2
HO (dil.)_
+2)H3O
CH2CH3
CO2HCH COCH3CH3 CH2 COCH3CH3
EtO_
CH3COClCH3CH2CO2Et
PCl3
CH3CH2COCONH2
HLiAl(OEt)3
CH2CH3 CHO
CH3
CH COCH3 CH2 COCH3
HNa
CH3CO2EtCH3 CH COCH3
CH3
CH3 CH CO2HCH3
SOCl2
CH3 CH COClCH3
HLiAl(OCMe3)3
CH3 CH CHOCH3
EtOH
CH3 CH CO2EtCH3
CH3CH2CO2H
CH3CH2COCl
O COCH2CH3
538
RESPUESTA 8.3
CO2Et
R
R O
O
H: C
O
Cl
OEt R O
O
HC
O
Cl
OEt
_
+R O
O
H
C
O
OEt+
H2O :
R O
O
C
O
OEt
CO2Et
OOCO2Et
R O
O
OEt
O
NH3
R O
O
OEt
O
NH3
_
+
O OEt
O_
+R NH3
O+
H2OHO OEt
O
+ R NH2
O
CO2Et
NH2O
RESPUESTA 8.4 Secuencia 1:
C6H5 Me
O
H CO2Et
1)HNa
2)C6H5 H
O O
C6H5_CO_CH2
_CHO
Secuencia 2:
C6H5 Me
O1)HNa
2)
C6H5_CO_CH2
_CO2Et
OEt
OEtO
C6H5 OEt
O O
Secuencia 3:
C6H5 Me
O
C6H5_CO_CH2
_CO_CO2EtC6H5
O O1)HNa
2)EtO2C_CO2EtOEt
O
RA-8,9,10
539
Secuencia 4:
C6H5 Me
O1)HNa
2)C6H5CO2EtC6H5
_CO_CH2_CO_C6H5C6H5 C6H5
O O
RESPUESTA 8.5 Secuencia 1:
CH3CO2EtMe
COCl2)
1)LDAMe
CO2EtO
H3O+
QMe Me
O
2-Pentanona Secuencia 2:
CH3CH2CH2CO2EtCH3COCl
1)LDA
2)Me Me
CO2Et
OH3O+
QMe Me
O
2-Pentanona Secuencia 3:
CH3CO2Et1)LDA
2)Me COClMe CO2Et
O
H3O+
QMe
Me
O
2-Hexanona Secuencia 4:
CH3CH2CH2CO2EtCH3CH2COCl
1)LDA
2)Me
Me
CO2Et
OH3O+
QMe
MeO
3-Hexanona RESPUESTA 8.6 Secuencia 1:
Me Me
O1)HNa
2)CH3CO2EtMe Me
O O
Secuencia 2:
1)HNa
2)Me Me
O
CH3CH2CO2EtMe
MeO O
Secuencia 3:
C6H5 Me
O
C6H5CO2Et
1)HNa
2)C6H5 C6H5
O O
RA-8,9,10
540
Secuencia 4:
C6H5
OMe
1)HNa
2)C6H5CO2EtC6H5 C6H5
Me
O O
Secuencia 5:
C6H5 Me
O1)HNa
2)C6H5CH2CO2EtC6H5
C6H5
O O
Secuencia 6:
C6H5
OMe
1)HNa
2)C6H5CH2CO2EtC6H5
C6H5
Me
O O
RESPUESTA 8.7 Secuencia 1:
C6H5 Me
O
A(C8H8O)
+ C6H5 CO2Et
O
B(C9H10O2)
EtO_
C6H5 C6H5
O O
Secuencia 2:
C6H5 CO2Et + C6H5 CO2EtEtO
_
C6H5 CO2EtO
C6H5
Secuencia 3:
COOEt
OEt
Carbonato de dietilo
C6H5 CO2Et +EtO
_
C6H5
CO2Et
CO2Et
Secuencia 4:
MeO
+EtO
_ MeO
CHOH C
OOEt
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:
C2H5 COH
CHBr
CH3
2-Bromo-3-metil-3-pentanol
HO_
C2H5 C
O
CH
Br
CH3
_
SN2C2H5 C
O
CH CH3H3O+
CH3 CH3CH3
3-Metil-2,3-epoxipentano
C2H5
C
O
CH CH3
H+
HOMe
C CH CH3
OH
OMe+
H2OC2H5 C CH CH3
OH
OMe
+ H3O+
CH3
C2H5
CH3 CH3
3-Metil-3-metoxi-2-pentanol
H
Estereoquímica:
OH
MeEt
Br
MeH
2 3
(2R,3R)
2 3HO_ O
MeEt
Br
MeH
2 3
_
SN2O
MeEtMe
H2 3
(2S,3R)
MeOHH3O+
OMe
MeEtHO
MeH
(2S,3S)
OH
EtMe
Br
HMe
2 3
(2S,3S)
2 3HO_ O
EtMe
Br
HMe
2 3
_
SN2O
EtMe
H
Me 2 3
(2R,3S)
MeOH
H3O+
OMe
EtMeHO
HMe
(2R,3R)
OH
MeEt
Br
HMe
2 3
(2S,3R)
2 3HO_ O
MeEt
Br
HMe
2 3
_
SN2O
MeEtH
Me2 3
(2R,3R)
MeOHH3O+
OMe
MeEtHO
HMe
(2R,3S)
OH
EtMe
Br
MeH
2 3
(2R,3S)
2 3HO_ O
EtMe
Br
MeH
2 3
_
SN2O
EtMeMe
H2 3
(2S,3S)
MeOH
H3O+
OMe
EtMeHO
Me H
(2S,3R) RESPUESTA 9.2
CH3 CHOH
CHCl
CH3
3-Cloro-2-butanol
HO_
CH3 CHO
CH
Cl
CH3
_
SN2CH3 CH
O
CH CH3H3O+
RA-8,9,10
542
CH3 CH
O
CH CH3
H+
OH2
CH3 CH CH CH3OH
OH2+
H2OCH3 CH CH CH3
OH
OH+ H3O+
Estereoquímica:
HO
Me H Cl
MeH
HO_
(2S,3R)
2 3
O
Me H Cl
MeH
2 3
_
SN2
OMeH Me
H
2 3
A(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
H3O+
OMeH Me
H
H+
H2O
OMeH Me
H
H
+
HO
MeH
OH
MeH
HO
Me H OH
MeH
MeH
O
Me
H
OMeH
MeH
1
2
B(2R,3S) (MESO)
B(2S,3R) (MESO)
1 2
H2OH
H2O+
H
OH2
+
H2O
HO
MeH
OH
MeH
(2R,3S)-2,3-Butanodiol
OMeH Me
H
2 3
A
(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
B
RESPUESTA 9.3 El anion bromuro es un buen nucleófilo y reacciona con el epóxido protonado:
CH3 CHOH
CHCl
CH3
3-Cloro-2-butanol
HO_
CH3 CHO
CH
Cl
CH3
_
SN2CH3 CH
O
CH CH3H3O+
CH3 CH
O
CH CH3
H+
Br
CH3 CH CH CH3OH
Br
_
RA-8,9,10
543
Estereoquímica:
HO
Me H Cl
MeH
HO_
(2S,3R)
2 3
O
Me H Cl
MeH
2 3
_
SN2
OMe
H Me
H
2 3
A
(2S,3S)-2,3-Dimetiloxirano
H3O+
OMeH Me
H
H+
OMeH Me
H
H
+
Br
MeH
OH
MeH
HO
Me H Br
MeH
MeH
O
Me
H
OMeH
MeH
1
2
B(2R,3S)
B(2R,3S)
1 2
BrH
Br
H
Br
_
23
32
RESPUESTA 9.4 B sólo puede un epóxido y A un bromoalcohol:
OHHMe
H MeH2N
(2R,3S)
OH
Me H
Me
B (2R,3R)
23 3 2
HO
HMe Br
HMe
A (2R,3S)
2 3
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)
CH3 CHOH
CHBr
CH3
3-Bromo-2-butanol
HO_
CH3 CHO
CH
Br
CH3
_
SN2CH3 CH
O
CH CH3NH3
SN2CH3 CH
NH3
CH
O
CH3
+
_
CH3 CH
NH2
CH
O
CH3+
_
HH3N:
H OH
CH3 CH
NH2
CH
OH
CH3 + NH4 + HO_+
Estereoquímica:
HO
HMe Br
HMe
HO_
(2R,3S)-3-Bromo-2-butanol
2 3
O
HMe
Br
HMe
2 3
_
SN2
OHMe H
Me
2 3
(2R,3R)-2,3-Epoxibutano
A B
RA-8,9,10
544
OH
Me H
Me
(2R,3R)-2,3-Epoxibutano
1 2OH
Me
H MeH3N
_
+
O MeH
MeH
NH3
_
+
H2O
H2O
OHHMe
H MeH2N
HO MeH
MeH NH2
(2R,3S)
(2R,3S)
NH3, H2O
SN2
1
2
2
2
3
3
NH3
NH3
RESPUESTA 9.5 C sólo puede un epóxido y A / B los estereoisómeros de un bromoalcohol :
OH
Br
HO_
OMeO Na
_ +
MeOH
OH
OMe
A / B C Mecanismo de la reacción:
O
BrO
OH
OMe
H OH_ O
Br
_
MeO_
OH H
OMe
H OH
H
H
OH H
MeO
OH
H
H
Br
OH
H
H
Br
1
1
2
2
(1S,2S)
(1R,2R)
1 2
2
1
MeO_
A (1R,2R)
B (1S,2S)
1
1
2
2
C(1R,2S)
HO_
HO_
(MESO)
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:
OH
Br
HO_
O
_MeOH OH
OMe
A
Me Me
Me
B
MeOHH3O+
OMe
OH
Me
C
MeO
1
2
1
2
Estereoquímica:
OMe H
Me
OH H
MeO
OH
Me
H
Br
1 2
(1R,2R)
(1R,2R)
1 2
A
HO_
MeO Na+, MeOH_
SN2
1-Metil-2-metoxi-ciclohexanol
B
1-Metil-1,2-epoxiciclohexano
1 2
(1R,2S)
OMe H
A
1-Metil-1,2-epoxiciclohexano
1 2
(1R,2S)
MeOH
H3O+OMe
Me OH
H
2 1
(1S,2S)
2-Metil-2-metoxi-ciclohexanol
C
RESPUESTA 9.7 Síntesis de (1) y (2):
Br
Br COMe
CO2Et
_CH
CO2Et
COMe
Br
C CO2Et
COMe
Br
_COMe
CO2EtEtO_
Hidrólisis ácida con álcalis concentrados:
EtO2C
Me
O
OH_
EtO2C
MeO
OH
_CO2Et
:_+ Me C OH
O
RA-8,9,10
546
CO2Et
:_ H OHCO2Et
H
1)HO_
2)H3O+
CO2H
(1)
Hidrólisis cetónica con álcalis diluidos:
COMe
OH_EtO O
COMe
HO O
CO2COMe
(2)
_
Síntesis de (3) y (4):
Br
MeCO2Et
O
_Me
CO2Et
O
HO (con.)_
HO (dil.)_
CO2H
Me
O
(3)
(4)
Síntesis de (5) con éster acetilacético:
MeCO
CO2Et
_ Br
Br
MeCO
CO2Et
BrH
MeCO
CO2Et
Br
_:B
MeCO
CO2Et CO2HHO (con.)
_
(5)
Síntesis de (5) con malonato de dietilo:
Br
Br CO2Et
CO2Et
_
Br
CO2Et
CO2EtH
EtO_
Br
CO2Et
CO2Et_
CO2Et
CO2Et
1)HO_
2)H3O+
CO2H
CO2H
CO2
QCO2H
(5)
_
RA-8,9,10
547
Síntesis de (6) con malonato de dietilo:
Br
BrCO2Et
CO2Et_
Br
CO2Et
CO2EtH
EtO_
Br
CO2Et
CO2Et_CO2Et
CO2Et
(6)
Síntesis de (7) con malonato de dietilo:
EtO2C
CO2Et
CO2Et
CO2EtBr
Br _
_
CO2Et
CO2EtCO2Et
EtO2C H H
_EtO
EtO2C
CO2EtCO2Et
EtO2C __
Br
Br
CO2Et
CO2Et
EtO2C
EtO2C1)HO
_
2)H3O+
CO2HHO2C
HO2C CO2H
2CO2
Q
CO2H
CO2H
(7)
_
Síntesis de (8) con malonato de dietilo:
Br
BrCO2Et
CO2Et_
Br
CO2Et
CO2EtH
EtO_
Br
CO2Et
CO2Et_CO2Et
CO2Et
CH2OH
CH2OHH4AlLi HBr
Br
Br
CO2Et
CO2Et
_
CO2EtCO2Et
Br
H
_EtO
CO2EtCO2Et
Br
_CO2Et
CO2Et
(8)
RA-8,9,10
548
RESPUESTA 9.8
CO2H
(C4H6O2)
CO2Et
G(C9H14O4)
EtO2CEtO2C CH2 CO2Et
(F)
HO2C CH2 CO2H NC CH2 CO2Et
E(C3H4O4) B(C5H7O2N)
Me CH
C6H5
CH2CO2H
Ác. (3R)-3-fenilbutanoico
*Me C
C6H5
*CH
CO2H
CO2H Me C
C6H5
*CH
CN
CO2Et*
(C10H12O2) D(C11H12O4) C(C13H15O2N)
El haluro de alquilo A tiene que ser: Me CH
C6H5
Br*
(C8H9Br)
Reacciones:
NC CH
CO2Et
_CH
C6H5
Br
Me
SN2NC CH
CO2Et
(B) (A)(C)
*CH MeC6H5
*
H3O+
Me CHC6H5
CHCO2H
CO2H*
(D) (3R)
QMe CH
C6H5
CH2CO2H Ác. (3R)-3-fenilbutanoico3
NC CH2 CO2EtH3O+
HO2C CH2 CO2HEtOH
H3O+ EtO2C CH2 CO2Et
(B) (E) (F)
2)BrCH2CH2Br
1)EtO_
EtO2C CO2Et
H3O+
Q
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 CO2Et
_ Br
H
C6H5Me
SN2H
HEtO2C
C6H5
NC
Me
CO2EtNCH
HC6H5Me
(minoritario)A(1R) C(2S,3R)(B)
2 3
RA-8,9,10
549
H
EtO2C CN
_ Br
H
C6H5Me
SN2H
HNC
C6H5
EtO2C
Me
CNEtO2CH
HC6H5Me
(mayoritario)A(1R) C(2R,3R)(B)
2 3
RESPUESTA 9.9
R CO CH
CO2Et
R'
_1)HO (conc.)
2)H3O+ R CO2H + R' CH2CO2H
R CO CH
CO2Et
R'
_1)HO (dil.)
2)H3O+ R COCH2 R' + CO2
Apartado 1:
A(C8H14O3)2)H3O+1)HO (conc.)
CH3 CO2H CH3CH2 CH2CO2H+
_
1. R = CH3 ; R' = CH2CH3 : CH3 CO CH
CO2Et
CH2CH3
(A)
2. R = CH2CH3 ; R' = CH3 : CH3CH2 CO CH
CO2Et
CH3no puede ser A ; en la hidrólisis sólo se obtendría ácido propanoico
B(C13H14O4) + CO22)H3O+
1)HO (dil.)C6H5 COCH2 COCH3
_
1. R = C6H5 ; R' = COCH3 : C6H5 CO CH
CO2Et
COCH3
(B)
2. R = COCH3 ; R' = C6H5 : CH3CO CO CH
CO2Et
C6H5no puede ser B ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
C(C11H18O5)1)HO (conc.)
2)H3O+CH3CH2 CO2H + HO2CCH2 CH2CO2H
_
1. R = CH3CH2 ; R' = CH2CO2H : CH3CH2 CO CH
CO2Et
CH2CO2Et
(C)
RA-8,9,10
550
2. R = CH2CO2H ; R' = CH3CH2 : CH2 CO CH
CO2Et
CH2CH3EtO2Cno puede ser C ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
D(C9H14O4) + CO21)HO (dil.)
2)H3O+ CH3 COCH2 CH2COCH3
_
1. R = CH3 ; R' = CH2COCH3 : CH3 COCH
(D)
CO2Et
CH2COCH3
2. R = CH2COCH3 ; R' = CH3 : CH3COCH2 COCH
CO2Et
CH3
no puede ser D ; no se obtendrían los mismos productos en la hidrólisis
E(C5H8O3)1)HO (dil.)
2)H3O+ + CO2H COCH2 H
_
R = H ; R' = H :
(E)
H COCH2 CO2Et
Apartado 2:
CH3CH2Br
ClCH2COCH3
HCO2Et
CH3CO2Et
CH3COCH2CO2Et
CH3CH2COCH2CO2Et
BrCH2CO2Et
C6H5COCl
Producto β-cetoéster
A
D
E
E
A, B, D
C
C
B Síntesis de los β-cetoésteres:
CH3COCH
CO2Et
CH2 Br
CH3_
CH3COCH
CO2Et
CH2CH3A
RA-8,9,10
551
CH3COCH
CO2Et_
C
C6H5
Cl
O
CH3COCH COC6H5
CO2Et
B
CH3CH2COCH
CO2Et_
CH2 Br
CO2Et
CH3CH2COCH
CO2Et
CH2CO2EtC
CH3COCH
CO2Et_
CH2 Cl
COCH3
CH3COCH
CO2Et
CH2COCH3D
EtO2C_
C OEt
O
H
CH2 EtO2C CH2 CHOE
RESPUESTA 9.10 Síntesis del compuesto D:
MeCH
CO2Et_
ClO
Me Me
CO2Et
O
Me1)EtO
2)BrCH2CO2EtMe
O
Me
CH2-CO2Et
Br
_EtO2C
CH3
O
EtO2C
Me
CO2Et
(A) (B)
_
NaOHH2O CH2
O
EtO2C
Me
O
OEt_
O
O
EtO2C
Me
C(C9H12O4)
H3O+
O
O
HO2C
Me
β−cetoácido
O
OMe
D(C6H8O2)
QCO2
_
La hidrólisis con álcalis diluidos no permite averiguar la posición del grupo éster en D:
O
OMe
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:
CO2Et1)HO (conc.)
2)H3O+
O
OMe
E(C9H12O4)
1
2
β
β
OMe
OMe
Me [4-ceto-3-metilpentanoico]
O
Me
O
Me
Me[4-ceto-2-metilpentanoico]
β-cetoácido (G)
β-cetoácido (F)
1
2
β
β
_
CO2
CO2
_
_
CO2HHO2C HO2C
CO2H
CO2H CO2H
Q
Q
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:
OMe
OMe
Me [4-ceto-3-metilpentanoico ]β
EtO2CO
OMe
β 1)HO (conc.)
2)H3O+ CO2
_ CO2HHO2C HO2CQ
O
Me
O
Me
Me[4-ceto-2-metilpentanoico]
β
EtO2C
O
OMeβ
1)HO (conc.)
2)H3O+ CO2
_
_
CO2H
CO2H CO2H
Q
CO2Et
O
OMe
β−cetoester E
2-Etoxicarbonil-4-metil-1,3-ciclopentadiona RESPUESTA 9.11 Apartado 1 Retrosíntesis:
OCHO
O OCO2Et C CO2Et
OOEt
2-Formilciclohexanona
RA-8,9,10
553
Síntesis:
C CO2EtO
OEt 1)EtO_
2)H3O+
CO2EtO
1)HO (dil.)_
2)H3O / Q+
OCO2H CO2
_
O
1)EtO_
2)H_CO2Et3)H3O+
OCHO
2-Formilciclohexanona
Apartado 2 Retrosíntesis:
CH3 CO CHCH3
CH2 CO CH3 CH3 CO CCH3
CH2 CO CH3CO2H
CH3 CO CCH3
CH2 CO CH3CO2Et
CH3 CO CH CH2 CO CH3CO2Et
CH3 CO CH2CO2Et
CH3 CO CH3+
3-Metil-2,5-hexadiona
Síntesis:
CH3 CO CH2CO2Et
EtO_
CH3 CO CHCO2Et
_
CH3 CO CH3Br2, HO
_
BrCH2 CO CH3
CH3 CO CH CH2 CO CH3CO2Et
1)EtO_
2)BrCH3
CH3 CO CCH3
CH2 CO CH3CO2Et
H3O+
CH3 CO CCH3
CH2 CO CH3CO2H
Q CH3 CO CHCH3
CH2 CO CH3
3-Metil-2,5-hexadiona
Apartado 3 Retrosíntesis:
CO2H
CO2H
Ác. 1,4-ciclohexano- dicarboxílico
CO2H
CO2H
CO2H
HO2C
CO2Et
CO2Et
CO2Et
EtO2CEtO2C CH2 CO2Et2 + BrCH2CH2Br
RA-8,9,10
554
Síntesis:
EtO2C CH2 CO2Et2EtO
_
EtO2C CH CO2Et2_
HO CH2 CH2 OH HBr Br CH2 CH2 Br
CHCO2Et
CO2EtCH2CH2 CH
CO2Et
CO2Et
1)EtO_
2)BrCH2CH2Br
CO2Et
CO2Et
CO2Et
EtO2CH3O+
CO2H
CO2H
CO2H
HO2CQ
CO2H
CO2H
Ác. 1,4-ciclohexano- dicarboxílico
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:
OH Me
HH
(2R)-1,2-Epoxipropano
H2SO4
H3O+
OH Me
HH
H+
H2O
HO
H
MeH
H OH2
+
H2OHOCH2
OH
MeH
(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):
OH Me
HH
(2R)-1,2-Epoxipropano
H2O
NaOH
OH
MeH
H
H2O
(2R)-1,2-Propanodiol
HO_
HO
_HOCH2
OH
MeH
RESPUESTA 9.13
OMe Me
HH
(2S,3R)-1,2-Epoxipropano
2 3
1 2
NC
MeH
OH
H Me
HO
Me H CN
HMe
23
23
(2R,3R)-3-Ciano-2-butanol
(2S,3S)-3-Ciano-2-butanol
NC
MeH
O
H Me
O
Me H CN
HMe
_
_
H2O
H2O
NC_
RA-8,9,10
555
RESPUESTA 9.14
OH Me
HH
C6H5 MgBr
2
A
SN2
OH Me
HH 2
MgBr
C6H5H3O+
C6H5CH2
OH
MeH
B
2
(2R)-1,2-Epoxipropano (2R)-3-Fenil-2-propanol
HBrSN2
C6H5CH2
Br
MeH
C
2
(2S)-3-Fenil-2-bromopropano
Me C CSN2
_C6H5CH2
MeH
4
C C CH3
(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino RESPUESTA 9.15 Secuencia 1:
C6H5
CO2Et
CO2Et
+ C6H5 BrEtO
_
C6H5
CO2Et
CO2Et
C6H5
B(C20H22O4)
H3O+C6H5
CO2H
CO2H
C6H5 Q
C6H5
CO2HC6H5
C(C15H14O2)
EtOHH3O+ C6H5
CO2EtC6H5
D(C17H18O2) Secuencia 2:
Me CHOO
+Br HO
_ MeCHOO
A(C3H5Br)
HO_ Me
OC OHOH _
MeO_
C OHOH
+
H OH
MeO H
MeO
Secuencia 3:
C6H5 Br +CO2Et
CO2Et EtO_
C6H5CO2Et
CO2Et
1)EtO_
2)C6H5COClC6H5
CO2Et
CO2Et
C6H5O
RA-8,9,10
556
RESPUESTA 9.16
Me
Me
OH
H3O+Me
Me
OH2SN1
+
H2O_Me
Me
+ Me
Me+ H2O
Me
Me
OH
RESPUESTA 9.17 Secuencia 1:
C6H5 Me
OBr2HO
_ C6H5
O
Br
A
Me O
O_
Na+C6H5
O MO
O
B(C10H10O3)
e
Secuencia 2:
Me2NH +O
Me2NOH 1)EtO
_
2)O
Me2NO
OH
B(C6H15NO2)
C6H5CH2ClC6H5 N
OOH
Me Me
+Cl
_
Secuencia 3:
MeMe
O
Br2HBr Me
Me
O
Br
A
MeCO2Et
O
+ EtO_
MeMe
O
OCO2Et
Me
Secuencia 4:
O
MeCO2Et
O1)EtO
_
2)
OEt
Me
O
OO_
O
Me
O
O
A(C6H8O3)
H3O+ OHMe
O
O
OH
CO2_
Q
B(C5H10O2)
Br2, PMe
BrO
MeOH
O
γ−bromocetona
RA-8,9,10
557
Secuencia 5:
CO2Et
(CH2)4
CO2Et
EtO_
O
CO2Et 1)EtO_
2)O
C6H5
O
C6H5
OH
CO2Et
A(C8H12O3) B(C16H20O4)
HClH2O
O
C6H5
OH
CO2H
CO2_
O
C6H5
OH
HClH2O
O
C6H5
Cl Secuencia 6:
BrCH2 C CH
1)EtO_
2)H2C(CO2Et)2 EtO2C
CCO2Et
CH
A(C10H14O4)
H3O+
QHO2C
C CH
B(C5H6O2)
H3O+, H2O
Hg2+Me CO2H
O
RESPUESTA 9.18
MeCO2Et
OEtO
_
Me IMe
CO2EtO
Me
A
OC6H5
EtO_
MeCO2Et
Me
O
C6H5
O
Me OEtO
C6H5
MeOO
_
[B(C16H21O4)]
_
Me O
C6H5
MeO O
C(C14H16O3)
HBrH3O+, Q
Me
MeO
Br
C6H5
CO2H
[D(C14H17O3Br)]
CO2_
Me
MeO
Br
C6H5
H
E(C13H17OBr)
HO_
Me
C6H5
MeO
10. REACCIONES DE ELIMINACIÓN RESPUESTA 10.1 Se trata de la forma meso (2R,3S) del 2,3-Dibromobutano:
CH3 CHBr
CHBr
CH3
(3S)
MeO_
E2CH2 CH CH
BrCH3+CH3 C
HCH CH2
BrCH3 CH C CH3
Br+
(R) (S)(2R)
RA-8,9,10
558
Me
Br H2
Br H
Me
3
(2R,3S)
Br
HMeH
MeBr
MeO_
(2R,3S)
Br H
MeMe2 3
(E)-2-Bromo-2-buteno
1
4
Br
HH
HH
21
HH
H Me
HBr
31
2
(3S)-3-Bromo-1-buteno
4
CH Me
Br4(3S)
MeO_
(2R)
Br
HH
HH
34
MeO_
HH
H Me
HBr
31 2
(3R)-3-Bromo-1-buteno
CH Me
Br1
(3S)
4
(2R)
RESPUESTA 10.2
(4)
CH3 CH CH
C6H5
CO2Et
IE1
C6H5 CH CH
CH3
CO2Et+ transp.
C6H5 CH CHCH3
CO2Et+
(1) (2)
C6H5 C CH
CH3
CO2Et C6H5 CH C
CH3
CO2Et
(3)
(3)
H
MeC6H5
HCO2Et
+
(1)MeC6H5
H
CO2EtHMe CO2Et
HC6H5 (mayoritario)
H
MeC6H5
CO2EtH
+
(1)MeC6H5
H
HEtO2CMe H
CO2EtC6H5 (minoritario)
(Z)
(E)
RA-8,9,10
559
(4)
H
EtO2CMe
HC6H5
+
(2)CO2EtMe
H
C6H5HEtO2C C6H5
HMe (minoritario)
H
EtO2CMe
C6H5
H
+
(2)CO2EtMe
H
HC6H5EtO2C H
C6H5Me (mayoritario)
(E)
(Z)
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
A(C10H13Cl)
_EtO
Me C
C6H5
CH Me + Me CH
C6H5
CH CH2
(Z)
CH
Me
H
C6H5CH2
Me
C6H5 H
CH CH2
3
(3R) (3R)
(3R)
AIK
H2OMe CH CH
C6H5 I
Me
(2S,3S) + (2R,3S)
+ Me C
C6H5
I
CH2 Me
+(2R) (2S)
Compuesto A : Me CH
C6H5
CH Me
Cl3
2CH
Me
HC6H5
Me
Cl3
(3S)
Me
C6H5 H
CHCl
(3S)
3
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):
Me
HC6H5 Cl
HMe
3 2
A (2R,3S)
H
C6H5
MeCl
HMe
32
_EtO
C6H5 Me
Me H
(Z)
RA-8,9,10
560
Si la configuración de A fuese (2S,3S) se obtendría el estereoisómero (E):
C6H5 H
Me Me
(E)
A (2S,3S)
H
C6H5
MeCl
MeH
32
_EtO
Reacciones: La reacción con IK + H2O es SN1 y tiene lugar una transposición de H:
Me
HC6H5 Cl
HMe
3
2
A (2R,3S)
SN1Me
HC6H5
H
Me
3 +
1
2
I_
1
2
Me
HC6H5
I
HMe
3 2
Me
HC6H5 I
HMe
3 2
(2S,3S)
(2R,3S)
(3-Fenil-2-yodobutano)
(3-Fenil-2-yodobutano)
I_
1
2
I
MeC6H5
2
I
MeC6H5
2
(2R)
(2S)
CH2MeMe
C6H5 +
1
2
Et
Et
transp. de H
(2-Fenil-2-yodobutano)
(2-Fenil-2-yodobutano)
La reacción con EtO−/EtOH es E2:
C6H5 Me
Me H
(Z)
A (2R,3S)
H
C6H5
MeCl
HMe
32
_EtO
E2(2-Fenil-2-buteno) [Saytzev]
A (2R,3S)
H
C6H5
MeCH
3 2
Cl
CH3E2
H
C6H5
MeCH
3
2CH2
(3R)
(3-Fenil-1-buteno) [Hofmann]
RA-8,9,10
561
RESPUESTA 10.4 El paso D(R-Br) E es una síntesis acetilacética, luego E tiene que ser un β-cetoéster:
MeCO CHCO2Et
_R Br MeCO CH
CO2EtR
(E)
_1)HO (conc.)
2)H3O+ R CH2CO2H C6H5CH2CH CH2CO2HMe
R C6H5CH2CHMe
El haluro de alquilo D es: C6H5CH2CHMe
Br
D(C9H11Br)
B(C9H9Br) presenta isomería (Z)/(E) y sólo puede ser: C6H5 CH C MeBr
B(C9H9Br)
[Pd]
H2C6H5 CH C
BrMe C6H5 CH2 CH
BrMe
*(B) (D)
Análogamente, el paso F(C9H11Cl) H también es una síntesis acetilacetíca, y H será otro β-cetoéster:
MeCO CHCO2Et
_R' Cl MeCO CH
CO2EtR'
(E)
_1)HO (conc.)
2)H3O+ R' CH2CO2H MeCH2CH CH2CO2EtC6H5
R' El haluro de alquilo F es:
F(C9H11Br)
MeCH2CHC6H5
MeCH2CHC6H5
Cl
C(C9H9Cl) presenta isomería (Z)/(E) y será: Me CH CCl
C6H5
C(C9H9Cl)
C(C9H9Cl)
Me CH CCl
C6H5 [Pd]
H2 Me CH2 CHCl
C6H5
F(C9H11Cl) Como A sufre una reacción de eliminación, para dar B + C, sólo puede ser:
CHCl
CHBr
Me* *
(A)
E2CCl
CH MeCH CBr
Me +
C(Z)B(Z)
C6H5C6H5C6H5
RA-8,9,10
562
Las configuraciones absolutas de los estereoisómeros del racémico A son:
Cl
C6H5HH
MeBr
EtO_
12
Cl
HC6H5H
BrMe
EtO_
12
A(1R,2R)
A(1S,2S)
Br C6H5
HMe
B(Z)
Me HC6H5Br
B(Z)
Br
HMeH
ClC6H5
EtO_
12
Br
MeHH
C6H5Cl
EtO_
12
A(1S,2S)
A(1R,2R)
C6H5 HMeCl
C(Z)
Cl MeHC6H5
C(Z)
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:
Cl
C6H5HH
BrMe
EtO_
12
A(1R,2S)
Me C6H5
HBr
B(E)
E2
Br
HMeH
C6H5Cl
EtO_
2
A(1R,2S)
Cl HMeC6H5
C(E)
E21
RA-8,9,10
563
Cl
HC6H5H
MeBr
EtO_
12
A(1S,2R)
Br HC6H5Me
B(E)
E2
Br
MeHH
ClC6H5
EtO_
2
A(1S,2R)
C6H5 MeHCl
C(E)
E21
RESPUESTA 10.5 Secuencia 1:
Me H
MeH
A(C4H8)
HOBr"onio"
Br
Me H OH
MeH
Br
MeH
OH
MeH
H
Br Me
H OH
Me
H
Me Br
HO H
Me
2
3
2 3
B(2S,3R)
B(2R,3S)
2
3
2 3
Br
Me H OH
MeH
2 3
B(2S,3R)
I_
HISN2
Br
Me H
I
MeH
2 3
C(2S,3S)
Br
MeH
OH
MeH
B(2R,3S)
I_
Br
MeH
I
MeH
2 323
HISN2
C(2R,3R)
RA-8,9,10
564
Br
HMeH
IMe
23
EtO_
C(2S,3S)
EtO_
E2 Me HMeI
(Z)-2-Yodo-2-buteno
I
HMeH
BrMe
2
3EtO
_
EtO_
E2 Me HMeBr
(Z)-2-Bromo-2-buteno El enantiómero C (2R,3R) da lugar a los mismos productos de eliminación. Secuencia 2:
MeCO
CO2EtH
_ Br
Me
EtH
SN2
(R)-E(C4H9Br)
MeMeOC
EtO2C EtH H
3 4
(3R,4S)-F(C10H18O3)
H
EtO2C COMe
Et Me
H
3
4
D(C6H10O3)
MeCO
HEtO2C
_ Br
Me
EtH
SN2
(R)-E(C4H9Br)
MeMeOC
H EtEtO2C H
3 4
(3S,4S)-F(C10H18O3)
CO2Et
H COMe
Et Me
H
3
4
D(C6H10O3)
MeCO CH
CO2Et Me
EtH
F(3R,4S)
4
3
1)HO (conc.)_
2)H3O+
1)HO (dil.)_
2)H3O+MeCO CH
CO2H Me
EtH
HO2C CH2
Me
EtH
CO2
QMeCO CH2
Me
EtH
4
3 Ác. (3S)-3-Metilpentanoico
(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:
C6H5 CH2Br
HMe SN1
C6H5 CH2
HMe
+
HO_
C6H5 CH2OH
HMe
[C] (Z)-3-Fenil-2-buten-1-ol
C6H5 CH2
HMe
+
CHC6H5
MeCH2
+
1
2
HO_
1
2
HO
C6H5
MeCH CH2
HO
C6H5Me
CH CH2
[A] (S)-2-Fenil-3-buten-2-ol
[B] (R)-2-Fenil-3-buten-2-ol
Secuencia 2: Haluro de alquilo secundario, base fuerte y temperatura moderadamente alta. Reacción de eliminación E2:
MeEtCl
HEtH
Cl
EtHH
EtMe
EtO_
(3R,4R)
34
E2
Me Et
HEt
[C] (E)-4-Metil-3-hexeno
H2MeCl
H1
HHC
Cl
HCH
H1
Me2H
EtO_
(3R,4R)
34
E2
Et
MeMe
Et Me
2H H
H
EtMe
[B] (Z)-(4R)-4-Metil-2-hexeno
MeH1
Cl
H2
HHC
Cl
HCH
H2
1HMe
EtO_
(3R,4R)
3
4
E2
Et
MeMe
Et H1
Me H
H
EtMe
[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:
CH3CH2CH2 C CH2I
Me
Me
H2O
500CPr C CH2
Me
Me
+ transposiciónPr C CH2CH3
Me
+
Reacción de eliminación E1:
MePr
H
HH
+
Me HHPr
[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:
HOCH2-CH-CH2CH3
OH
*(2R)-1,2-Butanodiol
HO-(dil.)
SN2
E2
BrCH2-CH-CH2CH3
I
BrCH2-CH=CH-CH3
H2
[Pd]BrCH2CH2CH2CH3
1-Bromobutano
BrCH=CH-CH2CH3 +
[B(Z) + B(E)]
[D(Z) + D(E)]*A(C4H8BrI)
H2C CI
CH2CH3
F(C4H7I)
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):
HEt
BrCH2 HOCH2
OH
HEt
I
+SN2
(2S) 1-Bromo-2-yodobutano (2R) 1,2-Butanodiol
IHO
_HO_
_
Estereoquímica de las reacciones de eliminación E2:
RA-8,9,10
567
H H2
MeBrCH2
B(Z)I
H1
H2
BrCH2H
Me
A(2S)
E2
-IH1
H1
Me
H
I
2H
CH2Br(minoritario)
(mayoritario)E2
-IH2I
H2
Me
BrCH2H
H1
A(2S)
H Me
H1BrCH2
B(E)
H2
H1
H
IMe
CH2Br
H H2
MeBrCH2
B(Z)I
H1
H2
BrCH2H
Me
A(2S)
E2
-IH1
H1
Me
H
I
2H
CH2Br(minoritario)
(mayoritario)E2
-IH2I
H2
Me
BrCH2H
H1
A(2S)
H Me
H1BrCH2
B(E)
H2
H1
H
IMe
CH2Br
I
2H
Et
H1 H
Br
A(2S)
EtH1
I2HBr
H
EtH2
IBr1H
H
E2
E2
E2
D(E)
(minoritario)
(mayoritario)
H1
H2
Et
IBr
H(minoritario)
2H H
EtBr
D(Z)
-IH1
-IH2
-BrH
Br HEt1H
2H I
Et1H
H2
Br
Et
I
1H
H
H
Et
2H
BrI
H1
F
Abundancia relativa: D(E) > B(E) > F = D(Z) ≅ B(Z)
RA-8,9,10
568
RESPUESTA 10.8 Apartado 1:
Et CHMe
CH2 I + H2C(CO2Et)2 Et CH
Me
CH2 CH
CO2Et
CO2EtHO
_
Et CH
Me
CH2 CH
CO2
CO2
__
(H)
H3O+Et CH
Me
CH2 CH
CO2H
CO2H-CO2
QEt CH
Me
CH2 CH2 CO2H
(G) Apartado 2: Los pasos D F G y E F G son síntesis acetilacéticas:
R I
(D)
+ MeCOCH2
_EtO 1)HO (conc.)
_
2)H3O+R CH2CO2H
(F)
Et CH CH2CH2CO2HMe
(G)CO2EtCH3 CO
HC
CO2Et
R CH3CO2H +
R' Cl
(E)
+ MeCOCH2
_EtO 1)HO (conc.)
_
2)H3O+R' CH2CO2H
(F)
Et CH CH2CH2CO2HMe
(G)CO2EtCH3 CO
HC
CO2Et
R' CH3CO2H +
Como los compuestos D y E dan lugar a los mismos compuestos F y G, los radicales R y R’ son iguales:
R = R' = Et CHMe
CH2 Por consiguiente, los compuestos D, E y F son:
(E)(D)
Et CHMe
CH2 I Et CHMe
CH2 Cl(F)
CH3 CO CH
CO2Et
CH2 CHMe
Et
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:
(B)
CH2 CCH3
CH ICH3 CH3 CH CCH3
CH2 I
(B)
(C)
CH2 CCH3
CH ClCH3 CH3 CH CCH3
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:
CH3CH2CHCH3
CH ICl
(A) (B)
CH2 CCH3
CH ICH3
(C)
CH2 CCH3
CH ClCH3
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)
CH3CH2CH
Me
CH I
Cl
(A)
E2CH3CH2 C
Me
CH I
(B)
+ CH3CH2 C
Me
CH Cl
(C)
Et IHMe
(Z)Et H
ClMe
(E) El racémico A es una mezcla de enantiómeros de configuraciones (1R,2S) y (1S,2R):
Cl
IHH
MeEt
1
2
(1R,2S)
Cl
I H H
MeEt
1
2
(1S,2R) Cada uno de los enantiómeros da lugar a la misma mezcla de olefinas
Cl
IHH
MeEt
EtO_
1
2
A(1R,2S)
E2
Et I
HMe
(Z)-B
E2
Cl
I H H
MeEt
_
12
A(1S,2R)
I
HClH
MeEt
EtO_
1
2
A(1R,2S)
E2
Et H
ClMe
(E)-C I
HCl H
MeEt
1
2
A(1S,2R)
E2
OEt
_OEt
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:
OH
HC6H5HO
HMe
(1R,2R)
Br
Br H
HMe
C6H5
(1S,2S)
2
2 1
1
(1)
SN2HBr
La reacción de eliminación E2 de (1) da lugar a los siguientes productos:
(1) (2) (3) (4)
E2CH3 CHBr
CHBr
C6H5 CH3 CH CBr
C6H5 + CH3 CBr
CH C6H5 + CH2 CH CHBr
C6H5
Estereoquímica:
H
BrC6H5Br
MeH
(1R,2R)
Br
H
MeBr
22
11
(1)
Br
HCHH
HH 2
1
(1)(1)
(1R,2R) (1R,2R)
HC6H5
BrC6H5
:B :B
:B
E2 E2 E2
BrC6H5
HC6H5 CH
H
Br
C6H53
(2) (Z) (3) (Z) (4) (3S)
H
C6H5 BrBr
MeHH
Me BrBr
C6H5H
H
HHBr
H CHC6H5
Me Me
H C6H5
Br
CH2
Abundancia relativa: (4) (Hofmann) > (2) (Saytzev) = (3) (Saytzev)
RA-8,9,10
571
Apartado 2: Reacciones del compuesto (2):
(2)*
(5) + (6) (7) + (8)
CH3 CH CBr
C6H5H2
[Pd]CH3 CH2 CH
BrC6H5 E1
HO_
CH3 CH CH C6H5
Estereoquímica:
Br
C6H5
(2) (Z)
MeCH2
H
BrC6H5
MeCH2
H
BrC6H5
(5) (1R)
(6) (1S)
1
1
E1
E1
H
MeH C6H5
H+C6H5
(7) (Z)
H
MeH H
C6H5+H
(8) (E)
Me
Me
MeH
H H
C6H5H
_HO
_HO
H2
[Pd]
Reacciones del compuesto (3):
(3) (9) + (10) (11) + (12)
CH3 C CHH2
[Pd]
BrC6H5 CH3 CH
BrCH2 C6H5
NH3
SN2CH3 CH
NH2CH2 C6H5
* *
Estereoquímica:
HMeC6H5Br
(3) (Z)
(9) (2S)
2
SN2CH2C6H5
H
MeBr
2 CH2C6H5
(10) (2R)H
MeBr
CH2C6H5
Br
HMe
CH2C6H5
Br
MeH SN2
CH2C6H5
H2N
HMe
CH2C6H5
H2N
MeH
(11) (2R)
(12) (2S)
2
2
H2
[Pd]
NH3
NH3
Reacciones del compuesto (4):
(13) + (14) (15) + (16)
*
CH2 CH CHBr
C6H5 SN1HO
_
CH2 CH CH C6H5+
HO_
CH2 CH CH C6H5+
HO_
CH2 CH CH C6H5
OH
CH2 CH CH C6H5HO
RA-8,9,10
572
Estereoquímica:
1
2
(4) (3S)
CHH
C6H5+CH
Br
HC6H5
3
SN1
CH
OH
HC6H5
3
CH
OH
HC6H5
(13) (3S)
(14) (3R)
1
2
CH2 CH2
CH2
CH2
HO_
HO-
+
C6H5
H
H(15) (E)
(16) (Z)
CH2
C6H5
H
H
CH2
+C6H5
H
H
CH2OH
H
H
C6H5
CH2
+H
H
C6H5
CH2
+
H
H
C6H5
CH2OH
=CHH
C6H5
+
CH2HO
_
HO_
MePr
H1
MeH2
+
Me Me
H2Pr
[A] (E)-3-Metil-2-hexeno
MePr
H2
H1Me
+
Me H1
MePr
[B] (Z)-3-Metil-2-hexeno Reacción de sustitución nucleófila SN1:
EtMePr +
1
2
H2O
Et
HO
MePr
Et
HO
MePr
1
2
[D] (3R)-3-Metil-3-hexenol
[E] (3S)-3-Metil-3-hexenol
3
3
RA-8,9,10
573
11. ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
RESPUESTA 11.1 5-Metil-1,5-hexanodiol
MeOH HBr MeBrMg
2 MeMgBr
OH
CO2HH3O+ O
O Me COH
MeCH2CH2CH2 CH2OH
3-Fenilpropanol
C6H5 CH2OH1)HBr
2)MgC6H5 CH2MgBr
O
C6H5 CH2 CH2CH2OH
2-Hexanona
CH3CH2OH1)HBr2)Mg
CH3CH2MgBr
CH2 CH CO CH3
CH3CH2 CH2CH2COCH3
4-Metil-4-heptanol
CH3CH2CH2OH1)HBr2)Mg
CH3CH2CH2MgBr
CH3 CO2HSOCl2
CH3 COCl
CH3CO CH2CH2CH31)PrMgBr
2)H3O+ CH3CH2CH2 C CH2CH2CH3
OH
CH3
3-Pentanol
H CO2H EtOH
H3O+H CO2Et
CH3CH2MgBr
CH3CH2 CHO1)EtMgBr
2)H3O+ CH3CH2 CH CH2CH3
OH
RA-11,12,13
574
3-Hidroxi-3-metil-1,4-pentadieno
CH3CO2H EtOH
H3O+CH3CO2Et
CH2 CH BrMg
CH2 CH MgBr
CH3CO CH CH21)CH2 CH MgBr
2)H3O+ CH2 CH C CHOH
CH3
CH2
2-Fenil-2-butanol
CH3CH2CO2H EtOH
H3O+CH3CH2CO2Et
CH3OH1)HBr
2)MgCH3MgBr
CH3CH2 CO CH3
C6H61)Br2[Fe]
2)MgC6H5 MgBr
CH3CH2 COH
C6H5
CH3
1-Metilciclobutanol
BrCH2CH2CH2COCH31)Mg
2)H3O+
CH3
OH Ácido fenilacético
C6H5CH2OH1)HBr
2)MgC6H5CH2MgBr
1)CO2
2)H3O+C6H5CH2 CO2H
RESPUESTA 11.2 Ác. Benzoico
C6H5 MgBr1)CO2
2)H3O+ C6H5 CO2H
1-Fenilpropino Retrosíntesis:
C6H5 C C CH3 C6H5 CH CHBr
CH3
BrC6H5 CH CH C6H5
CHOH
CH2 CH3MgBr +C6H5 C6H5
CH3CH2 CHO
Síntesis:
C6H5 MgBr
CH3CH2 C O
H
C6H5
CH3CH2 C O
HH3O+
C6H5 CHOH
CH2CH3H3O+MgBr
RA-11,12,13
575
+
C6H5 CH
OH2
CHCH3
H
H2OC6H5 CH CH CH3
Br2
C6H5 C C CH3C6H5 CH CH CH3
Br BrZn
Vinilbenceno Retrosíntesis:
C6H5 CH CH2 C6H5 CH CH3
OHC6H5 MgBr + CH3CHO
Síntesis:
C6H5 MgBr + CH3CHO C6H5 CH
O
CH3
MgBrH3O+
C6H5 CH
O
CH3
H
H3O+C6H5 CH
OH2
CH3
+
H2OC6H5 CH CH2
Trifenilmetanol Retrosíntesis:
C6H5 C C6H5C6H5
OHC6H5 C C6H5
O
C6H5 MgBr + C6H5 CO2Et
Síntesis:
C6H5 CO
OEt + C6H5 MgBr C6H5 C
O
OEt
MgBr
C6H5
C6H5 CO
C6H5
C6H5 MgBr
C6H5 C
O
C6H5
MgBr
C6H5H3O+
C6H5 C
OH
C6H5
C6H5
2-Feniletanol
C6H5 MgBr + H2C CH2
O
C6H5 CH2 CH2
OMgBrH3O+
C6H5 CH2 CH2OH
RA-11,12,13
576
1,1-Difeniletanol Retrosíntesis:
C6H5 COH
CH3C6H5
C6H5 C CH3
OC6H5 MgBr + CH3 CO2Et
Síntesis:
C6H5 MgBrCH3 C
OOEt + CH3 C
OC6H5 CH3 C
OC6H5
MgBr
C6H5
H3O+CH3 C
OHC6H5
C6H5
C6H5 MgBr
2-Fenilpropeno Retrosíntesis:
CCH3
CH2 CCH3
CH3
OHCH3 C
OCH3 + C6H5 MgBrC6H5 C6H5
Síntesis:
CH3 CO
CH3 + CH3 CO
CH3
MgBr
C6H5
H3O+
CH3 COH
CH3
C6H5
C6H5 MgBrH3O+
C6H5 CCH3
CH2
Fenol
1)O2
2)H3O+C6H5 OHC6H5 MgBr
1,1-Difenil-1,5-pentanodiol Retrosíntesis:
C6H5 COH
C6H5
CH2CH2CH2 CH2OH C6H5 CO
C6H5
CH2CH2CH2 CH2OMgX
MgX
C6H5 CC6H5
CH2CH2CH2 CH2O MgXO
C6H5 MgBr +O
O
Síntesis:
O
OC6H5
MgBrO MgBr
O
C6H5
O MgBr
O
C6H5
MgBrC6H5
H3O+
OH
OH
C6H5
C6H5C6H5 MgBr
RA-11,12,13
577
RESPUESTA 11.3 Apartado 1:
H
Me
O3
1
2
1)MeMgBr
2)H3O+
OH
Me
Me
H1
3
Me
OH
Me
H1
3
(1R,3S)-1,3-Dimetilciclohexanol (mayoritario)
(1S,3S)-1,3-Dimetilciclohexanol (minoritario)
1
2(3S)-3-Metilciclohexanona
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
H
O3
1
2
1)MeMgBr
2)H3O+
OH
Me
H
Me1
3
Me
OH
H
Me1
3
(1R,3R)-1,3-Dimetilciclohexanol (minoritario)
(1S,3R)-1,3-Dimetilciclohexanol (mayoritario)
1
2(3R)-3-Metilciclohexanona
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
BrCH2CH2OHO
TsOHBrCH2CH2 O THP
A
Mg, Et2OBr_Mg_CH2CH2
_O_THP
O THPCH2CH2
O
Me
MgBr
O THPCH2CH2 CH2 CH
Me
O MgBr
H3O+ O HCH2CH2 CH2 CH
Me
O HB(C5H12O2)
OHO CH2CH2 CH2 CH
Me
B
OHHBr (1 eq.)
HO CH2CH2 CH2 CHMe
Br
C(C5H11OBr)TsOH
OCH2CH2 CH2 CH
MeBr
THP
D
RA-11,12,13
578
1)Mg2)CO2
3)H3O+
OCH2CH2 CH2 CH
MeCO2H
H
OH
CO
OMe H
E
O
OMe
F(C6H10O2)
O
OMe
O
OMe
Me
LiMe
Li
Me
Li
O
O
MeMe
Li
LiMe
H3O+
OH
HOMe
Me
Me
1
4
5
4,5-Dimetil-1,5-hexanodiol RESPUESTA 11.5 Secuencia 1:
CH3CO CH
CO2Et_
Br
CH2 C CH CH3CO CH
CO2Et
CH2 C CH
A(C9H12O3)
HOCH2CH2OH
H3O+
OO
CH3 CHCO2Et
CH2 C CH
B
NaNH2
OO
CH3 CHCO2Et
CH2 C C_
CH3 I
OO
CH3 CHCO2Et
CH2 C C CH3
C
H3O+
CH3 CH
CO2H
CH2 C C CH3
OCO2
_CH3 CH2 CH2 C C CH3
OH2[Pd/C]
BaSO4Me
MeO
D(C7H10O) E(C7H12O)
(Z)
Secuencia 2:
CH3CH2CH2Br
1)Mg2)EtCHO
1)H3O+CH3
CH3
OH
H
A
PBr3 CH3CH3
Br
H
B
1)Mg2)CO2
1)H3O+
CH3CH3
CO2H
H
C
OHCH3
CH3
O
SOCl2 ClCH3
CH3
O
RA-11,12,13
579
N
H
ClCH3
CH3
O:
NH
N
H
Cl
CH3
CH3
O_
+ N
H
Cl
CH3
CH3
O
NCH3
CH3
O
+
NH H+
RESPUESTA 11.6 Secuencia 1:
Br 1)Mg2)CH2O
1)H3O+
CH2OH
Swernoxidación
CO
H
BA
C6H5MgBr
1)
2)H3O+ C6H5
OH Secuencia 2:
HC CH1)NaNH2
2)CH2OHC C CH2OH
A(C3H4O)
1)NaNH2
2)CH2OHOCH2 C C CH2OH
B(C4H6O2)
H2[Pd/C]
BaSO4
C(C4H8O2)
HOCH2 CH CH CH2OH Me Me
O
H3O+O
O Me
Me
(acetal) Secuencia 3:
CH3COCH2CO2EtHOCH2CH2OH
H3O+Me
CO2EtOO
A(C8H14O4)
1)C6H5MgBr
2)H3O+Me OH
C6H5
C6H5
OOH3O+
Me OH
O C6H5
C6H5
RESPUESTA 11.7
C6H5CH2 CO2HP, Br2 C6H5CH CO2H
BrEtOH C6H5CH CO2Et
Br
A
Zn
C6H5CH CO2Et
Zn Br
ReformatskyO
HO CH
C6H5
CO2Et
B(C15H20O3)
RA-11,12,13
580
O+ HNMe2 HO
NMe2
C(C4H11NO)
HO CH
C6H5
C
O
EtO
ONMe2
H: HO CH
C6H5
C
O
ONMe2
H
+
EtO_
HO CH
C6H5
C
O
ONMe2
RESPUESTA 11.8 Reacciones:
CH3CH2 CHMe
CHO1)IMgEt
2)H3O+ CH3CH2 CHMe
CHOH
CH2CH3* * *
SwernCH3CH2 CH
MeC CH2CH3
*
O
oxidación
[A + B] [C]
1)NaCN, EtOH
2)H3O+ CH3CH2 CH
Me
C CH2CH3
OH
CN
H3O+CH3CH2 CH
Me
C CH2CH3
OH
CO2H
H3O+
[D + E] [F + G]
CH3CH2 CH
Me
C CH2CH3
OH2
CO2H
+
CH3CH2 C
Me
C CH2CH3
CO2H
+
HH2O:
CH3CH2 C
Me
C CH2CH3
CO2H
QCO2
_ CH3CH2 C
Me
C CH2CH3
H
[H + I] [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:
HEt
HMe
O H
Et(H)
MeO
el carbonilo está situado entre los grupos pequeño (H) y mediano (Me)
(2S)
RA-11,12,13
581
H
Et(H)
MeO
12
OMgX
EtHEt
Me H
OMgX
HEtEt
Me H
IMgEt
1
2
H3O+
H3O+
OH
EtHEt
Me H
OH
HEtEt
Me H
(I) (mayoritario)
(II) (minoritario)
Et
HMe OH
EtH
(I)
H
HO Et
Me
H Et(3S,4S) (mayoritario)
4
(3S,4S)-4-Metil-3-hexanol
343
Et
HMe OH
HEt
(II)
Et
HO H
Me
H Et(3R,4S) (minoritario)
3
4
(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:
(4S)-4-Metil-3-hexanona
Et
HMe OH
EtH
Et
HMe
Et
OSwern
44 3
(3S,4S)-4-Metil-3-hexanol
oxidación
Et
HMe OH
HEt Et
HMe
Et
OSwern
44 3
(3R,4S)-4-Metil-3-hexanol
oxidación
(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
Et(Et)
MeO
(4S)-4-Metil-3-hexanona
Et
HMe
Et
O
4
RA-11,12,13
582
H
Et(Et)
MeO
12
OH
CNEtEt
Me H
OH
EtNCEt
Me H
CN
1
2
H3O+
H3O+
OH
CO2HEtEt
Me H
OH
EtHO2CEt
Me H
_
(4S)-4-Metil-3-hexanona
Et
HMe OH
EtCO2H
Et
HMe OH
CO2HEt
2
2
3
3
Et
HMe OH
EtCN
34
(2R,3S)-3-Ciano-4-metil-3-hexanol
Et
HMe OH
CNEt
34
(2S,3S)-3-Ciano-4-metil-3-hexanol
ácido (2R,3S)2-Etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico
ácido (2S,3S)2-Etil-2-hidroxi-3-metilpentanoico
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:
Et
HMe OH
EtCO2H
Et
HMe OH
CO2HEt
2
2
3
3
(2R,3S)
(2S,3S)
H3O+
H3O+
Et
HMe OH2
EtCO2H
Et
HMe OH2
CO2HEt
+
+
H
MeEt OH2
EtCO2H
+
H
MeEt OH2
CO2HEt
+
H
MeEt
Et
CO2H
H
MeEt
CO2H
Et
+
+
RA-11,12,13
583
H
MeEt
Et
CO2H
H
MeEt
CO2H
Et
+
+
H2O:
H2O:
Me
Et Et
CO2H
Me
Et CO2H
Et
(E)
(Z) Finalmente, la descarboxilación del Ácido 2-etil-3-metil-2-pentenoico origina los dos estereoisómeros del 3-Metil-3-hexeno:
Me
Et Et
CO2H(E)
QCO2
_Me
Et Et
H(Z)
Me
Et CO2H
Et(Z)
QCO2
_Me
Et H
Et(E)
RESPUESTA 11.9 Secuencia 1:
C6H5 Me
O1)CN
_
2)H3O+C6H5 Me
OH
CN
NaOH, H2OC6H5
Me
OH
CO2H
Secuencia 2:
Me CO2Et
Me CO2Et
H3O+
Q
A(C11H20O4)
Me
Me CO2H
B(C6H12O2)
EtOHH3O+
Me
Me CO2Et
C(C8H16O2)
H2C(CO2Et)21)EtO
_
2)Me2CHCH2Br
EtO_
HCO2Et
Me
Me CO2Et
CHO
D(C9H16O3)
CN_
Me
Me CO2EtCN
OH
E(C10H17O3N)
H3O+ Me
Me CO2HCO2H
OH
Secuencia 3:
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)Me2CO Me C
Me OH
CH
A(C5H8O)
H3O+, H2O
Hg2+ Me C
Me OH
CH2OH
enol
MeMe
Me
OH
O
B(C5H10O2)
584
Secuencia 4
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)2Me2CO2 C
OH
Me
Me COH
Me
Me
A(C8H14O2)
H3O+, H2O
Hg2+CO
OH
MeMe CH2
OH
MeMe
B(C8H16O3)
H3O+
COOH
MeMe CH2
OH2
Me
Me
+
COOH
Me
MeCH2
Me
Me+
O
Me
MeMe
Me
O
H
+H2O
OMe
Me
Me
MeO
Secuencia 5:
OH
1)Br3P
2)Mg3)CH2O
OH
A(C7H14O)
H3O+
CH2
B(C7H12)
R_CO3H
O
C(C7H12O)
C6H5CH2OH
Na
HO CH2_O_CH2C6H5
RESPUESTA 11.10
Me Me
OBr2HO
_ MeBr
O
α−bromocetona
HOCH2CH2OH
H3O+Me
BrOO
1)Mg
2)CH2OMe
CH2OMgOO
H3O+
HBrMe
CH2OHO
Me
O
Br
β
RESPUESTA 11.11 Secuencia 1:
EtO2C
EtO2C
EtO_
IMe
CO2Et
EtO2CH
Me
A
BrEtO
_ CO2Et
EtO2CMe
B(C11H18O4)
1)HO_
2)H3O+
[C]
CO2H
HO2CMe
HO2C
Me
D(C6H10O2)
EtOHH3O+
EtO2C
Me
E
H4AlLi
MeHO
F(C6H12O)
Me O Me
O O
NMe
OMe
O
585
Secuencia 2:
CH2(CO2Et)2EtO
_
BrCO2Et
EtO2C H3O+
QCO2H
HO2CHO2C EtOH
H3O+
A(C10H16O4) [B] C(C5H8O2)
EtO2CH4AlLi
HOPBr3 Br
C6H5O Na+_C6H5O
D E F(C5H9Br) Secuencia 3:
C6H5NH2 + ClMe
O
C6H5NHMe
OH4AlLi C6H5
NMe
H
Secuencia 4:
Br 1)Mg2)CO2
1)H3O+
CO2H
SOCl2
ClO
Me2NH
NMe2O
H4AlLi
NMe2
Secuencia 5:
H C C H1)Na, NH3(liq.)
2)O
HO C CH EtO_
C6H5CH2BrC6H5 O C CH
1)Na, NH3(liq.)
2) CH2OA(C4H6O) B(C11H12O)
C6H5 O C C CH2OH
C(C12H14O2) Secuencia 6:
MeCO2Et
O
MeCOCH2BrEtO
_
MeMe
CO2Et
O O
NH2ClMeMe
CO2Et
NH OAr
A(C9H14O4) [B(C15H18O3NCl)]
H3O+ NMe Me
CO2H
Cl
NMe Me
CO2Et
Ar
C(C15H16O2NCl)
586
Secuencia 7:
EtO2C
Me
O
H2N_NH2
NHH2N
Me
OHEtO
ON
N
Me
O
RESPUESTA 11.12 Síntesis 1:
Me OEt
O OHO OH
H3O+ Me OEt
OOO 1)2 C6H5MgBr2)H3O+ Me C6H5
OH
C6H5
O
Síntesis 2:
MeO2COH
Me
OH3O+
MeO2CO_THP
Me
H4AlLiO_THP
MeHO HNa
BrMe
O_THPMe
OMe HBr
H2OBr
MeO
Me 1)Mg
2)O
MeO
MeOH
12. REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA CON ANIONES ENOLATO RESPUESTA 12.1 Secuencia 1:
EtO2C CH2_
CO
HOEt EtO2C CH2 C
OH
A(C5H8O3)
H3O+
QEtO2C CH CH2
C(C5H8O2)
NaBH4 EtO2C CH2 CH2OH
B
EtO2C CH2_
CH2 CH C
O
OEt EtO2C CH2 CH2 CH C
O
OEt
_
EtOH
C
EtO2C CH2 CH2 CH2 CO2Et
D(C9H16O4)
587
CO2Et
CO2Et
MeC
C Me
O
O
_
_
EtO2C
EtO2C
MeOH
MeOH
H3O+
Q
Me
MeCO2Et
CO2Et
E(C14H24O6) Secuencia 2:
C COMe
O
H _ Me
OEtO2C CH2_
Me
OCH2EtO2C_
A
Me
OCH2EtO2C H
Me
CH2EtO2C O
B(C12H20O3)
CMe
O
OEtO
HO_ C
CH2O
OEtO
_
O
O
Secuencia 3:
C6H5CH2 MgBr
O
C6H5CH2
MgBrO
A(C6H10O)
H3O+CH2
OH
C6H5
Secuencia 4:
CH2 CH CHOHBr
BrCH2 CH2 CHOHOCH2 CH2OH
BrCH2 CH2 CO
OH
A(C3H4O) B(C5H9O2Br)
1)Mg
2)C6H5COMe O
OOH
Me
C
H3O+
OH
Me
H
O
RA-11,12,13
588
Secuencia 5:
CH2
CO OEt
CO2EtEtO
_CO2Et
O
A(C10H18O4) B
1)HO_
2)H3O+, Q
O
C(C5H8O)
HC C_ O HO C CH
H2
[Pd]
HO CH CH2
D E
H3O+
Q
CH CH2
Secuencia 6:
Me
CO2Et
O_
O
A(C6H10O3)
Me
EtOO
O
O
_
B
OMe
O
O
Secuencia 7:
Me
O
_
HC C C
O
Me
A(C7H12O)
Me
Me
O O
[B]
HNa
Me
O
Secuencia 8:
Me O
O
Me
CH
CO2Et
MeO
_
MeCO2Et
MeMe OO
H3N:
A(C11H16O4)
MeCO2Et
MeMe
O
OHNH2
B(C11H19O4N)
N
MeCO2Et
MeMe
OH
H
C(C11H17O3N)
N
MeCO2Et
MeMe
RA-11,12,13
589
Secuencia 9:
(EtO2C)2CH_
Br
CH2 CH CH2
A(C3H5Br)
(EtO2C)2CH CH2 CH CH2
B(C10H16O4)
H3O+
CO2H
CHCO2H
CH2 CH CH2
EtOH
H3O+CH2EtO2C CH2 CH CH2
C(C7H12O2)
H4AlLiCH2HOCH2 CH2 CH CH2
D
H3O+
QCHCH2 CH2 CH CH2
Secuencia 10:
[B]
C
CO2Et
O CH2 CO CMe3
_
OEt
A(C12H14O4)
CH
O
O
OEt
CO CMe3_
O
O
CO CMe3
RESPUESTA 12.2 Secuencia 1:
COCH3
CHCOCH3
O
_ COCH3
OH
(1)
(C7H12O2) Secuencia 2:
CHHO2C
HO2C
_
(2)
(C3H4O4)
N CH3 CH CH CH CH CO2HCO
HCH CH CH3
Secuencia 3:
(3)
CH2 CH CN CH3 CO CHCOMe
CH2CH2 CNCH3 CO CH
COCH3
(C5H8O2)
_
Secuencia 4:
(4)O O
(C4H6O)
_CH2 CH CO CH3
O CH2O
_
RA-11,12,13
590
Secuencia 5:
(5)
CH3 CO CH2
(C4H8O2)
_C CH3
O
OEtCH3COCH2COCH3
Secuencia 6:
C6H5
C6H5C6H5
C6H5
O
(6)
(C14H10O2)
C6H5C6H5
O
C6H5C6H5
OO
_ _
Secuencia 7:
CO2EtEtO2C
O O
Me Me
(7)
(C6H10O4)
CO2EtEtO2CMe Me
O O
_ _
OEtEtO
Secuencia 8:
O
Me
CO2Et
(8)
Me
Me
(C15H26O4)
O
Me
CO2Et
Me
Me
OEt
_Me
Me
CO2EtMe
CO2Et
Secuencia 9:
(9)O
Me
O
MeCH CH CO CH3
(C4H4O)
_HC C CO CH3
RA-11,12,13
591
Secuencia 10:
(10)
OMe
MeO
CH2
Me
O
O
_Me
H2C
O
O_
(C4H6O2)
OH
OH
O Me
Me O
RESPUESTA 12.3 Secuencia 1:
A(C11H14O2)
C6H5 CCHO
CO2EtMe
B(C3H6O2)
C6H5 CCO2Et
Me_
CO
HOEt
Secuencia 2:
O
C(C9H14O3) D
_
B(C5H10O3)
EtO CO
OEt
OCO2Et
H4AlLi
OHCH2OH CH2
Secuencia 3:
CH3 CH2 C CHO CH3
CH2 CH3
Et
HMe
O
CH2CH3* 4
CO
Me H
Et
Et4
(4S)
HMeO
Et(Et)4
A (3R,4S) (mayoritario)
(4S)
HMeO
Et(Et)
12
(Regla de Cram)
MeMgI
1
2
HMeOH
EtMeEt
HMeOH
EtEtMe
B (3S, 4S) (minoritario)
RA-11,12,13
592
Secuencia 4:
A(C6H8N2)
Me
CH CH
C O
OEt
C6H5
NHH2N
MeCH CH2
C O
OEtNHHN
C6H5
NN
Me
OH
C6H5
B(C6H10O2)
Secuencia 5:
A(C5H8O)
C6H5 CH CHCH3
CH CH2OHCH3CH CH CH CH2
OC6H5
MgBr
RMgBr Secuencia 6:
A(C6H10O2)
O
O
MeMeMgBr+
O
O
Me
Me
MgBr
MeMgBr
O
OH
Me
Me
H
Me
Secuencia 7:
[B(C10H16O2)]
Me
H2C
O
A(C4H6O)
_
OOO
CH2_O
Secuencia 8:
[B(C10H16O5)]
MeCO2Et
Me H
O
O O
A(C4H6O2)
_
Me
Me OH
CO2EtO
O
OCO2Et
OHHO
Me
C(C10H12O3) D(C10H12O3)
OCO2Et
Me
H
H
(¡forma cetónica de un fenol!)
OHCO2Et
Me
H
RA-11,12,13
593
RESPUESTA 12.4 Secuencia 1:
O
+ BrCH2CO2Et Zn
HO CH2CO2Et
A(C10H18O3)
H3O+
Q
CH CO2Et
B(C10H16O2)
MeCO CH CO2Et_
CH2CO2Et
CH COMe
CO2Et
C
HO_
H2O
CH2
CH COCH2
CO2Et
_CO
OEt
EtO2C
D(C14H20O4)
O
O
O
CO2_
Q
HO2C OO
O
Secuencia 2:
O
A(C6H10O)
+ ClCH2CO2Et Darzens
CHO
B(C7H12O)
CH2 CO2Et_
[C]
CH CH2
OHCO2Et
H3O+
H2O_ CH CH CO2Et
D(C11H18O2)
CH2 COMe_
CH
CH2
CH2
CO
CO2Et
MeHO
_
H2O
D
CH
CH2
CH2
C
C
CH2_
O
OEt
OO
O
RESPUESTA 12.5
MeMe
O
O
1)HO_
2)Cl_CO2Et3)H3O+
Me
CO2EtO
O
(A)
1)EtO_
2)MeCOCH2CH2CH2Br3)H3O+
Me Me
O
O
O
27
CO2Et
(B)
RA-11,12,13
594
H3O+
Me Me
O
O
OCO2H
(C)
CO2_
Q Me Me
O
O
O
(D)
7 HO_
H2O
Me O
7
O
MeO_
2
Me
OH
MeO
O
(E)
HO_
H2O
OH
MeMeHO
O
H3O+
OH
MeMeO
O_
RESPUESTA 12.6 Secuencia 1:
_OMe
HO
1)EtO / EtOH
2)MeCH2COCH=CH2
OMe
HO
Me
O
A(C16H20O3)
_1)EtO / EtOH
2)H3O+
OMe
H
MeO
B(C16H18O2)
OMe
H
MeHO
H4AlLi H3O+
Q
OMe
Me
Secuencia 2:
O1)LDA
2) CO2Me3)H3O+
O
CO2MeH
A(C9H12O3)
EtO_
O CO2Me_
O
CO2Me
_ H3O+HO
CO2Me
1 2
34
HO
CO2Me3
4
21
RA-11,12,13
595
RESPUESTA 12.7 Reacción 1:
C6H5 C6H5
O
HC
EtO2C CO2Et
_C6H5 C6H5
EtO2C CO2Et
O
C6H5 C6H5
EtO2CCO2Et
O
_
(A)
C6H5C6H5
EtO2C CO2Et
O
Reacción 2:
O
(B)
_
CO
Me O CH2
O_
OO
_ O
Reacción 3:
O
O
Me_ CH2 CH C
O
Me
(C) CH3
O
O
Me
O
1)LDA2)Q CH2
OMe
O O
_
O
O
Me
Reacción 4:
Me CH2
CHO CH2
(D)
OMeO
_CH2
Me
O
O
OMeCH
Me
O
O
OMe_
OMeOH
Me
O
OMeMe
O
RESPUESTA 12.8 Secuencia 1:
O
LDA
OOMe
O
Br
_
O
OMeBr
O_
H3O+
O
OMeBr
OH
(A)
RA-11,12,13
596
OCO2Me
Br
H
(B)
LDA
O
Br
_
O_
CO2MeCO2Me
Br
CO2Me
O
Secuencia 2:
CO2Me
(CH2)5CO2Me
1)EtO2)H3O+
_
OCO2Me
(A)
1)EtO
3)H3O+
_
2)BrCH2CO2Et
OCO2Me
MeO2C
(B)
LDA
O CO2Me
MeO2C _ OMe
OO CO2Me
MeO2C O
O_*
** Me
O CO2Me
MeO2C OMe
O
_ H3O+
CO2Me
OMeO
O
MeO2C
(C)
HNa
CO2Me
OMeO
O
MeO2C_ CO2Me
OMeO
O
MeO2C_
H3O+ CO2Me
O
MeO2C
MeO2C
(D)
EtO_ CO2Me
O
CO2Me
_
MeO
OCO2Me
OO
CO2Me
RESPUESTA 12.9 Secuencia 1:
EtNH2 CH2 CH C N Et NH CH2CH2 CNH4AlLI
B(C5H10N2)
Et NH CH2CH2 CH2NH2
A(C3H3N)
RA-11,12,13
597
Secuencia 2:
OH
H
O
A(C7H6O2)
HC(CO2H)2_
B(C3H4O4)
OCH
OH
CO2HC O
OHH
2H2O_
O
CO2H
O
CO2_
Q
β−cetoéster
O O
Secuencia 3:
NH2_
Na+
(Darzens)
O
A(C6H10O)
+ ClCH2CO2Et
B(C4H7O2Cl)
CHO
C(C7H12O)
1)C6H5MgBr
2)H3O+ CHOH
Secuencia 4:
O
A(C6H8O)
2)CH2 CH CO2Me1)LDA
OCO2Me
B(C10H14O3)
1)EtO Na+_
2)H3O+
O
CO2Me
Secuencia 5:
Me
O
_HC C C CH3
O
O
CH3
OMe
A(C7H12O) B(C11H16O2)
CH3
O
RESPUESTA 12.10 Secuencia 1:
MeCHO
Me_ C O
H
H
A
Me OCHO
Me _ H2OMe OH
CHO
Me
2-Metil-butanal
RA-11,12,13
598
Secuencia 2:
OC6H5
OC6H5
O
_
O
C6H5O C6H5
O
_
O
C6H5
O
HO C6H5
Secuencia 3:
O2N
C
A(C7H5O3N)
O
H CH2 CHO_
B(C2H4O) O2N
CHOO
_
O2N
CHOOH
O2N
CHO
RESPUESTA 12.11 Secuencia 1:
A(C3H4O3) B(C7H6O)
C6H5 H
O
Me CO2H
O
+KOH, MeOH
250CC6H5 CO2H
OH
H
O
[C]
C6H5 CO2H
O
Secuencia 2:
Me
Me
OO
HO_
OMe
OH
A(C6H10O2) [B(C6H10O2)]
O Me
Secuencia 3:
Me
CHO
Me+ CH2O
K2CO3
A(C5H10O2)
MeOH
Me
CHO
OHCOH
MeMeHO2C CO2H
A(C5H10O2) [B(C8H14O6)]
NH3, EtOH
1000CCO2H
OH
MeMeHO
HO2C
+ O
MeMe
OHO2C
[C(C8H12O5)]
CO2_
O
MeMe
O
RA-11,12,13
599
RESPUESTA 12.12 Secuencia 1:
C6H5C6H5
O
CHO+EtO
_
C6H5C6H5
CHO
O
Secuencia 2:
OCO2Et
+Me
O
EtO_
Me
O CO2Et O
Secuencia 3:
Me Me
O
+C6H5 CHOHO
_
C6H5 Me
OOH
[C(C10H12O2)]A(C7H6O) B(C3H6O)
H2O_C6H5 Me
O
CN
EtO2C
Me
C6H5 O+
D(C5H7O2N)
HO_
EtO2CMe
CN
C6H5 O
RESPUESTA 12.13 Secuencia 1:
Me
CO2Et
O C6H5
C6H5
O+
EtO_
Me C6H5
O
CO2Et
C6H5 O
A(C15H12O)
Me
C6H5
O
CO2Et
C6H5
O
C6H5C6H5
CO2EtO
HO
[B(C21H22O4)]
C6H5 C6H5
CO2EtO
RA-11,12,13
600
Secuencia 2:
OMe
CHO
+ Me Me
OHO
_
OMe
MeHO
O
[A(C11H14O3)]
H2O_
OMe
Me
O CO2EtO
EtO_
B(C11H12O2)
OMe
Me
O
MeCO2Et
O
C(C17H22O5)
H3O+
OMe
Me
O
MeCO2H
OCO2
_Q
OMe
Me Me
OO
Secuencia 3:
MeCO2Et
O
A(C6H10O3)
1)EtO_
2)ICHMe2 Me Me
O
CO2Et
Me
Me
OEtO
_
Me Me
O
Me Me
CO2Et O Me
Me
O
O
Me
Me
CO2Et
B(C13H22O4)
HO_
Me
Me
Me
O
OH
H3O+
Me
Me
Me
O
CO2H CO2_
Q
Me
Me
Me
O
CO2H
RESPUESTA 12.14 Secuencia 1:
Me Me
O
+ CH2(CO2Et)2
A(C3H6O) B(C7H12O4)
NH4+AcO
_EtO2C
MeCO2Et
MeH4AlLi
Me
Me
HO
OHC(C6H12O2)
PBr3
Me
Me
Br
Br
D
CH2(CO2Et)2, NaHEtO2C
EtO2C
CO2Et
Me
MeCO2Et
H3O+
Q HO2C
HO2C
CO2H
Me
MeCO2H
RA-11,12,13
601
CO2_
HO2C
HO2CMe
Me
E
EtOHH3O+ EtO2C
EtO2CMe
Me
F
HNaEtO2C
Me
Me
O
Secuencia 2:
Me
CH2
O
A(C4H6O)
+Me
CO2Et
O
EtO_
Me Me
O O
CO2Et MeMe
CO2Et
OO
Me
CO2Et
O
B(C10H14O3)
1)EtO_
2)CH2O Me
CO2Et
O
C(C11H16O4)
CH2OH
H3O+
Me
CO2H
O
CH2OH
D(C9H12O4)
Q
Me
CH2
O
Me
CH2
O
CO2Et
MeO
+EtO
_
Me O
CO2Et
MeO
CO2Et
MeOH
Me
O
E(C15H22O4)
H3O+ CO2H
Me
Me
OCO2
_Q
Me
Me
O
F(C12H16O) RESPUESTA 12.15 Secuencia 1:
Me Me
CHO
K2CO3
CH2O
Me Me
OHCOH
A(C5H10O2)
CN_
OH
Me Me
OH
NC
B(C6H11O2N)
HO_
H2OHO2C OH
OH
Me MeEtOHH3O+
EtO2C OH
OH
Me MeO
TsOHEtO2C O
O
Me MeTHP
THP
C D
1)C6H5MgBr
2)H3O+
RA-11,12,13
602
O
O
Me MeTHP
THP
C6H5
C6H5
OHOH
OH
Me Me
C6H5
C6H5
OH
E Secuencia 2:
Me O
Me
2HO
_
Me Me
OMe
A(C6H10O)
CH2(CO2Et)2 + EtO_
H3O+
Q
EtO2C
Me Me
O
EtO2C
Me
HO2C
Me Me
O
HO2C
Me
CO2_
QHO2C
Me Me
O Me
B
CN_ HO2C
Me Me
HOMe
C
CN H3O+
Q
Me Me
HOMe
CO2HO OHH2O_ O
Me Me
CO2H
MeO
RESPUESTA 12.16 ¿Por qué en lugar de utilizar la enamina no se puede hacer la síntesis directamente?
O
HO_
O
_
O_
Cl
CO2Me
O
CO2MeX
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:
OCO2Et
HHO
_O
_OEt
O O_
OEt
O O_
OEt
O
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
+Cl
CO2Me
MeO_
Darzens
OCO2Me
CO2_
Q
CHO
Síntesis 1:
O
R2NH
H3O+
:NR2 Cl
CO2Me
NR2+
CO2Me H3O+
H2O
O
CO2Me
Síntesis 2:
ONH
H3O+
NMe
BrO
N
MeO
+ H3O+
MeO
O
HO_
O
OHH2O_
O
Síntesis 3:
O
R2NH
H3O+
:NR2 NR2+
H3O+
H2O
O
O
C6H5 C6H5
O _
C6H5
OH
RESPUESTA 12.17 Secuencia 1:
Me
MeCHO
CH2O
K2CO3
OH
MeCHOMe CNK
OH
MeMe
OH
CN
A B
HClH2O
OH
MeMe
OH
CO2H
C
O
MeMe
OH
O
Secuencia 2:
OCH2C6H5
CO2EtCO
OEt
OEt
HNa EtO2C Ar
CO2Et
t-BuO K+_
Me
O
A
CO2EtMe
ArCO2Et
O
B
NaBH4
604
CO2EtMe
ArCO2Et
OH
E
1)NaOH, H2O
2)H3O+ CO2HMe
ArCO2H
OH
[D]
OMe
ArCO2H
O
Q
C
OMe
OCH2C6H5
O Secuencia 3:
MeCHO
1)R2NH, H3O+ (enamina)
2) CO2MeMe
CHO
CO2Me
A(C8H14O3)
1)R2NH, H3O+ (enamina)
2)
Me
O
Me
MeCHO
CO2Me
B(C12H20O4)
H3O+ Me
CO2Me
O
Secuencia 4:
C6H5 CO2MeCO2Me (exceso)
MeO_
C6H5 CO2Me
CO2Me
[A(C13H16O4)]
CO2Me CO2Me
C6H5 CO2Me
B(C17H22O6)
MeO_ CO2Me
C6H5 CO2Me
O
RESPUESTA 12.18 Secuencia 1:
Me Me
OBa(OH)2
Me Me
Me OMeCOCH2CO2Et + EtO
_
Me Me
CO2Et
Me
Me
O O
A(C6H10O)
B(C12H20O4)
MeMeEtO2C
MeMeO O
HO_ MeMeEtO2C
MeO
H3O+
Q
MeMe
MeO
RCO3HMeMe
MeO
OC(C12H18O3)
RA-11,12,13
605
Secuencia 2:
CO2EtEtO2CMeCHCO2Et
Me
EtO_
EtO2C
EtO2C
CO2Et
Me
CN
EtO_
CO2Et
CO2Et
MeEtO2CEtOHH3O+NC
A(C12H20O6) B(C15H23O6N)
CO2Et
CO2Et
MeEtO2CEtO
_Me
CO2Et
CO2Et
O
HO2C CO2Et
CO2Et
Me
EtO2CEtO
O
EtO2C
C(C15H24O8) Secuencia 3:
EtO2C CO2EtC6H5CHO
EtO_
EtO2C
HO
CO2Et
C6H5 H3O+
H2OH CO2H
C6H5EtOHH3O+
H
CO2Et
C6H5
B(C9H8O2)A(C14H18O5) C
EtO2C CO2Et
C6H5CO2Et C6H5NH2
N
C6H5CO2Et
O OC6H5D(C18H24O6)
CH2(CO2Et)2 + EtO_
Secuencia 4:
CH2(CO2Et)21)EtO
_
2)IC2H5EtO2C
Me
CO2Et 1)EtO_
CHO2)Me
EtO2C CHO
CO2Et
NaBH4
Me
EtO2C
CO2Et
OH
A B C(C12H22O5)
HO_
C6H5CH2ClMe
EtO2CCO2Et
OCH2C6H5 1)HO_
2)H3O+Me
HO2CCO2H
OCH2C6H5CO2
_Q
D(C19H28O5) E(C15H20O5)
Me
H
CO2H
OCH2C6H5 EtOHH3O+
Me
H
CO2Et
OCH2C6H51)(C6H5)3C Na
2)Br CO2Et
_ +
F(C14H20O3) G
RA-11,12,13
606
Me
CO2Et
OCH2C6H5EtO2C
RESPUESTA 12.19
H Me
OMe2NH
AcOH, AcONa
MeNMe
MeCO2Et
CO2EtMeN
Me
Me H2O
H3O+
AB(C11H22O2N)
CO2EtMeH
O
C(C9H16O3)
Me2NH
AcOH, AcONa CO2EtMeN
Me
Me
Me
O
CO2EtMeN
Me
Me
Me
O
D(C11H21O2N) E(C15H28O3N)
MeOHC
O
EtO2C
MeAcO
_
CO2EtOH
O Me
F(C13H22O4)
H2O
H3O+
CO2EtMe
Me
OH
O
H2O_
CO2Et
O Me
HOOH
H3O+
G(C13H20O3)
CO2Et
MeO
O
NH3
H2O
CONH2
MeO
O
H(C15H24O4) I(C13H21O3N)
H4AlLi
MeO
O
H2N
H2OH3O+,1)
H2OHO ,2)_
J(C13H23O2N)
Me
H2N
O M
HN
eO
K(C11H19ON)
13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA RESPUESTA 13.1
741a =
*
*
*
*
* * *
* *
H E+
NO2+
6
6
2a-2a
-a 3a
a -3a-3a
6a
(δEπ)6 = −8a(2β) = −1,86βa
RA-11,12,13
607
(δEπ)5 = −8b(2β) = −1,79β*
*
*
*
*
*
*
* *
H
E55 +
3b-b
b
-bb
-2b
b-b
b
201b =
NO2+ (FPV): C5(8680) > C6(2465)
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.
81a =
E
H**
* * *
22
Br+
OMe
NO2
OMe
NO2
+-a
a-a a
2a
(δEπ)2 = −3a(2β) = −2,12βQ(OMe) = 4a2 = + 0.50
Q(NO2) = 0
81b =
E
H
**
***
6
OMe
NO2+
Br+
6
OMe
NO2
(δEπ)6 = −3b(2β) = −2,12βQ(OMe) = 0
Q(NO2) = b2 = + 0.12
Átomo de C Posición de los sustituyentes Carga del átomo Efecto
OMe NO OMe NO2 2 2 activa inactiva +0.50 0.00 estabilización 6 inactiva activa 0.00 +0.12 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
* a-a
2a-2a
3aH
O2N
+
a-a
**
**
**
OH
(1)
* a-a
2a-2a
3a
H
O2N
+
a-a
**
**
**
CO2H
(2)
CO2H OH
* a-a
2a-2a
3a
H
O2N
+
a-a
**
**
**
CO2H
(3)
OH
Q(OH) = 0
Q(CO2H) = a2 = + 0.05
Q(OH) = a2 = + 0.05
Q(CO2H) = 0
Q(OMe) = 4a2 = + 0.19
Q(CO2Me) = 0
MeO CO2Me
211a =
211a =
211a =
* a-a
2a-2a
3a
H
O2N
+
a
-a
**
*
**
*
(4)
* a-a
2a-2a
3aH
O2N
+
a
-a
**
*
**
*
(5)
* a-a
2a-2a
3aH
O2N
+
a-a
**
**
**
(6)
NO2
Q(OMe) = 9a2 = + 0.43
Q(CO2Me) = 0
Q(OMe) = a2 = + 0.05 Q(NO2) = a2 = + 0.05
211a =
211a =
211a =
MeO CO2Me
MeO
MeO
NO2
Q(OMe) = 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) Qx(Z) Efecto Q2 (CO2H) = +0.05 (1) 2.18 desestabilización Q (OH) = 0.00 10 Q2 (OH) = +0.05 (2) 2.18 estabilización Q (CO10 2H) = 0.00 Q3 (CO2Me) = 0.00 (3) 2.18 estabilización Q6 (OMe) = +0.19 Q1 (CO2Me) = 0.00 (4) 2.18 estabilización Q8 (OMe) = +0.43 Q4 (OMe) = +0.05 (5) 2.18 estabilización Q9 (OMe) = +0.05 Q2 (NO2) = +0.05 (6) 2.18 desestabilización Q9 (NO2) = +0.05 Orden de reactividad que se predice: (4) > (3) ≈ (5) > (2) > (1) > (6)
RA-11,12,13
609
RESPUESTA 13.3
CH2COClR R
AlCl3R R
C
O
+
R R+
OH
R R
O
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:
R R+
O
*
**
*
*
*a
a
-a
-2a
2a-2a
ESTABILIDADES RELATIVAS
catión arenonio posición MeO Q efectox
2(3) activa 4a estabilización2(5) activa 4a estabilización
2(1) activa a estabilización menor
(2) inactiva 0 ningún efecto(4) inactiva 0 ningún efecto
Reactividad relativa: (3) = (5) > (1) > (2) = (4) RESPUESTA 13.4 Compuesto A:
CH3COCl
AlCl3
COMe
HNO3
H2SO4
COMeHO2N
(δEπ)8 = −2β(a + 2a) = −6aβ* +
* *
**-2a
2a -a
-a a
Q(COMe) = 0
1.
CH3COCl
AlCl3
HNO3
H2SO4
COMeNO2
(δEπ)8 = −2β(a + 2a) = −6aβ* +
* *
**-2a
2a-a
-aa
Q(NO2) = 0
NO2 H
2.
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:
1.ClCMe3
AlCl3
CMe3
HNO3
H2SO4
CMe3
(δEπ)4 = −2β(a + 2a) = −6aβ* +
* *
** -2a
2a-a
a
Q(CMe3) = 4a2
NO2H
a
2. HNO3H2SO4
CMe3
(δEπ)4 = −2β(a + 2a) = −6aβ* +
* *
**
-2a
2a-a
a
Q(NO2) = 4a2
HClCMe3
AlCl3
NO2 NO2
a
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:
CH2Cl
OMe
AlCl3
CH2
OMe
+*
*
*
* C6H5 CMe3 MeO CH2
H
CMe3
+*
*
*
(estabilizado por OMe) (estabilizado por CMe3) Reacción 2:
CH2Cl
AlCl3
CH2+
*
*
*
* C6H5 OMeCH2
+ *
(no estabilizado por CMe3) (no estabilizado por OMe)
CMe3 CMe3
MeO CMe3
H*
*
Reacción 3:
CH2Cl
AlCl3
CH2+
*
*
*
* C6H5 CMe3 CH2
+*
(no estabilizado por OMe) (estabilizado por CMe3)
OMe OMe
MeO
CMe3
H
*
*
RA-11,12,13
611
Reacción 4:
CH2Cl
AlCl3
CH2+
*
*
*
* C6H5 OMeCH2
+ *
(no estabilizado por CMe3) (estabilizado por OMe)
CMe3 CMe3
*
*
MeOH
CMe3
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:
ClCMe3AlCl3
H CMe3CMe3
δEπ = -1.81β
+
HNO3H2SO4
H NO2
CMe3 CMe3
NO2δEπ = -1.81β ; Q(CMe3) = +0.36
+ *
**
* *
(favorable: catión estabilizado por CMe3) Secuencia 2:
H NO2NO2
HNO3H2SO4
δEπ = -1.81β
+
ClCMe3AlCl3
H CMe3
NO2 NO2
CMe3δEπ = -1.81β ; Q(NO2) = +0.36
+ *
**
* *
(desfavorable: catión desestabilizado por NO2)
RA-11,12,13
612
Compuesto (2) Secuencia 1:
MeCOClAlCl3
H COMeCOMe
δEπ = -1.81β
+
HNO3H2SO4
COMe COMe
δEπ = -1.81β ; Q(COMe) = 0.00
+
*
**
*
(favorable: el catión no está desestabilizado por COMe)
O2N H*
NO2
Secuencia 2:
H NO2NO2
HNO3H2SO4
δEπ = -1.81β
+
MeCOClAlCl3
NO2 NO2
δEπ = -1.81β ; Q(NO2) = 0.00
+
*
**
*
(favorable: el catión no está desestabilizado por NO2)
MeCO H*
MeCO
Compuesto (3) Secuencia 1:
CH3CH2ClAlCl3
EtHEt
(δEπ) = -1,26β
RA-11,12,13
613
H2SO4
SO3
Et
H SO3H
Et
SO3HδEπ = -126β ; Q(Et) = +0.4
(favorable: catión estabilizado por Et)
+ *
***
* **
Secuencia 2:
SO3HHSO3H
H2SO4
SO3
(δEπ) = -1,26β
CH3CH2ClAlCl3
SO3H
H Et
SO3H
EtδEπ = -1.26β ; Q(SO3H) = +0.4
(desfavorable: catión desestabilizado por SO3H)
+ *
***
* **
Compuesto (4) Secuencia 1:
NO2HNO2
(δEπ) = -1,26β
HNO3H2SO4
+
NO2 NO2
δEπ = -1.57β ; Q(NO2) = 0.00
(favorable: catión no desestabilizado por NO2)
*
**
* *
CO + HClAlCl3
OHC H+
*
CHO
RA-11,12,13
614
Secuencia 2:
(δEπ) = -1,57β
CO + HClAlCl3
H CHO+
CHO
(desfavorable: mayor variación de Eπ)
NO2NO2
HNO3H2SO4
CHOCHOH
+
Compuesto (5) Secuencia 1:
IMeAlCI3
HMe+
(δEπ) = -1,80β
Me
CH3COClAlCl3
MeMeOC
H+ *
*
**
*
**
δEπ = -1.80β ; Q(Me) = +0.52
(favorable: el catión está estabilizado por Me)
MeMeOC
Secuencia 1:
HCOCH3
+
(δEπ) = -1,80β
COCH3
CH3COClAlCl3
IMeAlI3
COCH3Me
H+ *
*
**
*
**
δEπ = -1.80β ; Q(COMe) = +0.52
(desfavorable: el catión está desestabilizado por COMe)
COCH3Me
RA-11,12,13
615
RESPUESTA 13.7 Secuencia 1:
el grupo OMe es estabilizante
OMe
OMe
H COMe
OMe
OMe
COMe
OMe
+
+
Me +CO
*
**
* *2a
-2aa
-a a
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(OMe) = + 0.36
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(OMe) = + 0.09
H COMe COMe
-2a
2a
*
* *
**
-a
a-a
(mayoritario)
(minoritario)
Secuencia 2:
+
+
*
*
**
*
2a
-2a
a-a
a
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(CO2Et) = + 0.36
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(CO2Et) = 0.00
-2a
2a*
* *
**-a a
(minoritario)
(mayoritario)
NO2+
HNO2
CO2Et
NO2CO2Et
CO2Et
CO2Et
H NO2
CO2Et
NO2
el grupo CO2Etes desestabilizante
Secuencia 3:
+
+
*
*
**
*
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NMe2) = + 0.12
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NMe2) = + 0.12
* *
*
*
*
NMe2 NMe2
NMe2
NMe2
NMe2 el grupo NMe2es estabilizante
Br+
Br
HBr
Br
HBr
bb
-b
-b2b
b
-bb
-b2b
se obtienen los dos en la misma proporción
RA-11,12,13
616
Secuencia 4:
+
+
*
*
*
*
*
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(NHCOMe) = + 0.36
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(NHCOMe) = 0.00
*
*
*
**
el grupo NHCOMe es estabilizante
SO3
NHCOMe
H SO3H
NHCOMe
SO3H
NHCOMe
SO3H
H
NHCOMe
SO3H
NHCOMe
a
a2a
-2a
-a
b b-b
2b-b
(minoritario)
(mayoritario)
Secuencia 5:
+
+
*
*
*
**
a = 0.30 ; δEπ = −1.81β ; Q(MeCO) = 0.00
b = 0.35 ; δEπ = −2.12β ; Q(MeCO) = + 0.12
*
*
*
*
*
BrEt
MeOC MeOC
COMe COMe
COMe a
a 2a
-2a
-a
b
b -b-b
(minoritario)
(mayoritario)
H EtEt
Et
H
Et-2b el grupo MeCO es
desestabilizante
RESPUESTA 13.8
a)
CHMe2 CHMe2
H NO2 NO2
CHMe2
NO2 NO2
H CHMe2
NO2
CHMe2
HNO3 Me2CHBr
AlCl3
Me2CHBr
AlCl3
+
*
*
*
*
*
*[favorable]
[desfavorable]
(estabilizado)
(desestabilizado)
+
HNO3
RA-11,12,13
617
b)
COMe COMe COMe
Br Br
Br2 MeCOCl
AlCl3
Br2MeCOCl
AlCl3
+
+
*
*
*
*
*
[favorable]
[desfavorable]
(no desestabilizado)
*
Br
[Fe]
Br
H
Br
H
COMeCOMe
no desestabilizado, pero los halógenos dan lugar a orientación o-/p-, y no m-
CH2_CH3 CH2
_CH3 CH2_CH3
NO2
NO2 NO2 NO2
CH2_CH3
H NO2
H CH2_CH3
c)
ICH2CH3
AlCl3
HNO3
(estabilizado)
+
+
**
**
* *
*
*
* *
ICH2CH3
AlCl3
HNO3
(desestabilizado)
[favorable]
[desfavorable]
d) CO + HClAlCl3
CHO CH_CH3
1)IMgMe
2)H3O+
HO
SO3H SO3H SO3H
e)
H2SO4
SO3
Br2
(no desestabilizado)
+
+
*
*
**
*
*
*
**H2SO4
SO3
Br2
(no desestabilizado)
[favorable]
[favorable]
[Fe]
[Fe]
Br H Br
Br Br Br SO3HSO3HH
RA-11,12,13
618
Síntesis de los reactivos orgánicos: a) Me2CH-OH HBr Me2CH_Br
b) CH3-CO2HSOCl2
CH3_COCl
c) CH3
_CH2OH IH CH3_CH2I
d) CH3OH IH CH3IMg
CH3MgI RESPUESTA 13.9
NO2
CH3
12
3
456
78
6-Metil-2-nitronaftaleno
NO2
CH3
+
C4
C8
C4
C8
NO2
CH3
NO2
CH3
H E
EH
+
+
*
**
* *
*
* *
**
a
2a
-a -2a
-a
-a
-a2a
-2a a
NO2
CH3
NO2
NO2
CH3
NO2
NO2
CH3
NO27
3
17
3
1
(mayoritario)
(minoritario)
(δEπ)4 = −2β(a+2a) = −1.81β
Q(Me) = a2 = + 0.09
Q(NO2) = 0estabilizado por el grupo Me
(δEπ)8 = −2β(a+2a) = −1.81β
Q(NO2) = a2 = + 0.09
Q(Me) = 0desestabilizado por el grupo NO2
RESPUESTA 13.10 Secuencia 1:
C6H6Br2[Fe]
C6H5 Br
1) Mg2)
3)H3O+O C6H5 CH2CH2OH
A B
SOCl2 C6H5 CH2CH2Cl
1)Mg2)HCO2Et
1)H3O+
C
RA-11,12,13
619
C6H5 CH2CH2 CO
H
D
1)C6H5CH2CH2MgCl
2)H3O+C6H5 C6H5
OH
Secuencia 2:
Me
MeO
Zn-Hg
HCl(conc.)CH3 CH
CH3COCl
AlCl3
Me
Me
MeCOClAlCl3
Me
Me
COMe
A B(C12H16O)
NaBH4
Me
Me
Me OH
PBr3
Me
Me
Me Br
1)Mg2)CO2
1)H3O+
Me
Me
Me CO2H
"Brufen"(antirreumático)
C
RESPUESTA 13.11 Retrosíntesis:
O
O
CO CHC
C
O
O
OMe
OMe+ CH3 CO CH
C6H5 CHC6H5
CO CH3 C6H5 CHC6H5
CO2HCH3 Li + C6H5 CHC6H5
Br
C6H5 CHC6H5
OH C6H5 CHO + C6H5 MgBr
C6H6 + CO + HCl C6H5 Br C6H6 + Br2 Síntesis:
C6H5 MgBrC6H5 BrC6H6Br2
[Fe]
Mg
CO + HClAlCl3
C6H5 CHOC6H6
C6H5 CH
OMgBr
C6H5H3O+
C6H5 CH
OH
C6H5
RA-11,12,13
620
HBr C6H5 CH
Br
C6H5
1) Mg2) CO2
3) H3O+C6H5 CH
CO2H
C6H5CH3 Li
C6H5 CH
CO
C6H5
CH3LDA
C6H5 CH
CO
C6H5
CH2
_
C6H5 CH
C6H5
CO CH2
_C
CO2Me
O
OMe
C6H5 CH
C6H5
CO CH
O
MeO2C
LDA C6H5 CH
C6H5
CO C
O
C
O
EtO
_
C6H5 CH
C6H5
CO
O
O
RESPUESTA 13.12 Síntesis 1:
HO2C
HO
MeCOClAlCl3
HO2C
HO
Me
O
Br2HO2C
HO
OBr
H2N_CMe3
HO2C
HO
OHN Me
Me
MeH4AlLi
HO
OHHN M
Me
MeHO
H
salbutamol
e
Síntesis 2:
CMe3
HNO3
H2SO4
CMe3
NO2
H2
[Pd]
CMe3
NH2
Ac2O
CMe3
NH_COMe
Br2
CMe3
NH_COMeBr
NaOHH2O
CMe3
NH2
Br
NaNO2
HCl
CMe3
N2 ClBr
+ _
sal de diazonio
H3PO2
CMe3
Br
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: 12C < 14N < 32S)
Los átomos escritos con negrita son átomos "extra", que se añaden porque existen enlaces dobles o triples.
12C
2 1C C
(C)(C)
C C
C C C C
(C) (C)
(C) (C)
12
N C N C
(N)(C)
12
N C N C
(C) (N)
(C) (N)
12
2 1O C
(O)(C)
O C
2 1S C
(S)(C)
S C
C1(C2C) C2(C)
C1(C2CC) C2(CC)
C1(N2N)
C1(N2NN) N2(CC)
C1(O2O) O2(C)
C1(S2S) S2(C)
N2(C)
14N
C N C N
(C)(N)
12
N N N N
(N)(N)
12
O N O N
(O)(N)
12N1(O2O) O2(N)
NO
O
NO
(O)
(O)
O(N)
(N)
O2(N)
N1(C2C)
N1(N2N)
C2(N)
N2(N)
N1(O2O2OO)
A-I
623
32S
O S O S
(O)(S)
12
SO
O
SO
(O)
(O)
O(S)
(S)
S1(O2O) O2(S)
S1(O2O2OO) O2(S)
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 > 3T.
(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: 123456
CH3 CH2 O CH2 CO
CH2 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)
CO
H O O1(C) C2(OOH) 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:
21
Me
H
Me
H34
(3S)
Me[3]
[1](C1CH)C4 C2(C1CH)[2]
H[4]
3
Me[3]
[2](C2CH)C1 C3(C2CH)[1]
H[4]
4
(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)
NO
O
H3N+− N1(HHH) la prioridad aumenta O=N− N1(OO) 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. 1H− 2. 2D− 3. 3T−
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)
CH21
HC C CH2
3 CHCH3
CH2CH2
CH 10. C1(CHH) C2(CHH) C3(CCH)
11. CH2=CHCH2− C1(CHH) C2(CCH)
3 CHCH3
CH2
CH 12. C1(CHH) C2(CCH)
13. C1(CHH) C2(CCC) 14. C1(CHH) C2(CCC)
3 CCH3
CH3
CH2
CH15. C1(CHH) C2(CCC) 16. CH2=CH− C1(CCH) C2(CHH)
CH3 CH CH 17. C1(CCH) C2(CCH)
A-I
626
1O 42N
1
5
1
O2N3
O2N
1
1
H3C3
H3C5
1
H3C3
CH 143
1
O2N3
HC C
CH C C3
CH3 CHCH3
18. C1(CCH) C2(HHH)
3CH2CHCH3
CH 19. C1(CCH) C2(CHH) C3(HHH) 20. C1(CCH) C2(CHH) C3(CHH) 21. C1(CCC) C2(CCH) 22. C1(CCC) C2(CCC)
2 CCH3
CH 23. C1(CCC) C2(CHH) 24. C1(CCC) C2(CCH) C3(CCH) C4(CCH) 25. C1(CCC) C2(CCH) C3(CCH) C4(CCC) 26. C1(CCC) C2(CCH) C3(CCH) C4(NCC) 27. C1(CCC) C2(CCH) C3(CCC) C4(CCH) C5(CCH) 28. C1(CCC) C2(CCH) C3(CCC) C4(CCH) C5(CCC) 29. C1(CCC) C2(CCH) C3(NCC) C4(CCH) C5(CCH) 30. C1(CCC) C2(CCH) C3(NCC) C4(CCH) C5(NCC)
A-I
627
1
NO22
CH32 1
31. C1(CCC) C2(CCC) C3(CCH)........... C6(CCH)
1
CH32
CH36
32. C1(CCC) C2(CCC) C3(CCH)........... C6(CCC)
33. C1(CCC) C2(NCC) C3(CCH) C4(CCH)
1O2N 4
NO22
34. C1(CCC) C2(NCC) C3(CCH) C4(NCC)
CC6H5
O
CCH3OO
CCH3CH2OO
CC6H5CH2O
O
Me3C O C
O
CH
O
CH3 CO
CHOO
CH3 CCH3
CH3 35. C1(CCC)
36. C1(OOH) 37. C1(OOC) C2(HHH) 38. C1(OOC) C2(CCC) 39. C1(OOO) O2(H) 40. C1(OOO) O2(C) C3(HHH) 41. C1(OOO) O2(C) C3(CHH) C4(HHH) 42. C1(OOO) O2(C) C3(CHH) C4(CCC) 43. C1(OOO) O2(C) C3(CCC)
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)
CH C NH3
O
49. N1(CH) C2(OOC) C3(HHH)
C6H5 CO
NH
50. N1(CH) C2(OOC) C3(CCC)
C6H5CH2O CO
NH
51. N1(CH) C2(OOO)
N
O
O
3 NCH3
CH52. N1(CC) C2(HHH)
3CH2 NCH2CH3
CH 53. N1(CC) C2(CHH)
CH3 NCH3
CH3
+ 54. N1(CCC)
55. C6H5-N=N− N1(NN) 56. O=N− N1(OO) 57. 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)
CO
H O 63. O1(C) C2(OOH)
CO
CH3 O64. O1(C) C2(OOC) C3(HHH)
CC O
O
6H5
65. O1(C) C2(OOC) C3(CCC)
SO
CH3 O 66. O1(S) S2(OOC)
SCH OO
3
O 67. O1(S) S2(OOOO)
AZUFRE 68. HS− S1(H) 69. CH3−S− S1(C) C2(HHH) 70. CH3CH2−S− S1(C) C2(CHH)
SO
CH3
71. S1(OOC)
SO
CH3
O
72. S1(OOOOC)
SO
HOO
73. S1(OOOOO)
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 26. p-Nitrofenilo
53. Dietilamino 56. Nitroso
52. Dimetilamino 8. Pentilo
35. 2,4-Dinitrofenilo 20. 1-Propenilo
30. 3,5-Dinitrofenilo 6. Propilo
47. Etilamino 31. 1-Propinilo
5. Etilo 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.
OO
OH OMeC_ClO
C_HO
Cl
(C5H8O) (C6H12O) (C7H5OCl)
H H
Me EtH Et
Me HOH
MeClH
OH
ClMeH
(C5H10) (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:
MeCMe
Me
NMe
MeC
HO Me
OO
OH
(C5H8O2) (C9H15N)
N
Los isómeros se denominan estereoisómeros cuando se diferencian sólo en la disposición de los átomos en el espacio:
OMe
H
OMe
H
OMe
H
H
OMeC
Me
HC C
H
MeC
Me
HC C
Me
H
(C8H16O2) (C5H8)
H
EtBr
H
EtBr
H
EtBr
H
BrEt
OH
HCl
HOH
HCl
H
(C6H12Br2) (C6H11OCl)
A-I
632
ISÓMEROS
Y YYOO
OH OMe
CO
Cl CO
HCl
Y YH H
Me EtOH
MeClH
OH
ClMeHH Et
Me H
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES
YCO
OH O
HO CH3
Me
MeYC N NMe Me
Me
ESTEREOISÓMEROS
(E) (Z)
YH COMe
Me HH H
Me COMe
(cis)
Y
OMe
H
OMe
H
Y
(S) (R)
OMe
H
H
OMe(trans)
CMe
H C C
H
Me
CMe
H C C
Me
H
(3S,4R)
Y
trans (1R,3R)
Y
(3S,4S) trans (1S,3S)
H
EtBr
H
Et
H
EtBr
H
BrEtBr
3 34 4Cl
H
H
OH
Cl
H
H
OH3 3
1 1
A-I
633
ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
(eclipsada) (alternada)
600
(eclipsada)
Cl
HH
Cl
HOH
Cl
HH OH
Cl H Cl
HH
H
OHCl
600
1
4
cis(1e,4a)
Cl
H
H
Br4
1
cis(1a,4e)
Br
H
H
Cl
MOLÉCULAS QUIRALES
(2R) (1S,3S)
1 32 3
(2S,3S)
OH
MeH
HO
HMe
H
EtCl
Me2
Me
H
H
Me
OH
HHOH
MeH
H
Me(R) (R) (R)
CMe
HC C
Me
H
ENANTIÓMEROS
(2R)
H
EtCl
Me2
(2R,3R)
3
2
(2S)
H
EtCl
Me2
OHH
Me
OHMeH
(2S,3S)
3
2
HOH
Me
HO MeH
H
Cl
OH
H1 2
trans (1R,2R)
H
Cl
OH
H12
trans (1S,2S) (R) (S)
CMe
HC C
Me
H
CMeH
CC
Me
H
A-I
634
DIASTEREOISÓMEROS
(2R,3R)
Y
HO
H
H
H Cl
Cl
1212
cis (1S,2R) trans (1R,2R)
HO
H
Y
OHHMe
OHMeH
2
3
(2R,3S)
HO HMe
Me OHH
2
3
Cl
H H
Cl
H
H
Cl1 21 2
Cl
cis (1R,2S)trans (1R,2R)
Y Y
(Z) (E)
H
Me
H
Me
H
Me
Me
H
Y
H
MeH
Me
H
H Me
H
Me
H
HMe
HMe
H
H
H
Y
(2E,4E) (2Z,4Z) (2E,4Z)
4 4 4
2 2 2
H
MOLÉCULAS AQUIRALES CON CARBONOS ESTEREOGÉNICOS (FORMAS MESO)
OHMeH
OHMeH
(2R,3S)
3
2OH
H
OH
H12
cis (1S,2R) cis (1S,3R)
1 3
Cl
H
Cl
H
cis (1R,3S)
3
1Et
HH
Et
MOLÉCULAS AQUIRALES (NO TIENEN CARBONOS ESTEREOGÉNICOS: NO SON FORMAS MESO)
trans cis cis
H
Et
H
Et
Me
Et
Cl
Et
trans
H
Me
Cl
HH
Me
H
Cl
A-I
635
RELACIÓN DE ISOMERÍA ENTRE DOS MOLÉCULAS
NO ¿ TIENEN LA MISMA FÓRMULA
MOLECULAR ? NO SON ISÓMEROS
SI NO
SON ISÓMEROS CONSTITUCIONALES ¿ SON EL MISMO COMPUESTO ?
SI
SI
¿ SE PUEDEN INTERCONVERTIR
MEDIANTE EL GIRO DE ENLACES SENCILLOS?
SON ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
NO
SI NO NO
SI
SON ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES
¿ SON IMÁGENES ESPECULARES?
SON DIASTEREOISÓMEROS
¿ PRESENTAN ACTIVIDAD ÓPTICA?
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)
SON ENANTIÓMEROS
MOLÉCULAS ACÍCLICAS DELTIPO:
(R,R) / (S,S) (R,S) / (S,R) (*)
ISÓMEROS CIS O TRANS CÍCLICOS DELTIPO:
(R,R) / (S,S) (R,S) / (S,R) (*)
ISÓMEROS (Z)/(E) ACÍCLICOS
ISÓMEROS CIS-TRANS CÍCLICOS SIN CONFIGURACIÓN (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)
44
4
1
1
1
1
223 3
proyección
en el plano
proyección
en el plano
configuración (R)
configuración (R)2
23
3
44
4
1
1
1
1
proyección
en el plano
proyección
en el plano
configuración (S)
configuración (S)
33
33
22
22
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:
[configuración (R)]
[configuración (R)]
2 3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
1
23
4
1800 (en el plano)
A-I
637
CONFIGURACIONES DE MOLÉCULAS CON ÁTOMOS DE CARBONO ESTEREOGÉNICOS
MOLECULAS ACÍCLICAS
2-Cloro-1-propanol
H
CH2OHMeClCH3 CH CH2OH
Cl
H
Me CH2OH
Cl
2
(2S)
H[4]
[3](HHH)C C(OHH)[2]
Cl[1]
2
2-Cloro-3-butenal
Cl
CHOCH2=CHHCH2 CH CH C
O
HCl
Cl
CH2=CH CHO
H
(2R)
Cl[1]
[3](CCH)C C(OOH)[2]
H[4]
22
Cl
CH=CH2CH
CH3-Cloro-1-penten-4-ino
HC C CH CH CH2
Cl
Cl
C CH=CH2
H
3
(3S)
Cl[1]
[2](CCC)C C(CCH)[3]
H[4]
3CH
4-Etoxi-4,5-dimetoxi-2-pentanona
CH2COMe
OMeMeOCH2
EtOCH3 CO CH2 COCH2CH3
OCH3
CH2 OCH3
CH2COMe
MeOCH2 OMe
OEt
(4S)
C(CHH)[4]
[3](OHH)C O(C)C(HHH)[2]
O(C)C(CHH)[1]
44
A-I
638
4-(N,N-Dietilamino)-4-hidroxi-4-metoxi-2-butanona
NEt2
OHMeCOCH2
MeOCH3 CO CH2 C
OCH3
OHNCH2CH3
CH2CH3
NEt2
MeOCH2 OH
OMe
(4R)
N(CC)[3]
[4](OHH)C O(H)[2]
O(C)[1]
44
3-terc-Butil-3-Fenil-3-4-hexen-1-ino
CH3 CH CH C C CH
C6H5
CMe3
C6H5
CMe3CCH
CHMeCH
C6H5
Me3C C
CH
3
(3R)
CH
CHMe
3
C3(CCC)(CCH)(CCH)[1]
[3](HHH)(CCC)C C(CCC)(CCH)(H)[2]
C(CCH)(CCH)(HHH)[4]
2-Cloro-3-metil-3-pentanaminaMe NH2
Et
Cl HMe
2
3CH3 CH CCl NH2
CH2CH3CH3
H
Cl Me
Me NH2
Et
2
3
(2S,3R) (2S)
H[4]
[1]Cl C(HHH)[3]
C(NCC)[2]
3
(3R)
C(ClCH)[2]
[4](HHH)C N(HH)[1]
C(CHH)[3]
2
A-I
639
Me OHH
Et HCH2NH2
2
3CH3CH2 CH
CH2NH2CH CH3OH
3-Metilamino-2-pentanol
H
Et CH2NH2
Me OH
H
2
3
(2S,3S) (3S)
H[4]
[3](CHH)C C(NHH)[2]
C(OCH)[1]
3
(2S)
C(CCH)[2]
[3](HHH)C O(H)[1]
H[4]
2
H
Et CH2NH2
Me OH
H
(2S,3S) (3S)
H[4]
[3](CHH)C C(NHH)[2]
C(OCH)[1]
(2S)
C(CCH)[2]
[3](HHH)C O(H)[1]
H[4]
Me CH2BrH
Et HCl
2
3CH3 CH2 CH CH CH2Br
Cl
Me
1-Bromo-3-cloro-2-metilpentano
H
Et Cl
Me CH2Br
H
2
3
(2S,3R) (3R)
H[4]
[3](CHH)C Cl[1]
C(CCH)[2]
2
(2S)
C(ClCH)[2]
[3](HHH)C C(BrHH)[1]
H[4]
3
Me CH2ClH
Et HBr
2
3CH3 CH2 CH CH CH2Cl
Br
Me
1-Cloro-3-bromo-2-metilpentano
H
Et Br
Me CH2Cl
H
2
3
(2R,3R) (3R)
H[4]
[3](CHH)C Br[1]
C(CCH)[2]
2
(2R)
C(BrCH)[1]
[3](HHH)C C(ClHH)[2]
H[4]
3
A-I
640
Me CH=CH2H
Et HCH=CH2
4
3CH2 CH CH CH CH CH2
CH3
CH2CH3
3-Etil-4-metil-1,5-hexadieno
H
Et CH=CH2
Me CH=CH2
H
4
3
(3S,4R)(3S) (4R)
C3(CCH)(CCH)[1]
[3](HHH)C C(CCH)(CHH)[2]
H[4]
4
H[4]
[3](HHH)(CHH)C C(CCH)(CHH)[2]
C4(CCH)(CCH)[1]
3
MOLECULAS MONOCÍCLICAS
OHClEtMe
2 1
(1R,2S)-2-Cloro-1-etil -2-metilciclopropanol
1
(1R)
C(CHH)(ClCC)[3]
[1](O) C(CHH)(HHH)[4]
C(ClCC)[2]
2
(2S)
C(CHH)[3]
[4](HHH)C Cl[1]
C(OCC)[2]
H CH2Cl
HMeO23
O
(2S,3R)-2-Clorometil-3-metoxiciclobutanona
2
(2S)
C(OOC)[2]
[1](ClHH)C H[4]
C(OCH)[3]
3
(3R)
C(CHH)[3]
[1](O)C H[4]
C(CCH)[2]
12 5O HHO
MeH
(2R,5S)-2-Hidroxi-5-metiloxolano
2
(2R)
C(CCH)[3]
[4]H O[2]
O(C)[1]
5
(5S)
C(CHH)[2]
[4]H C(HHH)[3]
O(C)[1]
A-I
641
3
5
O H
Et Me
OH
(3S,5S)-5-Etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona
3
(3S)
C(CHH)(CCC)[3]
[4]H O[1]
C(CHH)(OOC)[2]
5
(5S)
C(CHH)(HHH)[3]
[1](OOC)(CHH)C C(CHH)(OCH)[2]
C(HHH)[4]
13 MeEtOOMeH
(1S,3S)-3-Etoxi-1-metil-1-metoxiciclopentano
1
(1S)
C(CHH)(CHH)[3]
[4](HHH)C O[1]
C(CHH)(OCH)[2]
3
(3S)
C(CHH)(CHH)[3]
[4]H O[1]
C(CHH)(OCC)[2]
31
2
4
HCH=CH2
(3R)-3-Vinilciclobuteno
3
(3R)
C2(CCH)C1(CCH)[1]
[2](CHH)(CCH)C H[4]
C4(CHH)[3]
(3R)-3-(2-Etoxietil)-3-etoximetiloxolano
2
3 54
1OEtOCH2CH2
EtOCH2
C4(CHH)(OHH)O(CHH)−C3[4]
[2]C(HHH)(CHH)O(OHH)C C(CHH)(CHH)O(CHH)(HHH)[3]
C2(OHH)O(CHH)(CHH)−C3[1]
3
(3R)
A-I
642
(3S)-3-Metoximetil-3-(3-metoxipropil) oxano
MeOCH2
MeOCH2CH2CH2 12
3
O
3
CH2CH2CH2OCH2-(C3)
MeOCH2 (CH2)2CH2OMe
CH2O-(CH2)3-(C3)
3
(3S)
C(CHH)(CHH)(OHH)(O)(CHH)-(C3)[3]
[2](HHH)(O)(OHH)C C(CHH)(CHH)(OHH)(O)(HHH)[4]
C(OHH)(O)(CHH)[1]
ESPIRANOS
CR2
R1CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje estereogénico]R1
R2
R3
R4
Cl
H
H
Me
1
369
3-Cloro-9-metilespiro[5,5]undecano
HMe
HMe
Cl
H
Cl
H
Cl[3]
[2]H Me[1]
H[4]
(R)
Cl[3]
H[2][1]Me
H[4]
(S)
CUMULENOS Número impar de dobles enlaces
1,2,3-Butatrieno: H2C C C CHH
C CHCH2 CH
H
CH
HC C
H
HC
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp)-C(sp)] σ [H(1s)-C(sp2)]σ σ [C(sp)-C(sp2)]
..
.. . . . . . . . .
. .
A-I
643
H
HC
HH C C
H
HC
HH
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
π [pz(C)-pz(C)]
. ..
..
.
[pz(C)-pz(C)] ππ[py(C)-py(C)]
CHH C C
π [pz(C)-pz(C)]
CHH
[C(sp2)-C(sp)] σ σ [C(sp)-C(sp2)]σ [C(sp)-C(sp)]
Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z) / (E):
(Z)-2,3,4-Hexatrieno (E)-2,3,4-Hexatrieno
CMe
HC C
MeHC C
Me
HC C
HMeC
Número par de dobles enlaces
1,2-Propadieno: H2C C CH2 CH
HC C
H
H
CH
H C C
H
H
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp2)-C(sp)] σ
σ [H(1s)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp2)]σ
.. .
. . . . .
..
..
H
H
H
HC
HH C C
H
H
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
. .. .
A-I
644
CHH C C
H
H [pz(C)-pz(C)] π
[C(sp2)-C(sp)] σ σ[C(sp2)-C(sp)]
π [py(C)-py(C)]
σ[H(1s)-C(sp2)]
Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos:
CR2
R1CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje estereogénico]
CMe
HC C
Me
H
CMeHCC
Me
H
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:
CMe
HC C
H
Me C(HHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(HHH)[3]
(S)
CMe
HC C
Me
H
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)
¡ ASÍ NO ! CMeHCC
Me
H
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]
[2]H C(HHH)[1]
C(CHH)[3]
(S)
C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
[intercambio]
CMe
HC C
H
Et
CMe
HC C
Et
H
ALQUILIDENCICLOALCANOS Los alquilidencicloalcanos tienen el mismo tipo de geometría que los cumulenos con tres átomos de carbono en el esqueleto insaturado.
Et
HH
Me
14
1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano
H
EtMe
HH
EtMeH
H[4]
[2]H Me[1]
Et[3]
(S)
H[4]
H[2][1]Me
Et[3]
(R)
CBr
HO2CH
Me
H[4]
[2]HO2C B
Me[3]
(S)Ác. (S)-2-Bromo-(4-metilciclohexiliden)acético
4 r[1]
CHO2C
HMe
H
Me[3]
[2]H CO2H[1]
H[4]
(R)Ác. (R)-(4-Metilciclohexiliden)acético
4
Cl[3]
[1]HOCH2 H[2]
H[4]
(R) (S)-(3-Clorociclobutiliden)etanol
CCl
HH
HOCH23
A-I
646
APÉNDICE II
VALORES DE pKa Base Base
Ácido pK conjugada Ácido pK conjugada a a ácido más fuerte base más débil
Ar_SO3H -6,5 Ar_SO3
__
+OH O
R_C N_H+
-10 R_C N
HI -10 I
R_C_OH -6 R_C_OH
Ar_OH2+
-6,4 Ar_OH
+OH
-6 Ar_C_OH
O
R_C_H
+OH
-10 R_C_H
O
Ar_O_R -6
H2SO4 -9 HSO4_
Ar_C_OH
H
+Ar_O_R
HC(CN)3 -5 :C(CN)3_
HBr -9 Br_
Ar3N_H+
-5 Ar3N
+H
Ar_C_OR
O
-7,4 Ar_C_OR
O
+H
H_C_H
OH
-4 H_C_H
O
CH3_C_CH3
+H O
-7,3 CH3_C_CH3
O
R_O_R
H
+-3,5 R_O_R
HCl Cl_
R3C_OH2+
R3C_OH-2
R_SH2+
-7 R_SH
R2CH_OH2+
-2 R2CH_OH
+H
Ar_C_OH
O
-7 Ar_C_OH
O
RCH2_OH2+
RCH2_OH-2
+H
Ar_C_H
O
-7 Ar_C_H
O
+H
R_C_OR'
O
-7 R_C_OR'
O
-7,3
A-II
647
Base Base
conjugada Ácido pKÁcido pK conjugada a a
R_C_OH
O
R_C_O
O_
4-5H3O+ -1,7 H2O
C6H5_CO2H 4,2 C6H5
_CO2_
HNO3 -1,4 NO3_
C6H5_NH3+
C6H5_NH24,6
Ar_C_NH2
O
-1,5 Ar_C_NH2
OH +
+H
R_C_NH2
O
R_C_NH2
O
-0,5 CH3_C_O
O
CH3_C_OH
O_
4,8
Cl3C_C_OH
O
0,64 H_C_CH_C_H
O O
H_C_CH2_C_H
O O_
Cl3C_C_O
O_
5
Ar2NH2+
Ar2NH1 N H+
N5,2
Cl2CH_C_OH
O
Cl2CH_C_O
O_
1,3 O2N_CH2_CO2Et O2N_CH_CO2Et
_5,8
HSO4_
SO42-1,99
H2CO3 HCO36,35ClCH2_C_OH
O
ClCH2_C_O
O_
2,8
Ar_SH Ar_S_
6-8
_
H2S HS_
7,00
C6H5_SH C6H5
_S_
7,8
Ar_NH3+
Ar_NH23-5
Ar_NHR2 Ar_NR23-5+
HF F3,17_
HO_NO NO2-3,29
Ar_OH Ar_O_
8-11
NC_CH2_CO2Et NC_CH_CO2Et
_9
H_C_OH
O
H_C_O
O_
3,7 MeO2C_CH2_CO2Me MeO2C_CH_CO2Me
_9
A-II
648
Base Base
conjugada Ácido pKÁcido pK conjugada a a
HCN 9,1 NC_
Me_C_CH2_CO2Et
O
11 Me_C_CH_CO2Et
O_
NH4+ 9,24 NH3 EtO2C_CH2
_CO2Et 13 EtO2C_CH_CO2Et_
R3NH 10-11 R3N+
CH3_C_NH2
O
CH3_C_NH
O_
15,0RNH3+
10-11 RNH2
CH3OH 15,2 CH3O_
_RSH 10-11 RS
_H2O 15,74 HO
NC_CH2_CN NC_CH_CN11Me_C_CH2
_C_Me
O O
9 Me_C_CH_C_Me
O O_ _
R_CH_C_R'(H)C6H5_OH 10,0 C6H5
_O_
RCH2OH RCH2O_
16RCH2NO2 10 R_CH_NO2
_
R2CHOH R2CHO_
CH3_NO2 CH2
_NO2
_10,2
CH3CH2OH CH3CH2O_
17
16,5
HCO3_
CO32-10,33 R3C_OH R3C_O
_17
CH3CH2_SH CH3CH2
_S10,5
R_C_NH2
O
R_C_NH
O_
17
_
Me_NH3 Me_NH2+
10,6
Me3C_OH Me3C_O_
19Me2NH2+
Me2NH10,7
R_CH2_C_R'(H)
O O_
16-20
R2NH+
R2NH2 11 CH3_C_CH3
O
CH2_C_CH3
O_
19
A-II
649
Base Base
conjugada Ácido pKÁcido pK conjugada a a
CH3_CO2Et CH2
_CO2Et_
23
R_CH2_CO2R' 24,5 R_CH_CO2R'
_
RCH2_CN RCH_CN25
HCCl3 :CCl3_
26
HC CH HC C:_
Ar3CH Ar3C:_
26
31,5
Ar2CH2 Ar2CH_
33,5
H2 35 H:_
CH3_CN 25 CH2
_CN_
CH3_CONH2 25 :CH2
_CONH2_
NH3 36 :NH2_
(MeCH)2NH 36 (MeCH)2N:_
C6H5_CH3 41 C6H5
_CH2
_
H2C CH_CH3 H2C CH_CH2_
43
:_
43
CH4 :CH349
_
H
_
ácido más débil 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)
+ H+ MeR2
R1+
Me
Nu
R2R1
1
2
(2)
R1HH R2
Nu_
Me
Nu
R2R1
(1)1
2
R3R1
R2 R4
1
2
H
R2
R1 R4
R3+
1
2
H
R4
R3R2
R1
H Nu
R4R2R3R1
R2NuR1
R4
R3H
H R4R3
R1R2 Nu
Nu
+
1
2
2
1 (1)
Nu
+
2H
R2
R4
R3
1R1
2
1
H
_
(2)
Nu_
(3)
(4)
A-III
651
R3R1
R2 R4
1
2
H
R4
R3R2
R1 +
1
2
Nu
R4
R3R2
R1
R2HR1
R4
R3Nu
Nu
+
1
2
2
1(5)
H
2
1
H
_
(6)
Nu_
(7)
(8)
H
R4
R3
R2
R1 +
1
2
H
R4
R3
R2R1
H
R4
R3R2
R1
Nu
Nu
Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8)
1
2
Nu
+
1
2
2
1(1)
2
1
H
_
(2)
Nu_
(3)
(4)
R1 R2
1
2R1
R2H R1 R2
H Nu
R1 Nu
H R2
1
2H
R2R1 H R2
R1 Nu
H Nu
R1 R2
+
+
A-III
652
1
2
Nu
+
1
2
2
1(5)
2
1
H
_
(6)
Nu_
(7)
(8)
R1 R2
1
2
R1 R2
Nu H
Nu R2
R1 H
1
2
R1R1 H
Nu R2
Nu H
R1 R2
R1H
R2
+
+R2
H
Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8)
2
(1)
(2)
(3)
(4)
+
1
2
Nu
2
1
2
1
H
R1R2
1
2
+
R1
H R2
1
+
R1 R22
1
H
R1
Nu
R2
H
R1
R2
Nu
R1
H
Nu
R2
R1
H
R2
Nu
_
Nu_
H
A-III
653
2
(5)
(6)
(7)
(8)
+
1
2
Nu
2
1
2
1
H
R2R1
1
2
+
R2
HR1
1
+
R2R12
1
Nu
R1
H
R2
R1
Nu
H
R2
Nu
R1
R2
H
R1
Nu
R2
H
_
Nu_
H
Enantiómeros: (1) y (4) ; (2) y (3) ; (5) y (8) ; (6) y (7)
Compuestos : (1) = (2) = (3) = (4) ; (5) = (6) = (7) = (8)
2 Reacciones con halógenos (X = Cl, Br, I) (iones onio)
X
R2R1 X
R3R4
R3R1
R2 R4
+
1 2
(1)
(2)
+
2
1
X
R2 R4
R3R1
_
X
R4R3X
R1R2
X X
+
2
1(1)
X_
(2)
R1 R2X R2
R1 X
R1 X
X R2
X
XR2R1
+
1 2
A-III
654
2
(1)
(2)
+
2
1
1
+
R1 R22
1
R1
X
X
R2
X
R1
R2
X
_X
R1 R2
X X
Enantiómeros: (1) y (2)Compuestos: (1) = (2) ;
3 Reacciones con XOH (X = Cl, Br, I) (iones onio)
R3R1
R2 R4
+X
HO
R2R1 X
R3R4
+
1 2
(1)
(2)2
1
X
R2 R4
R3R1
_
OH
R4R3X
R1R2
HO
X
R2R1 OH
R3R4
+
1 2
(3)
(4)2
1
XR2 R4
R3R1
_X
R4R3HO
R1R2
HO
Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4)Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4) ;
2
1(1)
(2)
R1 R2
OH R2
R1 X
R1 OH
X R2
XR2R1
+
1 2
2
1(3)
(4)
X R2
R1 OH
R1 X
OH R2
X
R2R1
+
1
+X
2
_HO
_HO
Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4) ; Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4)
A-III
655
1 2
2
(1)
(2)
+
2
1
1
+
R1 R2
R1
OH
X
R2
X
R1
R2
OH
X
R1 R2
X
(3)
(4)
+
2
1 OH
R1
R2
X
R1
X
OH
R2
R1 R2X
_HO
_HO
Compuestos: (1) = (3) ; (2) = (4) Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4); 4 Reacciones con peroxiácidos (R-CO H) 3
HO
R2R1 OH
R3R4
R3R1
R2 R4
+
1 2
(1)
(2)2
1
O
R2 R4
R3R1
OH
R4R3HO
R1R2
H
1)RCO3H
2)H3O+
H2O
Enantiómeros: (1) y (2)
2
1 (1)
(2)
R1 R2OH R2
R1 OH
R1 OH
OH R2
OR2R1
+
1 2
H
1)RCO3H
2)H3O+
H2O
Enantiómeros: (1) y (2)
2
(1)
(2)
+2
1
1
R1 R2
OH
R1
R2
OH
R1
OH
OH
R2
R1 R2OH
1)RCO3H
2)H3O+
H2O
Enantiómeros: (1) y (2)
A-III
656
5 Reacciones con tetraóxido de osmio (OsO ) 4
R3R1R2 R4
(1)R2 R4
R3R1O O
OsOO
H3O+HO
R2R1
OH
R3R4
(2)R2 R4
R3R1
O OOs
OO
H3O+
HO
R2R1
OH
R3 R4
OsO4
Enantiómeros: (1) y (2)
(1)
(2)
R1 R2R1 R2
OH OH
OH OH
R1 R2
R2R1
R2R1
O O
OsO O
O OOs
O O
OsO4
H3O+
H3O+
Enantiómeros: (1) y (2)
H3O+(1)
(2)
R1 R2
OH
R1
OH
R2
R1
OH
R2
OH
R1 R2
R1 R2
O O
OsO O
O OOs
O O
OsO4
H3O+
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 EH 1
*
**
**
* *
* * 0,316
0,316
0,0510,013
0,013
0,114 (xa2)
(δEπ)1 = −8a(2β) = −1,80β
n
( ) ( ) 22 ; 2 ; 1 ; 1E a a E a z zδ π δ π= = = =n n a
( )2 2 ; 1 QQ xa x Q a a= = =
( ) ( ) ( )222 ; 2 ; 4E n n Q E n Eπ πδ δ= = =a x z πδ En el caso concreto del Criseno:
( ) ( )8 ; 2 1,80 2 8 0,1125 ; 2 2 8 0,316 1,80 5E n n Q Eπ πδ δ= = = × = = = × =n a x
( )22 2 24 4 8 1,80 79 ; 1 1n E zπδ= = × = = =z a 79
A-IV
658
SUSTITUCIÓN ELECTRÓFILA EN HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS
ESTABILIDADES RELATIVAS Y CARGAS FORMALES DE CATIONES ARENONIO POLICÍCLICOS
NAFTALENO
H E1
*
**
* * +0,36
+0,36+0,09
+0,09**
* * *+0,12
+0,50+0,12
+0,12
E
H2
***
* *+0,50
+0,12+0,12
+0,12
E
H
**
* * * +0,36
+0,36+0,09
+0,09
H E3
4
(δEπ)1 = -3a(2β) = -1,81 β (δEπ)2 = -3b(2β) = -2,12 β (δEπ)3 = -3b(2β) = -2,12 β (δEπ)4 = -3a(2β) = -1,81 β
H E E
H
H
E
EH* *
***
* * *
**
* *
***
*
* *
**
+0,36
+0,36
+0,36
+0,36
+0,09
+0,09
+0,09
+0,09
+0,12
+0,12+0,12
+0,12
+0,12
+0,12
+0,50
+0,50
(δEπ)5 = -3a(2β) = -1,81 β (δEπ)8 = -3a(2β) = -1,81 β(δEπ)6 = -3b(2β) = -2,12 β (δEπ)7 = -3b(2β) = -2,12 β
56
78
CARGAS FORMALES C (*) δEi π x(-β) C1 1,81 Q(2,4) = +0.36 ; Q(5,7) = +0.09 ; Q(3,6,8) = 0.00 C 1,81 Q(1,3) = +0.36 ; Q(6,8)4 = +0.09 ; Q(2,5,7) = 0.00 C 1,81 Q(6,8) = +0.36 ; Q(1,3)5 = +0.09 ; Q(2,4,7) = 0.00 C 1,81 Q(5,7) = +0.36 ; Q(2,4)8 = +0.09 ; Q(1,3,6) = 0.00 C 2,12 Q(1) = +0.50 ; Q(3,6,8) = +0.12 ; Q(4,5,7)2 = 0.00 C 2,12 Q(4) = +0.50 ; Q(2,5,7) = +0.12 ; Q(1,6,8)3 = 0.00 C 2,12 Q(5) = +0.50 ; Q(2,4,7) = +0.12 ; Q(1,3,8)6 = 0.00 C 2,12 Q(8) = +0.50 ; Q(1,3,6) = +0.12 ; Q(2,4,5)7 = 0.00
(*) 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):
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
C1 = C4 = C5 = C 1,81 1160 8
C2 = C3 = C6 = C 2,12 151 7
1
45
8
[carbonos más reactivos]
2
36
7
[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:
E+?
CH31
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):
δEπ = −1,81β
CH31
4
8
5
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 C ) 4 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:
δEπ = −2,12β
CH3
Sustitución en C2: Q1 = +0,50
Sustitución en C3: Q1 = 0,00
Sustitución en C7: Q1 = +0.12
2
36
71
Sustitución en C6: Q1 = 0,00
Los datos indican que las posiciones más reactivas serán C (δE4 π = -1,81β ; Q = +0,36) y C (δE1 2 π = -2,12β ; Q = +0,50): 1
CH3
21
4
CH3
21
E
H
CH31
4H E
(δEπ)2 = −1,81β ; Q1= +0,36
(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 C mínima (Q = 0,00) Es decir: 1 1
δEπ = −2,12β
CH3
Sustitución en C3: Q1 = 0,00
Sustitución en C6: Q1 = 0,00
36
1
En resumen:
CH3
Posiciones más reactivas: C2 y C4
2
4
CH3
36
Posiciones menos reactivas: C3 y C6 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)
δEπ = −1,81β
NO21
4
8
5
Sustitución en C4: Q1 = +0,36
Sustitución en C5: Q1 = +0,09
Sustitución en C8: Q1 = 0.00
δEπ = −2,12β
NO2
Sustitución en C2: Q1 = +0,50
Sustitución en C3: Q1 = 0,00
Sustitución en C7: Q1 = +0.12
2
36
71
Sustitución en C6: Q1 = 0,00
NO21
NO21
NO21
(δEπ)8 = −1,81β ; Q1= 0,00
(δEπ)5 = −1,81β ; Q1= +0,09
E+
E
H E
H
+
+
8
5
8
5
NO2
Posiciones más reactivas: C8 y C5
5
8NO2
Posiciones menos reactivas: C2 y C4
2
4
A-IV
661
ANTRACENO
1 EH E
H
H
E
H E
*
***
* * * +
+
+
+
***
* * * *
****
* * ** *
***
* *
+0,04
+0,04
+0,04
+0,04
+0,05
+0,05+0,05
+0,05
+0,05
+0,15
+0,15
+0,22
+0,22
+0,35
+0,35
+0,35
+0,35
+0,50
+0,50
+0,05
(δEπ)1 = -4a(2β) = -1,57 β (δEπ)2 = -4b(2β) = -1,88 β (δEπ)3 = -4b(2β) = -1,88 β (δEπ)4 = -4a(2β) = -1,57 β
2
34
* ***
* * *
+ ++
***
* * **
****
** *
(δEπ)10 = -2c(2β) = -1,26 β (δEπ)5 = -4a(2β) = -1,57 β (δEπ)6 = -4b(2β) = -1,88 β
H E H E H
E
+0,04
+0,04
0,05
0,50 0,05
0,050,10
0,100,10
+0,15+0,35
+0,35
0,22
0,10 0,40
10 56
* ***
* * *
++ +**
*
* * *
* ****
* * *
(δEπ)7 = -4b(2β) = -1,88 β (δEπ)8 = -4a(2β) = -1,57 β (δEπ)9 = -2c(2β) = -1,26 β
E
H
EH H E+0,50 0,22 0,05
0,050,05
0,10
0,100,10
0,10+0,04
+0,04+0,15
+0,35
+0,35 0,40
78 9
CARGAS FORMALES δECi π x(-β) C9 1,26 Q(10) = +0,40 ; Q(2,4,5,7) = +0,10 ; Q(1,3,6,8) = 0,00 C 1,26 Q(9) = +0,40 ; Q(1,3,6,8) = +0,10 ; Q(2,4,5,7) = 0,00 10
C 1,57 Q(2,4) = +0,35 ; Q(10) = +0,15 ; Q(5,7) = +0,04 ; Q(3,6,8,9) = 0,00 1
C 1,57 Q(1,3) = +0,35 ; Q(9) = +0,15 ; Q(6,8) = +0,04 ; Q(2,5,7,10) = 0,00 4
C 1,57 Q(6,8) = +0,35 ; Q(9) = +0,15 ; Q(1,3) 5 = +0,04 ; Q(2,4,7,10) = 0,00 C 1,57 Q(5,7) = +0,35 ; Q(10) = +0,15 ; Q(2,4) = +0,04 ; Q(1,3,6,9) = 0,00 8
C 1,88 Q(1) = +0,50 ; Q(9) = +0,22 ; Q(3,6,8) = +0,05 ; Q(4,5,7,10) = 0,00 2
C 1,88 Q(4) = +0,50 ; Q(10) = +0,22 ; Q(2,5,7) = +0,05 ; Q(1,6,8,9) = 0,00 3
C 1,88 Q(5) = +0,50 ; Q(10) = +0,22 ; Q(2,4,7) = +0,05 ; Q(1,3,8,9) = 0,00 6
C 1,88 Q(8) = +0,50 ; Q(9) = +0,22 ; Q(1,3,6) = +0,05 ; Q(2,4,5,10) = 0,00 7
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
5C9 = C 1,26 127x1010
C1 = C4 = C5 = C 1,57 7900 8
C2 = C3 = C6 = C 1,88 1135 7
9
10
2
36
7
Posiciones más reactivas: C9 y C10 Posiciones menos reactivas: C2, C3, C6 y C7
2
36
7
1
45
8 9
10
A-IV
662
FENANTRENO
EH
E
H EH E
H+
+
+
+
**
*
**
*
***
*
*
**
*
*
**
*
**
**
**
*
*
*
0,14
+0,31
+0,31
+0,03
+0,03
+0,05
+0,43
+0,19+0,05
+0,05
+0,17
+0,04
+0,04 +0,37
+0,17 +0,04
+0,04 +0,35
+0,35
+0,04
(δEπ)1 = -5a(2β) = -1,86 β (δEπ)2 = -5b(2β) = -2,18 β (δEπ)3 = -5c(2β) = -2,04 β (δEπ)4 = -5d(2β) = -1,96 β
1
2
3 4
+ + +
**
*
**
*
***
*
**
*
*
**
*
* **
(δEπ)5 = -5d(2β) = -1,96 β (δEπ)6 = -5c(2β) = -2,04 β (δEπ)7 = -5b(2β) = -2,18 β
EH
EH
H
E
*
+0,04
+0,04
+0,04
+0,35
+0,35
+0,17
+0,17
+0,37
+0,04
+0,04
+0,05
+0,05
+0,05+0,19
+0,43
5 6
7
+
+ +**
*
*
*
**
*
*
* * *
*
***
**
*
+0,14
(δEπ)8 = -5a(2β) = -1,86 β (δEπ)9 = -5e(2β) = -1,80 β (δEπ)10 = -5e(2β) = -1,80 β
*
89 10
EH
EH H
E
*+0,31
+0,31
+0,03
+0,03
+0,52
+0,13
+0,13
+0,13
+0,13+0,03
+0,03 +0,03
+0,03
+0,52
δECi π x(-β) CARGAS FORMALES
C9 1,80 Q(10) = +0,52 ; Q(1,3) = +0,13 ; Q(5,7) = +0,03 ; Q(2,4,6,8) = 0,00 C 1,80 Q(9) = 0,52 ; Q(6,8) = +0,13 ; Q(2,4) = +0,03 ; Q(1,3,5,7) = 0,00 10
C 1,86 Q(2,4) = +0,31 ; Q(9) = +0,14 ; Q(6,8) 1 = +0,03 ; Q(3,5,7,10) = 0,00 C 1,86 Q(5,7) = +0,31 ; Q(10) = +0,14 ; Q(1,3) = +0,03 ; Q(2,4,6,9) = 0,00 8
C 1,96 Q(1,3) = +0,35 ; Q(5,7,10) = +0,04 ; Q(2,6,8,9) = 0,00 4
C 1,96 Q(6,8) = +0,35 ; Q(2,4,9)5 = +0,04 ; Q(1,3,7,10) = 0,00 C 2,04 Q(4) = +0,37 ; Q(2,9) = +0,17 ; Q(6,8) = +0,04 ; Q(1,5,7,10) = 0,00 3
C 2,04 Q(5) = +0,37 ; Q(7,10) = +0,17 ; Q(1,3) = +0,04 ; Q(2,4,8,9) = 0,00 6
C 2,18 Q(1) = +0,43 ; Q(3) = +0,19 ; Q(5,7,10) = +0,05 ; Q(4,6,8,9) = 0,00 2
C 2,18 Q(8) = +0,43 ; Q(6) = +0,19 ; Q(2,4,9) = +0,05 ; Q(1,3,5,10) = 0,00 7
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
1630 C9 = C 1,80 10
C1 = C 1,86 900 8
C4 = C 1,96 810 5
C3 = C 2,04 385 6
C2 = C 2,18 173 7
Posiciones más reactivas: C9 y C10
9 10
27
Posiciones menos reactivas: C2, y C7
27
1
3456
8
9 10
A-IV
663
NAFTACENO
EH E
H
H
E*****
* * * *
* * * *
*****
* * * * *
****
(δEπ)1 = -5a(2β) = -1,41 β (δEπ)2 = -5b(2β) = -1,69 β (δEπ)3 = -5b(2β) = -1,69 β
+0,02
+0,02 +0,08 +0,18 +0,32
+0,32
+0,03
+0,03 +0,11 +0,26 +0,46
+0,03
+0,03
+0,03 +0,11 +0,26 +0,46
+0,031
2
3
*
****
* * *
* * * *
***** *
* * * *
***
(δEπ)4 = -5a(2β) = -1,41 β (δEπ)5 = -5c(2β) = -1,02 β (δEπ)6 = -5c(2β) = -1,02 β
4H E H E H E5 6* *
+0,02
+0,02
+0,08 +0,18 +0,32
+0,32
0,04
0,04
+0,17 0,38 +0,09
+0,09
+0,09
+0,09
0,38 +0,17 0,04
0,04
*
****
* * *
* * * * *
****
* * * *
***
(δEπ)7 = -5a(2β) = -1,41 β (δEπ)8 = -5b(2β) = -1,69 β (δEπ)9 = -5b(2β) = -1,69 β
78
9
* *+0,02
+0,08+0,18
+0,32
+0,32
H E H
E H
+0,02+0,03
*
+0,03
+0,03+0,11+0,26+0,46
+0,46 +0,26 +0,11 +0,03
+0,03+0,03
E
****
* * *
* * * * *
***
* * * *
***
(δEπ)10 = -5a(2β) = -1,41 β (δEπ)11 = -5c(2β) = -1,02 β (δEπ)12 = -5c(2β) = -1,02 β
10 11 12
* *+0,02+0,08+0,18
+0,32+0,02
*
H E H E H E
*
+0,32
*+0,09
+0,09 0,38 +0,17
0,04
0,04
0,04
0,04 +0,17 0,38 +0,09
+0,09
δECi π 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 C 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 6
C 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 11
C 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 12
C 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 1
C 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 4
C 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 7
C 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 10
C 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 2
C 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 3
C 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 8
C 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 9
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
― C5 = C6 = C = C 1,02 11 12
― C1 = C4 = C 7 = C 1,41 10
― C2 = C3 = C 8 = C 1,69 9
56
11 122
38
9
Posiciones más reactivas: C5, C6, C11 y C12 Posiciones menos reactivas: C2, C3, C8 y C9
2
38
9
1
4567
10 11 12
A-IV
664
BENZO [α] ANTRACENO
++
+E
H
EH E
H*
*
****
* * ** *
*
***
* * *
*
***
* * * *
*
12
3+0,32
+0,32
+0,02+0,02
+0,02 +0,08+0,31 +0,18
+0,18+0,08+0,02
+0,02
+0,02
+0,02 +0,02
0,37
+0,21
+0,09
(δEπ)1 = -7a(2β) = -1,98 β (δEπ)2 = -7b(2β) = -1,96 β (δEπ)3 = -7c(2β) = -2,13 β
+
+ +
*
***
* * *
* * *
**
**
* * *
*
***
* ** *
*4
56
(δEπ)4 = -7d(2β) = -1,84 β (δEπ)5 = -7e(2β) = -1,66 β (δEπ)6 = -7e(2β) = -1,66 β
E
H E
H H E
*
+0,28+0,28
+0,15
+0,02
+0,02 +0,07
+0,01+0,01
+0,06
+0,06 +0,22 +0,51
+0,13
+0,13
+0,06+0,01
+0,01 +0,51
++
*
***
* * *
*
*
*
*
** **
* **
***
** *
*
*
7 89
(δEπ)7 = -7f(2β) = -1,35 β (δEπ)8 = -7g(2β) = -1,63 β (δEπ)9 = -7a(2β) = -1,98 β
*H E H E H
E+
+0,04
+0,34+0,08
+0,08 +0,15
+0,34
+0,34
+0,12
+0,01
+0,01
+0,05
+0,02 +0,02
+0,02+0,18+0,50
+0,08+0,04
+ +*
**
*
* * *
** *
**
* **
* *
*
***
* * *
*
*
1011 12
(δEπ)10 = -7h(2β) = -1,92 β (δEπ)11 = -7e(2β) = -1,66 β (δEπ)12 = -7i(2β) = -1,44 β
*+
E
H
H E EH
+0,02
+0,02
+0,07+0,07
+0,47
+0,35
+0,35 +0,13 +0,01
+0,01+0,01
+0,09
+0,09 +0,38
+0,04+0,04
+0,04
+0,17
δECi π x(-β) CARGAS FORMALES
C 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 7
C 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 12
C 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 8
C 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 5
C 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 6
C 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 11
C 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 4
C 1,92 Q(11)10 = +0,47 ; Q(12) = +0,17 ; Q(5,9) = +0,07 ; Q(2,4) = +0,02 ; Q(1,3,6,7,8) = 0,00 C 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 2
C 1,98 Q(2,4) = +0,32 ; Q(12)1 = +0,08 ; Q(5,9,11) = +0,02 ; Q(3,6,7,8,10) = 0,00 C 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 9
C 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 3
A-IV
665
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
6C 1,35 3,5x107
C 1,44 ― 12
C 1,63 ― 8
C5 = C6 = C 1,66 ― 11
C 1,84 ― 4
C 1,92 ― 10
C 1,96 ― 2
C = C 1,98 ― 1 9
C 2,13 ― 3
7
3
Posición más reactiva: C7 Posición menos reactiva: C3
312
4
5
678
9
10
11 12
CRISENO
H E E
H
H
E
12
3
+
+
+*
**
**
* *
* *
**
***
* *
* **
**
**
* *
* *
+0,11 +0,32
+0,32
+0,05+0,01
+0,01
+0,45+0,07
+0,02
+0,02 +0,02
+0,16 +0,02
+0,02 +0,06
+0,40
+0,14+0,14
(δEπ)1 = -8a(2β) = -1,80 β (δEπ)2 = -8b(2β) = -2,16 β (δEπ)3 = -8c(2β) = -2,01 β
4
56
+ +
+
* *
**
* *
* *
**
**
* *
* * *
*
**
**
* * *
*
(δEπ)4 = -8d(2β) = -1,90 β (δEπ)5 = -8d(2β) = -1,90 β (δEπ)6 = -4e(2β) = -1,67 β
H E
H
E
H E*
+0,01
+0,01+0,01
+0,35
+0,35+0,06
+0,13
+0,13 +0,51
+0,01
+0,01+0,01+0,04
+0,04
+0,17 +0,04
+0,04
+0,39
78
9
++
+
* *
**
* *
* *
**
**
* *
* * *
*
**
**
* * *
*
(δEπ)7 = -8a(2β) = -1,80 β (δEπ)8 = -8b(2β) = -2,16 β (δEπ)9 = -4c(2β) = -2,01 β
*H E H
E
E
H+0,32
+0,32
+0,05 +0,01
+0,01
+0,11
+0,16
+0,02 +0,02
+0,02
+0,07+0,45+0,14
+0,14
+0,02
+0,02+0,06
+0,40
A-IV
666
1011
12
+ +
+
*
*
**
* *
* *
**
***
* *
* *
*
***
**
* *
*
(δEπ)10 = -8d(2β) = -1,90 β (δEπ)11 = -8d(2β) = -1,90 β (δEπ)12 = -8e(2β) = -1,67 β
*
H E
E
H
EH+0,01
+0,01
+0,06+0,35
+0,35
+0,01
+0,01
+0,01 +0,01
+0,13
+0,13+0,51
+0,39
+0,04
+0,04 +0,17
+0,04
+0,04
δECi π x(-β) CARGAS FORMALES
C 1;67 Q(5) = +0,39 ; Q(12) = +0,17 ; Q(1,3,8,10) = Q = +0,04 ; Q(2,4,7,9,11) = 0,00 6 10
C 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 12
C 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 1
C 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 7
C 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 4
C 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 10
C 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 5
C 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 11
C 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 3
C 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 9
C 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 2
C 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 8
posición (δEπ)x(-β) (FPV) C6 = C12 1,67 12200
C1 = C7 1,80 975 C4 = C10 1,90 696 C5 = C11 1,90 2790 (?)C3 = C9 2,01 307 C2 = C8 2,16 186
2
8
1
3
45
7 6
9
1011
12
6
12
Posiciones más reactivas: C6 y C12 Posiciones menos reactivas: C2 y C8
2
8
BENZO [c] FENANTRENO
*
*
***
*
*
* **
*
* *
*
**
*
**
*
* * *
*
*
**
E
H
EH E
H3
21
(δEπ)1 = -8a(2β) = -1,86 β (δEπ)2 = -8b(2β) = -2,06 β (δEπ)3 = -8c(2β) = -2,10 β
+0,34
+0,34
+0,05+0,05
+0,01
+0,01
+0,02
+0,02 +0,15
+0,15+0,42+0,02
+0,02
+0,02
+0,07 +0,07
+0,43
+0,15
A-IV
667
*
*
**
*
* *
*
* *
*
* *
*
**
*
**
*
* * *
*
*
**
65
4
(δEπ)4 = -8d(2β) = -1,83 β (δEπ)5 = -8e(2β) = -1,79β (δEπ)6 = -8a(2β) = -1,86 β
E
H E
H H E
+ +
+
+0,33 +0,33+0,01+0,01
+0,01 +0,12
+0,05+0,05+0,05
+0,05
+0,05
+0,45
+0,01
+0,01
+0,05 +0,49
+0,12
+0,12
*
*
***
*
*
* **
*
* *
*
**
*
* *
*
* *
*
**
*
*
9
87
(δEπ)7 = -8a(2β) = -1,86 β (δEπ)8 = -8e(2β) = -1,79β (δEπ)9 = -8d(2β) = -1,83 β
+
+ +
H E H
E H
E
+0,12
+0,12
+0,49 +0,05
+0,01
+0,01+0,05 +0,05
+0,05 +0,05
+0,05+0,45
+0,33 +0,33 +0,01+0,01
+0,01+0,12
*
*
***
*
*
* **
*
* *
*
**
*
*
* *
* * *
*
*
*
* 1211
10
(δEπ)10 = -8c(2β) = -2,10 β (δEπ)11 = -8b(2β) = -2,06β (δEπ)12 = -8a(2β) = -1,86 β
++
+
E
H
H E E
H
+0,15 +0,02
+0,02
+0,07+0,07
+0,43
+0,15+0,42 +0,02
+0,02
+0,02+0,15
+0,34
+0,34
+0,05 +0,05
+0,01
+0,01
C δEi π x(-β) CARGAS FORMALES
C 1,79 Q(6) = +0,45 ; Q(1,3,7,10,12) = +0,05 ; Q(2,4,8,9,11) = 0,00 5
C 1,79 Q(7) = +0,45 ; Q(1,3,6,10,12) = +0,05 ; Q(2,4,5,9,11) = 0,00 8
C 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 4
C 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 9
C 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 6
C 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 7
C 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 1
C 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 12
C 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 2
C 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 11
C 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 3
C 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 10
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
58
310
Posiciones más reactivas: C5 y C8 Posiciones menos reactivas: C3 y C10
310 12
4
5
67
8
9
11
12
TRIFENILENO
EH
E
H EH
3
2
1
(δEπ)1 = -9a(2β) = -2,00 β (δEπ)2 = -9b(2β) = -2,12 β (δEπ)3 = -9b(2β) = -2,12 β
*
*
*
**
**
*
**
*
**
*
*
**
*
*
*
**
**
**
*
+ +
+
+0,05
+0,05
+0,01
+0,01 +0,31
+0,31
+0,01
+0,01
+0,05
+0,05 +0,22
+0,35
+0,05
+0,05
+0,22
+0,35+0,01
+0,01
4 5
(δEπ)4 = -9a(2β) = -2,00 β (δEπ)5 = -9a(2β) = -2,00 β (δEπ)6 = -9b(2β) = -2,12 β
*
*
*
**
*
*
*
**
*
**
*
*
*
*
*
++6
**
**
*
** *
*+E
H EH E
H
+0,01
+0,01
+0,31
+0,31+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,31
+0,31
+0,22
+0,35
8
(δEπ)7 = -9b(2β) = -2,12 β (δEπ)8 = -9a(2β) = -2,00 β (δEπ)9 = -9a(2β) = -2,00 β
**
**
**
**
*
+
9
*
*
*
**
**
*
*
+
7
*
*
*
*
*
**
*
*
+E
H
EH
E
H
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,35
+0,22 +0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,31
+0,31
+0,31
+0,31
10
(δEπ)10 = -9b(2β) = -2,12 β (δEπ)11 = -9b(2β) = -2,12 β (δEπ)12 = -9a(2β) = -2,00 β
**
**
*
*
**
*
+
*
**
**
**
*
*
+
11
*
*
*
*
*
**
*
*+
12
EH E
HE
H
+0,22 +0,22
+0,35 +0,35
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,01
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,05
+0,31
+0,31
A-IV
669
C δEi π x(-β) CARGAS FORMALES
C 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 1
C 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 4
C 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 5
C 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 8
C 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 9
C 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 12
C 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 2
C 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 3
C 2,12 Q6 5 = +0,35 ; Q7 = +0,22 ; Q9 = Q = 0,05 ; Q11 1 = Q3 = +0,01 ; Q(2,4,8,10,12) = 0,00 C 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 7
C 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 10
C 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 11
posición (FPV) (δEπ)x(-β)
C1 = C4 = C5 = C8 = C9 = C 2,00 620 12
C2 = C3 = C6 = C7 = C = C 2,12 136 10 11
Posiciónes más reactivas:C1 = C4 = C5 = C8 = C9 y C12
Posiciónes menos reactivas:C2 = C3 = C6 = C7 = C10 y C11
1
45
8
9 12
2
36
7
10 11
2
36
7
10 11
1
45
8
9 12
DERIVADOS DISUSTITUIDOS DE NAFTALENO
DISUSTITUCIÓN –1,8
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC4 1,81 1(Z) = +0,36 ; Q8(Z') = +0,09
QC5 1,81 1(Z) = +0,09 ; Q8(Z') = +0,36
QC2 2,12 1(Z) = +0,50 ; Q8(Z') = +0,12
QC7 2,12 1(Z) = +0,12 ; Q8(Z') = +0,50
QC3 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q8(Z') = 0,00
QC6 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q8(Z') = 0,00
Z
2
3
5
6
7
Z'
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC1 1,81 2(Z) = +0,36 ; Q3(Z') = +0,00
QC4 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,36
QC5 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,09
QC8 1,81 2(Z) = +0,09 ; Q3(Z') = 0,00
QC6 2,12 2(Z) = +0,12 ; Q3(Z') = 0,00
QC7 2,12 2(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = +0,12
5
6
7
4
Z
Z'
8 1
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC1 1,81 2(Z) = +0,36 ; Q6(Z') = +0,00
QC5 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,36
QC4 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,09
QC8 1,81 2(Z) = +0,09 ; Q6(Z') = 0,00
QC3 2,12 2(Z) = +0,12 ; Q6(Z') = 0,00
QC7 2,12 2(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,12
5
7
4
Z8 1
Z'3
Z = Z' = Me (FPV): C1 = C5 = 1,01x106 > C4 = C8 = 31 400 > C3 = C7 = 8060
ONE (reactividades relativas): C1 = C5 > C4 = C8 > C3 = C7
A-IV
671
DISUSTITUCIÓN –2,7
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC1 1,81 2(Z) = +0,36 ; Q7(Z') = +0,09
QC8 1,81 2(Z) = +0,09 ; Q7(Z') = +0,36
QC3 2,12 2(Z) = +0,12 ; Q7(Z') = +0,12
QC6 2,12 2(Z) = +0,12 ; Q7(Z') = +0,12
QC4 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = 0,00
QC5 1,81 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = 0,00
5 4
Z8 1
3
Z'
6
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC4 1,81 1(Z) = +0,36; Q5(Z') = 0,00
QC8 1,81 1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,36
QC2 2,12 1(Z) = +0,50 ; Q5(Z') = 0,00
QC6 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,50
QC3 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,12
QC7 2,12 1(Z) = +0,12 ; Q5(Z') = 0,00
ONE (reactividades relativas): C4 = C8 > C2 = C6 > C3 = C7
4
8
36
Z'
7
Z
2
Z = Z' = Me (FPV): C4 = C8 = 139 000 > C2 = C6 = 33 000 > C3 = C7 = 3030
A-IV
672
DISUSTITUCIÓN –1,4
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC2 2,12 1(Z) = +0,50 ; Q4(Z') = 0,00
QC3 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,50
QC5 1,81 1(Z) = +0,09 ; Q4(Z') = 0,00
QC8 1,81 1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,09
QC6 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q4(Z') = +0,12
QC7 2,12 1(Z) = +0,12 ; Q4(Z') = 0,00
ONE (reactividades relativas): C2 = C3 > C5 = C8 > C6 = C7
Z
Z'
2
3
5
6
78
Z = Z' = Me (FPV): C2 = C3 = 50 100 > C5 = C8 = 6950 > C6 = C7 = 2160
DISUSTITUCIÓN –1,3
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC4 1,81 1(Z) = +0,36 ; Q3(Z') = +0,36
QC2 2,12 1(Z) = +0,50 ; Q3(Z') = +0,12
QC5 1,81 1(Z) = +0,09 ; Q3(Z') = +0,09
QC8 1,81 1(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = 0,00
QC6 2,12 1(Z) = 0,00 ; Q3(Z') = 0,00
QC7 2,12 1(Z) = +0,12 ; Q3(Z') = +0,12
Z
Z'
2
45
6
7
8
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC9 1,80 4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,03
QC10 1,80 4(Z) = +0,03 ; Q5(Z') = 0,00
QC1 1,86 4(Z) = +0,31 ; Q5(Z') = 0,00
QC8 1,86 4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,31
QC3 2,04 4(Z) = +0,37 ; Q5(Z') = 0,00
QC6 2,04 4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,37
QC2 2,18 4(Z) = 0,00 ; Q5(Z') = +0,05
QC7 2,18 4(Z) = +0,05 ; Q5(Z') = 0,00
Z' Z
1
2
36
7
8
9 10
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC9 1,80 3(Z) = +0,13 ; Q6(Z') = 0,00
QC10 1,80 3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = + 0,13
QC1 1,86 3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,03
QC8 1,86 3(Z) = +0,03 ; Q6(Z') = 0,00
QC4 1,96 3(Z) = +0,35 ; Q6(Z') = 0,00
QC5 1,96 3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,35
QC2 2,18 3(Z) = +0,19 ; Q6(Z') = 0,00
QC7 2,18 3(Z) = 0,00 ; Q6(Z') = +0,19
ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C4 = C5 > C2 = C7
1
27
8
9 10
ZZ'
Z = Z' = Me (FPV): C9 = C10 = 59 800
45
A-IV
674
DISUSTITUCIÓN –2,7
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
QC9 1,80 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,03
QC10 1,80 2(Z) = +0,03 ; Q7(Z') = 0,00
QC1 1,86 2(Z) = +0,31 ; Q7(Z') = 0,00
QC8 1,86 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,31
QC4 1,96 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,04
QC5 1,96 2(Z) = +0,04 ; Q7(Z') = 0,00
QC3 2,04 2(Z) = +0,17 ; Q7(Z') = 0,00
QC6 2,04 2(Z) = 0,00 ; Q7(Z') = +0,17
1
36
8
9 10
ZZ'
45
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]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
Q ) = +0,13 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,03 ; QC 1,80 9 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = 0,00 4
Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,03 ; Q ) = 0,00 ; QC 1,80 10 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = +0,13 4
Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,31 ; Q ) = 0,00 ; QC 1,86 1 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = +0,03 4
Q ) = +0,03 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,31 ; QC 1,86 8 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = 0,00 4
Q ) = +0,19 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,05 ; QC 2,18 2 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = 0,00 4
Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,05 ; Q ) = 0,00 ; QC 2,18 7 3(Z1 4(Z2 5(Z3 6(Z ) = +0,19 4
Z3 Z2
1
27
8
9 10
Z1Z4
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
Z3 Z2
18
9 10
Z1Z4
6 3
Z1 = Z2 = Z3 = Z4 = Me (FPV): C9 = C10 = 230 000
ONE (reactividades relativas): C9 = C10 > C1 = C8 > C3 = C6
CÁLCULO [(δEπ) Y CARGAS]
Qposición (Z) (δEπ)x(-β) n
Q ) = 0,00 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,03 ; QC 1,80 9 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = +0,03 4
Q ) = +0,03 ; Q ) = +0,03 ; Q ) = 0,00 ; QC 1,80 10 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = 0,00 4
Q ) = +0,31 ; Q ) = +0,31 ; Q ) = 0,00 ; QC 1,86 1 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = 0,00 4
Q ) = 0,00 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,31 ; QC 1,86 8 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = +0,31 4
Q ) = +0,17 ; Q ) = +0,37 ; Q ) = 0,00 ; QC 2,04 3 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = 0,00 4
Q ) = 0,00 ; Q ) = 0,00 ; Q ) = +0,37 ; QC 2,04 6 2(Z1 4(Z2 5(Z3 7(Z ) = +0,17 4
A-IV
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