CAPITULO II

ETERES, EPOXIDOSALDEHIDOS Y CETONAS

NomenclaturaNomenclatura de Éteres - Reglas IUPAC

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Regla 1. Los éteres pueden nombrarse como alcoxi derivados de alcanos (nomenclatura IUPAC sustitutiva). Se toma como cadena principal la de mayor longitud y se nombra el alcóxido como un sustituyente.

Regla 2. La nomenclatura funcional (IUPAC) nombra los éteres como derivados de dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, terminando el nombre en la palabra éter.

Regla 3. Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -O- en un ciclo. La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefio oxa- seguido del nombre del ciclo.

La nomenclatura de los éteres consiste en nombrar alfabéticamente los dos grupos alquilo que parten del oxígeno, terminando el nombre en éter.  Veamos algunos ejemplos:

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También se pueden nombrar los éteres como grupos alcoxi.

Cuando el grupo oxa del éter está unido a dos radicales alquilo o arilo, sin ningún otro grupo funcional, se acostumbra nombrar los radicales y al final la palabra éter. Si los radicales son iguales el éter se dice que es simétrico o simple y si no es entonces asimétrico o mixto. Esta nomenclatura es de tipo común, pero por acuerdo ordenamos los radicales en orden alfabético.

Ejemplos:

Éteres simétricos:

DITER-BUTIL ÉTER DI-n-PROPIL ÉTER

DIETIL ÉTER DIISOPROPIL ÉTER

Éteres asimétricos:

ISOBUTIL METIL ÉTER n-BUTIL-n-PROPIL ÉTER

SEC-BUTIL ETIL ÉTER FENILISOBUTIL ÉTER

Nomenclatura de epóxidos (éteres ciclicos)Los éteres cíclicos se forman sustituyendo  -CH2- del ciclo por  -O-.  Este cambio se indica con el prefijo oxa- .

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Nomenclatura de Aldehídos

Regla 1. Los aldehídos se nombran reemplazando la terminación -ano del alcano correspondiente por -al. No es necesario especificar la posición del grupo aldehído, puesto que ocupa el extremo de la cadena (localizador 1). Cuando la cadena contiene dos funciones aldehído se emplea el sufijo -dial. 

Regla 2. El grupo -CHO se denomina -carbaldehído. Este tipo de nomenclatura es muy útil cuando el grupo aldehído va unido a un ciclo. La numeración del ciclo se realiza dando localizador 1 al carbono del ciclo que contiene el grupo aldehído.

Regla 3. Cuando en la molécula existe un grupo prioritario al aldehído, este pasa a ser un sustituyente que se nombra como oxo- o formil-.

Nomenclatura Cetonas

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Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.

2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.

propanona butanona

2-pentanona 3,5-dimetil-4-heptanona Ciclohexanona biciclo[2.2.1]-2-heptanona

1-ciclohexil-1-pentanona 3,5-heptanodiona 4-etil-4-hidroxi-2-hexanona (E)-3-penten-2-ona

Los usos principales de los aldehídos y cetonas son:

La fabricación de resinas Plásticos Solventes Pinturas Perfumes Esencias

Los aldehídos están presentes en numerosos productos naturales y grandes variedades de ellos son de la propia vida cotidiana. La glucosa por ejemplo existe en una forma abierta que presenta un grupo aldehído. El acetaldehído formado como intermedio en la metabolización se cree responsable en gran medida de los síntomas de la resaca tras la ingesta de bebidas alcohólicas.

El formaldehído es un conservante que se encuentra en algunas composiciones de productos cosméticos. Sin embargo esta aplicación debe ser vista con cautela ya que en experimentos con animales el compuesto ha demostrado un poder cancerígeno. También se utiliza en la fabricación de numerosos compuestos químicos como la baquelita, la melamina etc.

ALDEHÍDOS Y CETONAS Los aldehídos y cetonas se encuentran entre los compuestos de más importancia tanto en la naturaleza como en la industria química. En la naturaleza, muchas de las sustancias

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necesarias para los sistemas vivos son aldehídos y cetonas. En la industria química se sintetizan grandes cantidades de tales compuestos, que se usan como solventes o como materias primas para una multitud de otros productos.

Preparación de aldehídos y cetonas

Los aldehídos y cetonas pueden ser preparados por oxidación de alcoholes, ozonólisis de alquenos, hidratación de alquinos y acilación de Friedel-Crafts como métodos de mayor importancia.

a) Ozonólisis de alquenos: Los alquenos rompen con ozono formando aldehídos y/o cetonas. Si el alqueno tiene hidrógenos vinílicos da aldehídos. Si tiene dos cadenas carbonadas forma cetonas.

La ozonólisis de alquenos cíclicos produce compuestos dicarbonílicos:

Los alquenos terminales rompen formando metanal, que separa fácilmente de la mezcla por su bajo punto de ebullición.

b) Oxidación de alcoholes: Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan para dar aldehídos y cetonas respectivamente. Deben tomarse precauciones en la oxidación de alcoholes primarios, puesto que sobreoxidan a ácidos carboxílicos en presencia de oxidantes que contengan agua. En estos caso debe trabajarse con reactivos anhídros, como el clorocromato de piridino en diclorometano (PCC), a temperatura ambiente.

 

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Los alcoholes secundarios dan cetonas por oxidación. Se emplean como oxidantes permanganato, dicromato, trióxido de cromo.

La oxidación supone la pérdida de dos hidrógenos del alcohol. Los alcoholes terciarios no pueden oxidar puesto que carecen de hidrógeno sobre el carbono.

Los alcoholes alílicos y bencílicos se transforman en aldehídos o cetonas por oxidación con dióxido de manganeso en acetona. Esta reacción tiene una elevada selectividad y no oxida alcoholes que no se encuentren en dichas posiciones.

c) Hidratación de alquinos: Los alquinos se pueden hidratar Markovnikov, formando cetonas, o bien antiMarkovnivov, para formar aldehídos.

d) Acilación de Friedel-Crafts: La introducción de grupos acilo en el benceno permite la preparación de cetonas con cadenas aromáticas.

Resumen de la elaboración de Aldehídos y Cetonas

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Uno de los mejores métodos para la síntesis de aldehídos es la oxidación de alcoholes primarios y ruptura oxidativa de alquenos. Para la síntesis de cetonas los métodos son análogos a los de aldehídos (véase capítulo de alcoholes y alquenos), en todo caso los resumimos en forma de tabla: 

 SÍNTESIS DE ALDEHÍDOS Y

CETONAS

 EJEMPLOS

  1.- Formación de aldehídos

 

     (a).- Oxidación de alcoholes primarios

 

     (b).- Ozonólisis de alquenos  

(c).- Reducción parcial de ésteres  

 2.- Formación de cetonas

 

(a).- Oxidación de alcoholes secundarios

 

     (b).- Ozonólisis de alquenos  

(c).- Acilación de Friedel-Crafts  

Continua (d).- Hidratación de alquinos  

(e).- Reacción de diorganocupratos con cloruros de ácidos

  

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 Propiedades de Aldehídos y Cetonas

 El doble enlace carbono-oxígeno de los grupos carbonilos es similar en muchos aspectos al doble enlace carbono-carbono de los alquenos. El átomo de carbono carbonílico tiene hibridación sp2 y tres enlaces sigma. El cuarto electrón de valencia permanece en un orbital p del carbono, y por superposición con un orbital p del oxígeno forma con él un enlace pi. El átomo de oxígeno tiene otros dos pares de electrones no compartidos, que ocupan los dos orbitales restantes. 

 Como los alquenos, los compuestos carbonílicos son planares respecto al doble enlace, y tienen ángulos de enlace de 120º aproximadamente. Como podría esperarse, el doble enlace carbono-oxígeno es más corto (1.22 Aº contra 1.43 Aº) y más fuerte (175 kJ/mol contra 92 kJ/mol) que un enlace sencillo carbono-oxígeno. Los dobles enlaces carbono-oxígeno se encuentran polarizados debido a la elevada electronegatividad del oxígeno respecto a la del carbono.  La consecuencia más importante de la polarización del grupo carbonilo es la reactividad química del doble enlace carbono-oxígeno. En vista de que el carbono carbonílico tiene carga parcial positiva, éste es un sitio electrófilo y es atacado por nucleófilos. A la inversa, el oxígeno carboxílico tiene carga parcial negativa y es un sitio nucleófilo (básico). 

Oxígeno nucleófilo; reacciona con ácidos y electrófilos  Carbono electrófilo; reacciona con bases y nucleófilos

La reactividad del grupo carbonilo es consecuencia de la diferencia de electronegatividad entre el átomo de carbono y el átomo de oxígeno. La reacción más común de este grupo funcional es la adición nucleofílica, que consiste en la adición de un nucleófilo y de un protón al doble enlace C=O.

El átomo de carbono electrofílico del grupo carbonilo presenta hibridación sp2 y es plano, y por tanto está relativamente libre de impedimento estérico y abierto alataque desde ambos lados del doble enlace C=O. Cuando una especie nucleofílica ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo, los electrones del enlace p son desplazados hacia el átomo de oxígeno, generándose un ión alcóxido. En este proceso el átomo de carbono cambia

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su hibridación de sp2 a sp3. En un paso posterior, el ión alcóxido puede protonarse para dar lugar al producto de la adición nucleofílica.

Una característica de estos procesos de adición nucleofílica es que los nucleófilos débiles también pueden adicionarse a los grupos carbonilo si la reacción se hace en presencia de un ácido de Lewis. En este caso uno de los pares electrónicos libres del átomo de oxígeno se coordina con el ácido de Lewis originando un complejo ácido-base que es fuertemente electrofílico y puede ser atacado por nucleófilos débiles.

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Otra consecuencia de la polaridad del enlace carbonílico es que las moléculas de aldehídos y cetonas se asocian débilmente, lo cual hace que tengan puntos de ebullición mayores que los alcanos con peso molecular semejante. Sin embargo, debido a que no pueden formar puentes de hidrógeno, los aldehídos y las cetonas tienen puntos de ebullición menores que los alcoholes correspondientes. El formaldehído, el aldehído más simple, es gaseoso a temperatura ambiente, pero todos los otros aldehídos y cetonas son líquidos. 

Oxidación de Aldehídos y Cetonas Los aldehídos son rápidamente oxidados para producir ácidos carboxílicos, pero las cetonas no son reactivas hacia la oxidación excepto en condiciones muy vigorosas. Esta diferencia de comportamiento es consecuencia de las diferencias estructurales entre los dos grupos funcionales: Los aldehídos tienen un protón -CHO que puede ser extraído con facilidad durante la oxidación, pero no así las cetonas. Muchos agentes oxidantes convierten aldehídos en ácidos carboxílicos, entre ellos el ácido nítrico caliente y el permanganato de potasio, pero el reactivo de Jones, CrO 3 en ácido sulfúrico acuoso, es una elección más común a la pequeña escala del laboratorio. Las oxidaciones de Jones ocurren con rapidez a temperatura ambiente y tienen buenos rendimientos de productos.

                                   

Heptanal                           Ácido heptanoico (85%) Un inconveniente de la oxidación de Jones es que las condiciones en que se realiza son ácidas, y las moléculas sensibles pueden experimentar descomposición catalizada por ácido. Cuando existe esta posibilidad de descomposición, con frecuencia las oxidaciones de aldehídos se realizan usando una solución diluida de óxido de plata, Ag 2O, en amoniaco acuoso (reactivo de Tollens).                                             Benzaldehído                           Ácido benzoico Las cetonas son inertes a la mayoría de los agentes oxidantes comunes, pero experimentan con lentitud una reacción de ruptura cuando se tratan con KMnO4 alcalino caliente. El enlace carbono-carbono próximo al grupo carbonilo se rompe, y se producen fragmentos de ácidos carboxílicos. La reacción sólo es útil para cetonas simétricas como ciclohexanona, puesto que apartir de cetonas no simétricas se forman mezclas de productos. 

                               Ciclohexanona                        Ácido hexanodioico (79%) 

Reacciones de Adición Nucleofílica de Aldehídos y Cetonas

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 La reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica. Un nucleófilo ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo, electrófilo, en una dirección aproximadamente perpendicular al plano de los orbitales sp2 del carbonilo. El carbono carbonílico experimenta una hibridación de sp2 a sp3, y se produce un ion alcóxido intermediario con configuración geométrica tetraédrica. El nucleófilo atacante puede tener carga negativa (Nu:-) o ser neutro (:Nu-H). Sin embargo, en este último caso suele tener un átomo de hidrógeno que puede ser eliminado posteriormente.   HO- ion hidróxido  H- ion hidruroalgunos nucleófilos con carga negativa

R3C- un carbanión

  RO- un ion alcóxido  NC- ion cianuro

  Algunos nucleófilos neutros

H2OROHH3NRNH2

aguaun alcoholamoniacouna amina

            La adición nucleofílica a cetonas y aldehídos suele tener dos variantes. (1) El intermedio tetraédrico puede ser protonado para formar un alcohol, o (2) el átomo de oxígeno del carbonilo puede eliminarse (como HO- o como H2O) para formar un nuevo doble enlace carbono-nucleófilo. Dos posibles vías de reacción posterior a la adición de un nucleófilo a una cetona o un aldehído

 

                  (1)                                       (2) 

 

            

Las principales se ilustran a continuación en la roseta:

 

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Reactividad Relativa de Aldehídos y Cetonas Los aldehídos son en general más reactivos que las cetonas hacia la sustitución nucleofílica por razones tanto estéricas como electrónicas. Por razones estéricas, porque la presencia de dos sustituyentes relativamente grandes en las cetonas, contra un solo sustituyente grande en los aldehídos, hace que los neutrófilos atacantes puedan aproximarse con mayor facilidad a los aldehídos. Electrónicamente, el mayor grado de polaridad del grupo carbonilo de los aldehídos los hace más reactivos que las cetonas. 

 RESUMEN DE REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEOFÍLICA

 REACCIONES EJEMPLOS

1.-     Adición de hidruro: Reducción

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2.-     Adición de reactivo de Grignard  

3.-     Adición de HCN: Cianohidrinas  

4.-     Adición de aminas primarias: Iminas

                                               IminasPor ejemplo: (a) Con hidroxilamina : NH2-OHse obtiene ; Oximas, R2C=NOH  (b) Con hidrazina, NH2-NHCONH2

se obtiene;  semicarbazonas, R2C=N-NHCONH2

 (c) 2,4-dinitrofenilhidrazina, NH2NH-C6H4(NO2)2

se obtiene la 2,4-dinitrofenilhidrazonas, R2C=NNH-C6H4(NO2)2

 

      Butanona          Imina de Butanona 

 Ciclohexanona          Oxima de Ciclohexanona

Benzaldehído              Semicarbazona de benzaldehído

5.-     Adición de aminas secundarias:           Enaminas

 

Continua 6.-     Reacción de Wolff-Kishner  

7.-     Adición de alcoholes: Acetales  

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 8.-     Adición de tioles: Tioacetales  

9.-     Desulfuración de tioacetales con           niquel Raney

 

10.-   Adición de iluros de fósforo:           Reacción de Wittig

 

 Adición Nucleofílica de H2O: Hidratación Los aldehídos y cetonas reaccionan con agua para producir 1,1-dioles o dioles geminales (llamados comúnmente gem-dioles). La reacción de hidratación es reversible; los gem-dioles pueden eliminar agua para regenerar cetonas o aldehídos. La posición exacta del equilibrio entre gem-dioles y cetonas o aldehídos depende de la estructura del compuesto carbonílico. Aunque en la mayoría de los casos el equilibrio favorece fuertemente al compuesto carbonílico.  La adición nucleofílica de agua a cetonas y aldehídos es un proceso lento en agua pura, pero se cataliza tanto con ácido como con base. Si bien como en todas las reacciones catalizadas en ácido o en base no cambian la posición del equilibrio, influyen fuertemente en la velocidad de la reacción de hidratación. 

Mecanismo de la hidratación catalizada por Base

Mecanismo de la hidratación catalizada por Ácido

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   El ion hidróxido como nucleófilo se une al grupo carbonilo de la cetona o del aldehído para producir un ion alcóxido como intermediario.   El ion alcóxido (básico) como intermediario extrae un protón (H+) del agua para formar un gem-diol como producto y regenerar el ion hidróxido que catalizó la reacción.

  

 El catalizador ácido protona al átomo del carbonilo, básico, haciendo de la cetona o aldehído un mucho mejor aceptor de nucleófilo.   La adición nucleofílica de agua, neutra, produce un gem-diol protonado.   La pérdida del protón regenera el catalizador ácido y forma como producto un gem-diol neutro.

  Adición Nucleofílica de HCN: Cianohidrinas. Los aldehídos y las cetonas no impedidas reaccionan con HCN para producir cianohidrinas, RCH(OH)CN, por tratamiento con HCN, el benzaldehído forma la cianohidrina llamada mandelonitrilo, con un rendimiento del 88%. 

                                          Benzaldehído        Mandelonitrilo (88%) La reacción ocurre muy lentamente con HCN puro, pero es rápida cuando se agrega una cantidad mínima de base o ion cianuro. Es posible entender este resultado recordando que el HCN, es un ácido débil con pKa = 9.1, no se disocia ni es nucleófilo. Sin embargo, el ion cianuro es fuertemente nucleófilo, la adición a cetonas y aldehídos ocurre por la vía típica de adición nucleofílica. La protonación del intermediario tetraédrico aniónico produce la cianohidrina y regenera el ion cianuro:

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 La formación de cianohidrinas es útil debido a las reacciones posteriores que puede experimentar. Por ejemplo, los nitrilos (RCN) pueden reducirse con LiAlH4 para producir aminas primarias (RCH2NH2), y también hidrolizarse con ácido acuoso para formar ácidos carboxilicos. Por tanto, la formación de cianohidrinas constituye un método para transformar aldehídos o cetonas en otros grupos funcionales al mismo tiempo que alarga la cadena en un átomo de carbono. 

  2-Amino-1-feniletanol      Ácido mandélico (90%)

 

Adición Nucleofílica de Reactivos de Grignard: Formación de Alcoholes La síntesis de alcoholes por reacción de reactivos de Grignard con cetonas y aldehídos es simplemaente una adición nucleofílica. Las adiciones de Grignard suelen ser irreversibles.  

                                       

   Carbonilo                                                             Alcohol

 Las adiciones nucleofílicas de reactivos organometálicos al grupo carbonilo son de gran utilidad en síntesis orgánica porque permiten la creación de enlaces C-C. Los compuestos organometálicos, como los reactivos de Grignard, los reactivos organolíticos y los acetiluros metálicos, se adicionan nucleofílicamente al grupo carbonilo para formar un alcóxido que, por protonación, conduce a un alcohol.

 

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Adición de hidruro: reducción a alcoholes

Determinados hidruros metálicos son capaces de adicionar un ión hidruro al grupo carbonilo de los aldehídos y las cetonas. El resultado de este ataque nucleofílico es un ión alcóxido que por protonación proporciona un alcohol.

Los dos reactivos que se emplean con mayor frecuencia para la reducción de aldehídos y de cetonas son el borohidruro de sodio (NaBH4) y el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4).

El LiAlH4 es mucho más reactivo que el NaBH4 y debe ser utilizado en disolventes no hidroxílicos como el THF (tetrahidrofurano) o el éter etílico. El LiAlH4 reacciona de forma explosiva con agua y alcoholes, liberando hidrógeno que puede ocasionar incendios. El LiAlH4 reduce con facilidad aldehídos y cetonas, pero también es capaz de reducir ésteres y ácidos carboxílicos.

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Por el contrario, el NaBH4 reacciona lentamente con alcoholes y con agua siempre que el pH se mantenga básico. De hecho, muchas de las reducciones de aldehídos y cetonas con NaBH4 se llevan a cabo en etanol o metanol como disolvente. El NaBH4 es un reductor mas suave y selectivo que el LiAlH4 y, por lo general, sólo reduce a aldehídos y cetonas y no reduce a los ésteres y a los ácidos carboxílicos.

Adición Nucleofílica de Aminas: Formación de Iminas y Enaminas. Las aminas primarias, RNH2, experimentan adición a los aldehídos y las cetonas para producir iminas, R2C=NR. Las aminas secundarias hacen lo mismo para producir enaminas (-eno + -amina; amina insaturada). 

                              Una imina                                    Una enamina

 

Mecanismo de la formación de imina (o derivado) por la reacción de una cetona o un aldehído con compuestos derivados del amoniaco.

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 El ataque nucleofílico a una cetona o un aldehído por el par electrónico de una amina forma un intermediario tetraédrico dipolar.  Luego se trnasfiere un protón del nitrógeno al oxígeno, lo que produce una carbinolamina neutra.  El catalizador ácido protona el oxígeno del hidroxilo  el electónico no compartido del nitrógeno libera agua, formando un ion iminio  La pérdida de H+ del nitrógeno genera la imina (en el caso de ser amina) como pruducto final

El grupo “G” puede ser: G = H, (NH2-H)Amoniaco   G = -OH, (NH2-OH)Hidroxilamina  G = -NH2, (NH2-NH2)Hidracina  G = R, (NH2-R)Amina primaria  G = -NHC6H5

(NH2-NHC6H5)Fenilhidracina G = -NHCONH2(NH2-NHCONH2)Semicarbazida

El producto final reulta ser: Imina   Oxima   

Hidrazona   

Imina   Fenilhidrazona   Semicarbazona  

 Las enaminas se forman cuando una cetona o un aldehído reaccionan con una amina secundaria, R2NH. Hasta la fase del ion iminio, el proceso es idéntico al de formación de iminas, pero en este punto no existe un protón en el nitrógeno que pueda ser perdido para producir un producto neutro. En cambio, se pierde un protón del átomo de carbono alfa y se obtiene una enamina.   La adición nucleofílica de una amina secundaria a una cetona o un aldehído, seguida de la transferencia de un protón del nitrógeno al oxígeno, produce una carbinolamina intermediaria en la vía normal.   La protonación del hidroxilo por

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el catalizador ácido convierte aquél en un mejor grupo saliente.    

La eliminación de agua por el par electrónico del nitrógeno genera un ion iminio intermediario.    La pérdida de un protón del átomo de carbono alfa forma la enamina como producto y regenera el catalizador ácido. Ejemplo: Enamina de la ciclohexanona

                                                              Ciclohexanona                                    

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Adición Nucleofílica de Hidrazina: Reacción de Wolff - Kishner. Una variante importante de la formación de iminas anteriormente descritas es el tratamiento de una cetona o aldehído con hidrazina (H2N-NH2), en presencia de KOH. Esta reacción, descubierta independientemente en 1911 por Ludwig Wolff en Alemania y por N. M. Kishner en Rusia, es un método sintético en extremo valioso para la conversión de cetonas o aldehídos en alcanos, R2C=O → R2CH2. La reacción de Wolff - Kishner frecuentemente se realiza a 240ºC en dietilenglicol a ebullición como solvente, pero una modificación en la cual se usa dimetilsulfóxido como solvente permite que el proceso ocurra a temperatura cercana a la ambiental.

 La reacción de la cetona o el aldehído con la hidrazina produce una hidrazona en la forma normal. La base extrae uno de los protones débilmente ácidos del -NH2, produciendo un anión hidrazona. Este anión tiene una forma de resonancia “alílica” que coloca la carga negativa en el carbono y el doble enlace entre los nitrógenos. La protonación del anión hidrazona se realiza en el carbono y produce un intermediario neutro.  Entonces la pérdida del nitrógeno inducida por la base produce un carbanión, que se protona para formar un alcano neutro como producto. Ejemplos:

Ciclopropano                       Metilciclopropanocarbaldehído                                 (72%)

 

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Reducción de Clemmensen: Además de la reacción de Wolff-Kishner, existe un segundo proceso, llamado reducción de Clemmensen, que también realiza la conversión de cetonas o aldehídos a los alcanos correspondientes. La reducción de Clemmensen, cuyo mecanismo es complejo y no se comprende del todo, implica el tratamiento del compuesto carbonílico con amalgama de cinc, Zn(Hg) y HCl acuoso concentrado. Esta reacción se usa principalmente cuando la cetona o el aldehído iniciales son sensibles a las condiciones fuertemente básicas que se requieren para la reducción de Wolff-Kisner. 

                    

 Propiofenona                         Propilbenceno (86%) 

Adición Nucleofílica de Alcoholes: Formación de Acetales Cetonas y aldehídos reaccionan en forma reversible con alcoholes en presencia de un catalizador ácido para producir acetales, R2C(OR’)2, antiguamente también llamados cetales.

Cetona/aldehído                           Un Acetal 

La adición nucleofílica inicial del alcohol al grupo carbonilo produce un hidroxiéter llamado hemiacetal, análogo al gem-diol formado por la adición de agua. Los hemiacetales se forman de manera reversible, normalmente con el equilibrio en favor del compuesto carbonílico. Sin embargo, en presencia de ácido puede ocurrir una reacción posterior. La protonación del grupo hidroxilo, seguida por la pérdida de agua a través de un mecanismo tipo E1, forma un catión (un ion oxonio, R3O+) que une entonces un segundo equivalente de alcohol para producir el acetal. 

                                                  Una cetona        Un hemiacetal       Un acetal

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Mecanismo de la formación de un acetal catalizada por ácido mediante la reacción de cetona o aldehído con un alcohol  La protonación del oxígeno carbonílico polariza fuertemente al grupo carbonilo, y activa a éste para el ataque nucleofílico por el par no compartido del oxígeno del alcohol.  

La pérdida de un protón produce un hemiacetal neutro como intermediario tetraédrico.  La protonación del hidroxilo del hemiacetal lo convierte en un buen grupo saliente.  La deshidratación produce un ion oxonio como intermediario.  La adición de un segundo equivalente de alcohol origina un acetal protonado.  La pérdida de un protón forma el acetal neutro como producto.

 Los acetales son compuestos extremadamente útiles, debido a que pueden actuar como grupos protectores de cetonas y aldehídos. Algunas veces sucede que el grupo funcional interfiere en las reacciones químicas que se intentan en otro lugar de una molécula compleja. Por ejemplo, si se deseara reducir solamente el grupo éster del   4-oxopentanoato de etilo, el grupo ceto interferiría. El tratamiento del cetoéster inicial con LiALH4 reduciría el grupo ceto como el grupo éster, para formar un diol como producto:

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     4-Oxopentanoato de etilo                  5-Hidroxi-2-pentanona El problema anterior, puede evitarse protegiendo al grupo ceto como un acetal.

 

El la práctica, es conveniente usar etilenglicol (HOCH2CH2OH) como el alcohol y así formar un acetal cíclico. El mecanismo de formación de un acetal cíclico usando un equivalente de etilenglicol es exactamente el mismo que cuando se usan dos equivalentes de metanol u otro monoalcohol. La única diferencia es que ahora los dos grupos alcohol están en la misma molécula y no en dos moléculas. 

Reacciones de condensación aldólica.

Como ya se ha comentado, los enolatos generados por ionización de un compuesto carbonílico son especies nucleofílicas y pueden atacar a especies electrofílicas. Uno de los electrófilos que puede ser atacado por el anión enolato es el propio compuesto carbonílico. Cuando esto ocurre se obtiene un compuesto b-hidroxicarbonílico denominado genéricamente aldol. Bajo determinadas condiciones de reacción, el aldol se puede deshidratar para dar lugar a un compuesto carbonílico a,b-insaturado. Este proceso recibe el nombre de condensación aldólica. Por ejemplo, cuando la acetona se trata con una disolución acuosa de hidróxido sódico se forma la 4-hidroxi-2-pentanona (el aldol). Si la reacción se lleva a cabo a reflujo el aldol se deshidrata in situ para dar lugar a la 3-penten-2-ona (el compuesto carbonílico a,b-insaturado).

El mecanismo de la condensación aldólica se inicia con la reacción ácido-base entre la acetona y el anión hidróxido lo que genera un equilibrio en el que está resente el ión enolato. En el segundo paso del mecanismo, el ión enolato ataca nucleofílicamente a la acetona para formar una b-alcoxicetona que, por reacción ácidobase con  las moléculas de agua del disolvente, genera el aldol. Para llevar a cabo la reacción se necesitan cantidades catalíticas de base, puesto que tal y como se pone de manifiesto

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en el mecanismo que se da a continuación, la base no se consume en el proceso pero es necesaria para la generación del ión enolato.

La condensación aldólica es reversible y las concentraciones de los productos en el equilibrio suelen ser pequeñas. La forma de aumentar el rendimiento del proceso es eliminar alguno de los productos de la reacción, por ejemplo el agua, para desplazar el equilibrio hacia la derecha.

Las condensaciones aldólicas también se pueden efectuar bajo catálisis ácida. En este caso la especie nucleofílica no es el ión enolato, sino el enol, que ataca al carbonilo protonado. El mecanismo de la condensación aldólica en medio ácido se indica a continuación:

Mecanismo de la reacción de condensación aldólica en medio ácido

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Paso 1: formación del enol.

Paso 2: ataque nucleofílico del enol a la acetona protonada.

Deshidratación de los productos aldólicos.

Al calentar en medio ácido o básico una disolución que contenga un aldol, se produce la deshidratación para generar un aldehído o cetona a,b-insaturados. En medio ácido, la reacción de deshidratación sigue normalmente un mecanismo de eliminación E2.

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En medio básico la deshidratación del aldol no tiene lugar mediante un proceso concertado, tal y como ocurre en medio ácido. La reacción se inicia con la  sustracción por parte de la base del protón en a respecto al grupo carbonilo. El anión generado en este proceso forma un doble enlace y al mismo tiempo expulsa al ión hidróxido. Este  proceso puede parecer extraño porque el ión hidróxido no es un buen grupo saliente en una reacción de eliminación E2. Sin embargo, el ión hidróxido puede funcionar como grupo saliente en un paso muy exotérmico como el que da lugar al compuesto carbonílico a,b-insaturado. A este tipo de reacciones de eliminación asincrónica inducidas por base se les denomina eliminación E1cB.

La reacción de deshidratación es exotérmica porque forma un sistema termodinámicamente estable, que es el del compuesto carbonílico a,b-insaturado, y en consecuencia el equilibrio se desplaza hacia la derecha aumentando los rendimientos de la reacción.

Alquilación de enolatos.

El enolato es una especie nucleofílica que puede reaccionar con halogenuros de alquilo en reacciones de tipo SN2.

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El ión hidróxido o los alcóxidos no pueden emplearse como bases en el proceso de alquilación por dos motivos.

a) En primer lugar porque estas bases no enolizan completamente a las cetonas, y la cetona no enolizada, que es un compuesto electrofílico, competiría con elhalogenuro de alquilo en la reacción con el enolato.

b) En segundo lugar porque el ión hidróxido o los iones alcóxido son bases nucleofílicas y podrían atacar al halogenuro de alquilo. Por ello, la base que hay que emplear para la enolización de cetonas en los procesos de alquilación es la LDA (diisopropilamiduro de litio). La LDA es una base muy fuerte y convierte cuantitativamente a las cetonas en sus correspondientes enolatos. Como además es una base muy voluminosa en muy poco nucleofílica y no ataca al halogenuro de alquilo. A continuación se dan los pasos mecanísticos implicados en el proceso de alquilación de la fenil isopropil cetona con bromuro de alilo.

Mecanismo del proceso de alquilación de cetonas

Paso 1: enolización completa de la cetona por reacción con LDA.

Paso 2: reacción SN2 del enolato con bromuro de alilo

Halogenación de compuestos carbonílicos.

Las cetonas se pueden halogenar en el carbono contiguo al grupo carbonilo mediante reacción con halógeno molecular y una base.

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En esta reacción se necesitan cantidades estequiométricas de la base porque ésta se consume en la reacción. El mecanismo es el siguiente.

Paso 1: enolización de la cetona

Paso 2: reacción de halogenación del enolato

En muchos casos la halogenación promovida por base no se detiene en la sustitución de uno sólo de los hidrógenos porque la a-halogenocetona que se forma en el proceso es más ácida que la cetona de partida y se enoliza con más facilidad. Esto se debe al átomo de halógeno, que al ser electrón-atrayente estabiliza al ión enolato aumentando su concentración.

La reacción del haloformo.

La reacción del haloformo es la que tiene lugar cuando una metilcetona reacciona con halógeno molecular en presencia de base, y se denomina de este modo porque uno de los productos de la reacción es haloformo (HCX3). Por ejemplo, cuando la fenil metil cetona se hace reaccionar con bromo en presencia de hidróxido sódico acuoso se obtiene bromoformo (HCBr3) y benzoato sódico.

El mecanismo que explica esta reacción se inicia con la halogenación de la fenil metil cetona. La correspondiente fenil bromometil cetona se enoliza rápidamente y ataca al bromo para formar la fenil dibromometil cetona. Esta cetona es más fácilmente enolizable que las otras dos debido a la presencia de los dos átomos de bromo. El correspondiente enolato ataca al bromo para dar lugar a la fenil tribromometil cetona.

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La fenil tribromometil cetona ya no se puede enolizar más porque no tiene hidrógenos en los carbonos contiguos al grupo carbonilo, pero la presencia del grupo tribromometilo, fuertemente electrón-atrayente incrementa la reactividad del grupo carbonilo que resulta atacado por el anión hidróxido. El intermedio tetraédrico regenera el doble enlace con expulsión del anión tribromometano y formación de ácido benzoico. Una reacción ácido-base entre estas dos especies proporciona el bromoformo y el anión benzoato.

En contraste con la reacción en medio básico, las cetonas se pueden halogenar de manera controlada en medio ácido, reemplazándose solamente uno de los hidrógenos en a por un átomo de halógeno. Por ejemplo, la reacción de la fenil metil cetona con bromo en una disolución de AcOH proporciona con buen rendimiento la fenil bromometil cetona.

El mecanismo de la halogenación en medio ácido se inicia con la protonaciòn del oxígeno carbonílico lo que facilita la formación del correspondiente enol.

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Paso 1: enolización

Paso 2: halogenación del enol

A diferencia de las cetonas, los aldehídos no suelen dar buenos rendimientos en los productos de a-halogenación porque se oxidan con facilidad a ácidos  carboxílicos.

Adición Nucleofílica de Tioles: Formación de Tioacetales. Los tioles, RSH, experimentan adición a aldehídos y cetonas por una ruta reversible catalizada por ácido para producir tioacetales, R’2C(SR)2. Como es de esperar, el mecanismo de formación de un tioacetal es idéntico en todos los aspectos al de formación de un acetal, con la excepción de que se usa un tiol en vez de un alcohol. A menudo se emplea etanoditiol; el tioacetal se forma rápidamente y con alto rendimiento. 

  

3-Metilciclohexanona                   Un tioacetal (96%) 

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Los tioacetales son útiles debido a que experimentan desulfuración cuando se tratan con níquel pulverizado de preparación especial llamado níquel Raney (Ni Raney). Dado que la desulfuración extrae azufre de una molécula reemplazándolo por  hidrógeno, la formación de un tioacetal seguida de la desulfuración con níquel Raney es un excelente método para la reducción de cetonas o aldehídos a alcanos.

 Cetona/Aldehído   Tioacetal      Alcano                 

Por ejemplo:

Adición Nucleofílica de Iluros de Fósforo: Reacción de Wittig Cetonas y aldehídos se convierten en alquenos por medio de la reacción de Wittig. En este proceso, un iluro de fósforo, R2C=(C6H5)3, se une a una cetona o un aldehído para producir un intermediario dipolar llamado betaina. La betaína intermadiaria en la reacción de Wittig no se aisla; se descompone para producir un alqueno y óxido de trifenilfosfina. El resultado neto es el reemplazo del oxígeno del carbono por el fragmento orgánico que esencialmente estaba unido al fósforo. Los iluros de fósforo necesarios para la reacción de Wittig se producen fácilmente por una reacción SN2 de halogenuros de alquilo 1º y algunos 2º (pero no terciarios) con trifenilfosfina, R3P, son excelentes nucleófilos en reacciones SN2, con altos rendimientos de sales cristalinas de tetraorganofosfonio. El protón en el carbono próximo al fósforo con carga positiva es débilmente ácido y puede extraerse con bases como hidruro de sodio o butil-litio (BuLi) para generar el iluro neutro. (reactivo de Wittig), Por ejemplo:

Trifenilfosfina                                    Metilentrifenilfosforano 

La reacción de Wittig es extremadamente útil, y a partir de combinaciones apropiadas de fosforanos y cetonas o aldehídos es posible elaborar una gran cantidad de alquenos mono, di- y trisustituídos. Sin embargo, no pueden elaborarse alquenos tetrasustituídos debido presumiblemente al impedimento estérico de la reacción. Mecanismo de la reacción de Wittig entre una cetona o aldehído y un iluro de fósforo. 

 

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Reacción de Cannizzaro: Cuando un aldehído sin hidrógenos en el carbono adyacente al grupo -CHO (como el benzaldehído) se calienta en presencia de ion hidróxido, ocurre una reacción de dismutación en la cual se producen un equivalente de ácido carboxílico y un equivalente de alcohol. La reacción fue descubierta en 1853 por S. Cannizzaro [7], a lo cual se debe su nombre reacción de Cannizzaro. 

                    Benzaldehído                       Ácido benzoico         Alcohol bencílico La reacción de Cannizzaro ocurre por adición nucleofílica de ion hidróxido al aldehído para formar un intermediario tetraédrico, que libera ion hidruro como grupo saliente. Un segundo equivalente de aldehído acepte entonces el ion hidruro en otro paso de adición nucleofílica. El resultado neto es que una molécula de aldehído experimenta sustitución acílica de hidruro por hidróxido, de modo que se oxida para convertirse en un ácido, mientras que una segunda molécula de aldehído experimenta una adición de hidruro y, por tanto, se reduce para convertirse en un alcohol.

                                                                                                               

Intermediario tetraédrico La reacción de Cannizzaro tiene pocas aplicaciones prácticas y se limita al formaldehído y los benzaldehídos sustituidos. 

Reacción de Reformatsky: Preparación de α-hidroxiésteres. Si se trata un  éster α,α bromado con cinc metálico en presencia de un aldehído o cetona se obtiene un α-hidroxiéster. Esta reacción, conocida como reacción de Reformastky, es la forma más importante de preparar α-hidroxiácidos y sus derivados. El α-bromo éster y el cinc reaccionan en éter para generar un compuesto organometálico de cinc, que se adiciona al carbonilo del aldehído o la cetona. 

 

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Ejemplos:

 

Aldehídos y Cetonas con Iluros de azufre como reactivos de transferencia de metilenos: Los iluros de azufre son nucleófilos y al igual que en la primera etapa de la reacción de Wittig, atacan al carbonilo de aldehído o cetona  para dar betaínas azufradas. Sin embargo, a diferencia de las betaínas fosforadas en dichos aductos el sulfuro de dimetilo, que actúa como grupo saliente es desplazado por ataque nucleofílico del ion alcóxido con formación de un oxaciclopropano. De esta forma, el iluro de azufre actúa  como agente de transferencia de metileno. 

            

El iluro de azufre se prepara a partir de dimetilsulfuro y yoduro de metilo y posterior tratamiento básico con BuLi en THF, en un proceso análogo al reactivo de Wittig.

Ejemplos: 

               Ciclohexanona                               Betaína azufrada   (82%) 

Oxidación de Baeyer - Villiger. El carbono carbonílico de los aldehídos y cetonas puede ser atacado por el grupo hidroxilo de un ácido peroxicarboxílico como si éste procediera de un alcohol. El resultado es un análogo de un hemiacetal con un grupo peróxido. Estos productos no son estables y se descomponen a través de un estado de transición de ocho electrones. En el aducto obtenido a partir de un aldehído, es el hidrógeno el que migra para dar dos ácidos carboxílicos. Uno se forma por oxidación del aldehído, siendo el otro el correspondiente al ácido peroxicarboxílico original. En el aducto obtenido a partir de las cetonas, un grupo

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alquilo migra de manera análoga para dar un éster. Esta transformación de denomina oxidación de Baeyer-Villiger. 

 Ejemplos: 

Ciclohexanona          α -lactona (90%)Butanona            Acetato de etilo (72%)

 

  Butanal                 Ácido butanoico

 

 Con cetonas asimétricas es en principio posible obtener dos ésteres diferentes. A partir de una serie de experimentos se ha establecido una lista de “aptitudes migratorias”, la cual indica la facilidad relativa de migración de varios sustituyentes. Este orden depende de la estabilidad del carbocatión en el carbono que migra. Aptitudes migratorias en la reacción de Baeyer-Villiger 

H > terciario > ciclohexilo > secundario fenilo > primario > metilo

ETERES

Usos de los éteres

Medio para extraer Medio de arrastre para la deshidratación de alcoholes etílicos e isopropílicos. Disolvente de sustancias orgánicas (aceites, grasas, resinas, nitrocelulosa,

perfumes y alcaloides). Combustible inicial de motores Diésel. Fuertes pegamentos Disinflamatorio abdominal para después del parto, exclusivamente uso externo.

SINTESIS

Síntesis de Williamson de los éteresEs la síntesis de éteres más fiable y versátil. Este método implica un ataque SN2 de un ión alcóxido a un haluro de alquilo primario no impedido o tosialato. Los haluros de alquilo secundarios y los tosilatos se utilizan ocasionalmente en la síntesis de Williamson, pero hay competencia en las reacciones de eliminación, por lo que los rendimientos con frecuencia son bajos. El alcóxido generalmente se obtiene añadiendo Na, K o NaOH al alcohol.

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Esta reacción transcurre a través del mecanismo SN2.

La importante basicidad de los alcóxidos produce reacciones de eliminación con sustratos secundarios y terciarios, formando alquenos en lugar de éteres.

Otra situación en la que Williamson no rinde éteres, es en el caso de emplear alcóxidos impedidos, como tert-butóxido de potasio.  Debido a su gran tamaño el tert-butóxido elimina incluso con sustratos primarios.

Con haloalcanos primarios y sobre todo con haloalcanos que carecen de hidrógenos b el rendimiento de Williamson es muy bueno.

En el mecanismo SN2 el nucleófilo entra por atrás del sustrato, lo más alejado posible del grupo saliente (180°) lo que trae como consecuencia que la reacción sea muy sensible al impedimento estérico. Cuando los sustituyentes sobre el átomo de carbono son muy voluminosos el nucleófilo no se puede acercar y la reacción se hace más difícil.El mecanismo de reacción es un proceso concertado que se realiza en una sola etapa, sin intermediarios. En él, hay un estado de transición donde el enlace del carbono con el nucleófilo está parcialmente formado y el del grupo saliente parcialmente destruido. En este estado de transición el carbono y los sustituyentes quedan en un mismo plano (carbono trigonal plano). En el caso de que el carbono que sufre la sustitución sea quiral (con cuatro sustituyentes diferentes) su configuración se invierte, como se observa en el esquema.

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Síntesis de éteres por condensación de alcoholes

Los éteres simétricos pueden prepararse por condensación de alcoholes.  La reacción se realiza bajo calefacción (140ºC) y con catálisis ácida.  Así, dos moléculas de etanol condensan para formar dietil éter.

Los éteres simétricos pueden prepararse por condensación de alcoholes.  La reacción se realiza bajo calefacción (140ºC) y con catálisis ácida.  Así, dos moléculas de etanol condensan para formar dietil éter.

Éteres a partir de alcoholes primarios

El mecanismo de la reacción transcurre en las siguientes etapas:

2. Uno de los alcoholes es secundario o terciarioEn este caso la reacción transcurre en condiciones más suaves, a través de mecanismos SN1.

El mecanismo transcurre con formación de un carbocatión terciario de gran estabilidad

Etapa 1. Protonación del alcohol terciario

Etapa 2. Formación del carbocatión por pérdida de agua

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Etapa 3. Ataque nucleófilo del metanol

Síntesis de éteres mediante aloximercuriación-desmercuriación

En el proceso de aloximercuriación-desmercuriación se añade una molécula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno. Se obtiene un éter tal como se muestra a continuación:

  

  El mecanismo de la reacción de alcoximercuración-desmercuración se inicia con una adición electrofílica del ion mercúrico al alqueno, seguida de la reacción del catión intermedio con el alqueno. El desplazamiento de mercurio con el borohidruro de sodio completa el proceso. Mecanismo: 

               

Estireno          ion mercúrico           intermedio                                                                                                                                           

1-Metoxi-1-feniletano           

Es posible emplear una amplia variedad de alcoholes y de alquenos en la reacción de oximercuración. 

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Propiedades químicas de los éteres

Los éteres son muy inertes químicamente y solo tiene unas pocas reacciones características.

REACCIONES DE LOS ÉTERES: RUPTURA ÁCIDA Los éteres son en su mayoría inertes a la totalidad de los reactivos utilizados en química orgánica, una propiedad que explica su amplio uso como disolventes inertes. Halógenos, ácidos suaves, bases y nucleófilos carecen de efecto sobre la mayoría de los éteres. De hecho, los éteres experimentan sólo una reacción de uso general: se rompen con ácidos fuertes. El HI acuoso es aún el reactivo preferido para la ruptura de éteres simples, aunque también puede usarse HBr.Los haluros de hidrógeno (cuyas reactividades están en el orden HI>HBr>HCl) son capaces de romper los enlaces del oxígeno del éter y formar dos moléculas independientes. Los éteres alifáticos se rompen en dos moléculas del  haluro de alquilo correspondiente, mientras que en los éteres alquilo arilo se forman el alquil haluro correspondiente y fenol. Las reacciones que siguen con el HI sirven para ilustrar.

R-O-R'  +  HI  -------------------->  R-I  +  R'-I   +  H2O

Ar-O-R  +  HI  -------------->  Ar-OH   +  R-I

Reacción con el oxígeno del aire (Autooxidación)Cuando los éteres están en contacto con el aire, espontánea y lentamente se produce su oxidación que genera un peróxido derivado muy inestable.La presencia de estos peróxidos son un elevado peligro potencial cuando el éter se somete a un proceso de destilación. En este caso, los peróxidos en el líquido no destilado aun, se van concentrando y pueden producir una violenta explosión. Una regla de seguridad básica para hacer destilados con éteres es asegurarse de que en él no hayan peróxidos, y en caso de haberlos, eliminarlos antes de la destilación.

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ÉTERES CÍCLICOS: EPÓXIDOS En gran medida, los éteres cíclicos se comportan como los éteres acíclicos. La química de un grupo funcional éter es la misma, tanto si dicho grupo está en una cadena abierta como si se encuentra en un anillo. Por ejemplo, los éteres cíclicos comunes como el tetrahidrofurano y el dioxano a menudo se usan como disolventes debido a que son inertes, aunque pueden romperse con ácidos fuertes. El único grupo de éteres cíclicos que se comportan de manera diferente de como lo hacen los éteres de cadena abierta es el formado por los anillos de tres miembros que contienen oxígeno, llamados epóxidos u oxiranos. La tensión en el anillo de éter de tres miembros ocasiona que los epóxidos sean reactivos y les confiere una reactividad química única. En el laboratorio, los epóxidos normalmente se elaboran por tratamiento de un alqueno con un peroxiácido, RCO3H: 

 

Pueden emplearse muchos peroxiácidos para la epoxidación. A escala de laboratorio, el ácido m-cloroperbenzoico  (MCPBA) es el reactivo preferido. Los peroxiácidos transfieren oxígeno a través de un mecanismo complejo en un solo paso, sin intermedios. Sin embargo existen pruebas que demuestran que el oxígeno más alejado del grupo carbonilo es el que se transfiere. 

Mecanismo:

                       

Ciclohepteno      Peroxiácido     1,2-Epoxicicloheptano    Ácido  

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En otro método para la síntesis de epóxidos se emplean halohidrinas, producidas por adición electrofílica de HO-X a alquenos. Cuando las halohidrinas se tratan con base, se elimina HX y se produce un epóxido. Este método en realidad es una síntesis de éteres de Williamson intramolecular. El átomo de oxígeno (nucleófilo) y el átomo de carbono (electrófilo) están en la misma molécula.

Mecanismo: 

                       

Bromohidrina      Sustitución intramolecular            Epóxido 

REACCIONES DE APERTURA DEL ANILLO DE LOS EPÓXIDOS. Los anillos de epóxidos pueden romperse por tratamiento con ácido, de modo muy parecido a como ocurre con los éteres. La principal diferencia es que los epóxidos reaccionan en condiciones mucho más suaves debido a la tensión en el anillo. Un ácido mineral acuoso diluido a temperatura ambiente basta para provocar la hidrólisis de los epóxidos y formar los 1,2-dioles, también llamados glicoles vecinales. La apertura del anillo de epóxido catalizada por ácido procede por ataque SN2 de un nucleófilo sobre el epóxido protonado. Ejemplo:

           

1,2-Epoxiciclohexano                         trans-1,2-Ciclohexanodiol (86%) Los epóxidos protonados también pueden ser abiertos por otros nucleófilos, además del agua. Por ejemplo, si se emplea HX anhidro, los epóxidos pueden convertirse en halohidrinas trans.                                   

Los epóxidos, a diferencia de los éteres, también pueden romperse con bases, la reactividad del anillo de tres miembros es suficiente para que los epóxidos reaccionen con ion hidróxido a temperaturas elevadas. 

 

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Una ruptura nucleofílica de anillo similar se observa cuando los epóxidos se tratan con reactivos de Grignard. El óxido de etileno se utiliza con frecuencia, y permite convertir un reactivo de Grignard en un alcohol primario con dos carbonos más que el halogenuro de alquilo de partida. 

                                Bromuro de butilmagnesio          1-Hexanol  (62%).APERTURA DEL ANILLO DE EPÓXIDO

 LA DIRECCIÓN EN LA CUAL SE ABREN LOS ANILLOS DE EPÓXIDOS ASIMÉTRICOS DEPENDE DE LAS CONDICIONES DE REACCIÓN. SI SE EMPLEA UN NUCLEÓFILO BÁSICO EN UNA REACCIÓN SN2 TÍPICA, EL ATAQUE OCURRE EN EL CARBONO MENOS IMPEDIDO DEL EPÓXIDO. SIN EMBARGO SI SE EMPLEAN CONDICIONES ÁCIDAS LA REACCIÓN SIGUE UN CURSO DISTINTO Y EL ATAQUE DEL NUCLEÓFILO OCURRE PRINCIPALMENTE EN EL ÁTOMO DE CARBONO MÁS SUSTITUIDO. 

Problemario

1. Preparar a partir de compuestos que no contengan más de tres carbonos.

2. Empezando con cualquier alcohol de cuatro o menos átomos de carbono sintetice el 3-metil-butanal.

3.Sugiera un mecanismo para la acilación de ArH con RCOCl + ALCl3

4. Dar las estructuras de a) metil isobutil cetona, b) feniiacetaldehido, c) 2-metil-3-pentanone, d) 3-hexenal, e) β-cloropropionaldehido.

5. Prediga los productos de:a)

b)

6. Compare los mecanismos de reacción para la formación de un éter pordratación intermolecular de los alcoholesa) Primariob) secundarioc) terciario

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7. Sintetice los siguientes compuestos empleando la técnica que usted considere.

a)

b)

c) Ciclohexíl éter

8. Complete las siguientes reacciones:a) CH3CH2OH + Cr2O7+ H+ →b) CH3COCl + LiAl(O-tC4H9) →c) CH3COCl + C6H6 + AlCl3 →

9. Que substancias son necesarias para preparar los siguientes compuestos:

A) (Grignard)

B) (Acilación de un alqueno)

10. Prepare los siguientes compuestos a partir de benceno o tolueno o unalcohol.a) 2-metilpropanalb) p-clorobenzaldehídoc) p-nitrobenzofenona (p-NO2C6H4COC6H5)d) bencil meti1 cetonae) p-meti1benzaIdehido

11.- Dar los productos de reacción para:

a) benzaIdehido + reactivo de Tollensb) Ciclohexanona + HNO3, dl.c) Acetaldehído + KMnO4 dl.d) fenilacetaldehido + LiAlH4

e) meti1 vinil cetona + H2/Nif) meti1 vinil cetona + NaBH4

g) ciclohexanona + C6H5MgBr después H30h) meti1 eti1 cetona + oxidante fuertei) meti1 eti1 cetona + Ag(NH3) 2 +

12. Escribir la formula de los derivados que se forman cuando un aldehído o una cetona reaccionan con cada uno de los siguientes derivados de amonio:a) Hydroxylamina

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b) Phenylhydrazina c) Semicarbazida

13. Preparar el compuesto 2,3dihidroxipropanal a partir de 2-propenal

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